ANGLIAVANDENIAI: CHEMINĖ STRUKTŪRA, KLASIFIKACIJA IR FUNKCIJOS - BIOLOGIJA - 2025

Į angliavandeniai , angliavandeniai ar sacharidai, yra organinių molekulių, kad parduotuvė energija gyvų būtybių. Jos yra gausiausios biomolekulės ir tarp kitų junginių, esančių gyvuose organizmuose, yra cukrūs, krakmolai ir celiuliozė.

Organizmai, kurie vykdo fotosintezę (augalai, dumbliai ir kai kurios bakterijos), yra pagrindiniai gamtinių angliavandenių gamintojai. Šių sacharidų struktūra gali būti linijinė arba šakota, paprasta arba sudėtinė, jie taip pat gali būti siejami su kitos klasės biomolekulėmis.

Pavyzdžiui, angliavandeniai gali jungtis prie baltymų, sudarydami glikoproteinus. Jie taip pat gali būti susieti su lipidų molekulėmis, taip sudarydami glikolipidus - biomolekules, sudarančias biologinių membranų struktūrą. Angliavandeniai taip pat yra nukleorūgščių struktūroje.

Iš pradžių angliavandeniai buvo atpažįstami kaip ląstelių energijos kaupimo molekulės. Vėliau buvo nustatytos kitos svarbios funkcijos, kurias angliavandeniai atlieka biologinėse sistemose.

Visų gyvų dalykų ląstelės yra padengtos tankiu sudėtingų angliavandenių sluoksniu. Angliavandenius sudaro monosacharidai, mažos molekulės, sudarytos iš trijų iki devynių anglies atomų, prijungtų prie hidroksilo grupių (-OH), kurios gali skirtis pagal dydį ir konfigūraciją.

Svarbi angliavandenių savybė yra didžiulė šios klasės molekulių struktūrinė įvairovė, leidžianti jiems atlikti daugybę funkcijų, tokių kaip generuoti signalines molekules ląstelėms, formuoti audinius ir generuoti skirtingų žmonių kraujo grupių tapatumą.

Taip pat tarpląstelinėje matricoje, esančioje aukštesniuose eukariotuose, gausu sekretuojamų angliavandenių, būtinų ląstelių išgyvenimui ir ryšiui palaikyti. Šiuos ląstelių atpažinimo mechanizmus naudoja įvairūs patogenai, norėdami užkrėsti savo šeimininko ląsteles.

Monosacharidai gali būti sujungti glikozidiniais ryšiais, kad susidarytų įvairiausi angliavandeniai: disacharidai, oligosacharidai ir polisacharidai. Angliavandenių struktūros ir funkcijos biologinėse sistemose tyrimas yra vadinamas glikobiologija.

Cheminė struktūra

Angliavandenius sudaro anglies, vandenilio ir deguonies atomai. Daugumą jų galima pavaizduoti empirine formule (CH2O) n, kur n yra anglies atomų skaičius molekulėje. Kitaip tariant, anglies, vandenilio ir deguonies santykis angliavandenių molekulėse yra 1: 2: 1.

Ši formulė paaiškina termino „angliavandeniai“ kilmę, nes komponentai yra anglies atomai („angliavandeniai“) ir vandens atomai (taigi „hidratas“). Nors angliavandeniai daugiausia sudaryti iš šių trijų atomų, yra keletas angliavandenių su azotu, fosforu ar siera.

Savo pagrindine forma angliavandeniai yra paprastas cukrus arba monosacharidai. Šie paprasti cukrūs gali derėti tarpusavyje ir sudaryti sudėtingesnius angliavandenius.

Dviejų paprastų cukrų derinys yra disacharidas. Oligosacharidai turi nuo dviejų iki dešimties paprastų cukrų, o polisacharidai yra didžiausi angliavandeniai, sudaryti iš daugiau nei dešimt monosacharidų vienetų.

Angliavandenių struktūra lemia, kaip energija kaupiasi jų ryšiuose jų formavimo metu fotosintezės metu, taip pat kaip šie ryšiai nutrūksta ląstelių kvėpavimo metu.

klasifikacija

Monosacharidai

Monosacharidai yra pagrindiniai angliavandenių vienetai, todėl jie yra paprasčiausia sacharido struktūra. Fiziškai monosacharidai yra bespalvės kristalinės kietos medžiagos. Dauguma jų turi saldų skonį.

Cheminiu požiūriu monosacharidai gali būti aldehidai arba ketonai, priklausomai nuo to, kur linijiniuose angliavandeniuose yra karbonilo grupė (C = O). Struktūriškai monosacharidai gali sudaryti tiesias grandines arba uždarus žiedus.

Kadangi monosacharidai turi hidroksilo grupes, dauguma jų tirpsta vandenyje ir netirpsta nepoliniuose tirpikliuose.

Atsižvelgiant į angliavandenilių skaičių jo struktūroje, monosacharidas turės skirtingus pavadinimus, pvz .: triozė (jei joje yra 3 C atomai), pentozė (jei ji turi 5C) ir pan.

Disacharidai

Disacharidai yra dvigubi cukrūs, kurie susidaro sujungiant du monosacharidus į cheminį procesą, vadinamą dehidratacijos sinteze, nes reakcijos metu prarandama vandens molekulė. Jis taip pat žinomas kaip kondensacijos reakcija.

Taigi, disacharidas yra bet kuri medžiaga, sudaryta iš dviejų paprastų cukrų (monosacharidų) molekulių, sujungtų per glikozidinį ryšį.

Rūgštys turi savybę nutraukti šias jungtis, dėl šios priežasties disacharidai gali būti virškinami skrandyje.

Disacharidai paprastai tirpsta vandenyje ir yra geri. Trys pagrindiniai disaharidai yra sacharozė, laktozė ir maltozė: sacharozė gaunama iš gliukozės ir fruktozės junginio; laktozė gaunama iš gliukozės ir galaktozės sąjungos; ir maltozė gaunama iš dviejų gliukozės molekulių sąjungos.

Oligosacharidai

Oligosacharidai yra sudėtingi polimerai, sudaryti iš kelių paprastų cukraus vienetų, tai yra, nuo 3 iki 9 monosacharidų.

Reakcija yra tokia pati, kaip ir disacharidai, tačiau jie vyksta ir suskaidžius sudėtingesnes cukraus molekules (polisacharidus).

Dauguma oligosacharidų yra augaluose ir veikia kaip tirpi ląsteliena, kuri gali padėti išvengti vidurių užkietėjimo. Tačiau dauguma žmonių, išskyrus maltotriozę, neturi jų virškinimo fermentų.

Dėl šios priežasties oligosacharidai, kurie iš pradžių nėra virškinami plonojoje žarnoje, gali būti suskaidomi bakterijų, kurios fermentacijos proceso metu paprastai gyvena storojoje žarnoje. Prebiotikai atlieka šią funkciją ir yra naudingų bakterijų maistas.

Polisacharidai

Polisacharidai yra didžiausi sacharidų polimerai, jie yra sudaryti iš daugiau nei 10 (iki tūkstančių) monosacharidų vienetų, išdėstytų linijiniu arba šakotuoju būdu. Šių cukrų daugialypės savybės suteikia erdvinės struktūros pokyčiai.

Polisacharidai gali būti sudaryti iš to paties monosacharido arba iš skirtingų monosacharidų derinio. Jei jie susidaro pakartojant to paties cukraus vienetus, jie vadinami homopolisaharidais, tokiais kaip glikogenas ir krakmolas, kurie yra atitinkamai gyvūnų ir augalų angliavandeniai.

Jei polisacharidą sudaro skirtingų cukrų vienetai, jie vadinami heteropolisaharidais. Daugumoje jų yra tik du skirtingi vienetai ir paprastai jie yra susiję su baltymais (glikoproteinais, tokiais kaip gama globulinas kraujo plazmoje) arba lipidais (glikolipidais, tokiais kaip gangliozidai).

funkcijos

Keturios pagrindinės angliavandenių funkcijos yra: energijos tiekimas, energijos kaupimas, makromolekulių kūrimas ir baltymų bei riebalų skilimo prevencija.

Angliavandeniai suskaidomi virškinant į paprastus cukrų. Juos absorbuoja plonosios žarnos ląstelės ir pernešamos į visas kūno ląsteles, kur jos bus oksiduojamos, kad gautų energiją adenozino trifosfato (ATP) pavidalu.

Cukraus molekulės, kurios tam tikru momentu nenaudojamos energijai gaminti, yra kaupiamos kaip atsarginių polimerų, tokių kaip glikogenas ir krakmolas, dalis.

Nukleotidai, pagrindiniai nukleorūgščių vienetai, turi gliukozės molekules. Su angliavandenių molekulėmis siejami keli svarbūs baltymai, pavyzdžiui: folikulus stimuliuojantis hormonas (FSH), kuris dalyvauja ovuliacijos procese.

Angliavandeniai yra pagrindinis energijos šaltinis, todėl greitas jų skaidymasis neleidžia skilti kitoms biomolekulėms energijai gauti. Taigi, kai cukraus lygis yra normalus, baltymai ir lipidai yra apsaugoti nuo skilimo.

Kai kurie angliavandeniai tirpsta vandenyje, beveik kiekviename jie veikia kaip pagrindinis maistas, o šių molekulių oksidacija yra pagrindinis energijos gamybos būdas daugumoje nefotosintetinių ląstelių.

Netirpūs angliavandeniai siejasi su sudėtingesnėmis struktūromis, kurios tarnauja kaip apsauga. Pvz .: celiuliozė sudaro augalų ląstelių sienelę kartu su hemiceliuliozėmis ir pektinu. Chitinas sudaro grybelių ląstelių sienelę ir nariuotakojų egzoskeletas.

Taip pat peptidoglikanas sudaro bakterijų ir melsvadumblių ląstelių sienelę. Gyvūnų jungiamasis audinys ir skeleto sąnariai yra sudaryti iš polisacharidų.

Daugelis angliavandenių yra kovalentiškai surišti su baltymais ar lipidais, sudarančiais sudėtingesnes struktūras, bendrai vadinamus glikokonjugatais. Šie kompleksai veikia kaip žymės, nustatančios šių molekulių tarpląstelinę vietą arba metabolinį likimą.

Maistas, kuriame yra angliavandenių

Angliavandeniai yra svarbus sveikos mitybos komponentas, nes jie yra pagrindinis energijos šaltinis. Tačiau kai kurie maisto produktai turi sveikesnius angliavandenius, kurie pasiūlo didesnį maistinių medžiagų kiekį, pavyzdžiui:

Krakmolai

Krakmolingas maistas yra pagrindinis angliavandenių šaltinis. Šie krakmolai paprastai yra sudėtingi angliavandeniai, tai yra, jie yra sudaryti iš daugelio cukrų, sujungtų kartu, kad sudarytų ilgą molekulinę grandinę. Dėl šios priežasties krakmolas suvirškinamas ilgiau.

Yra daugybė maisto produktų, kuriuose yra krakmolo. Grūdai apima maisto produktus, kuriuose yra daug krakmolo, pavyzdžiui: pupeles, lęšius ir ryžius. Grūduose taip pat yra šių angliavandenių, pavyzdžiui: avižų, miežių, kviečių ir jų darinių (miltų ir makaronų).

Ankštiniuose ir riešutuose taip pat yra angliavandenių krakmolo pavidalu. Be to, tokiose daržovėse kaip bulvės, saldžiosios bulvės, kukurūzai ir moliūgai taip pat gausu krakmolo.

Svarbu tai, kad daugelis angliavandenių yra ląstelienos šaltinis. Kitaip tariant, ląsteliena iš esmės yra angliavandenių rūšis, kurią organizmas gali suvirškinti tik iš dalies.

Panašiai kaip ir kompleksinius angliavandenius, angliavandenių skaidulos yra linkusios skaidyti lėtai.

Vaisiai ir daržovės

Vaisiai ir daržovės turi daug angliavandenių. Priešingai nei krakmolai, vaisiuose ir daržovėse yra paprastų angliavandenių, tai yra angliavandenių, turinčių vieną ar du sachariidus, sujungtus vienas su kitu.

Šie angliavandeniai, kurių molekulinė struktūra yra paprasta, yra suvirškinami lengviau ir greičiau nei sudėtingi. Tai leidžia suprasti įvairius angliavandenių kiekius ir rūšis maisto produktuose.

Taigi kai kuriuose vaisiuose yra daugiau angliavandenių vienoje porcijoje, pavyzdžiui: bananai, obuoliai, apelsinai, melionai ir vynuogės turi daugiau angliavandenių nei kai kurios daržovės, tokios kaip špinatai, brokoliai ir kopūstai, morkos, grybai ir baklažanai.

Pienas

Panašus į daržoves ir vaisius, pienas yra maistas, kuriame yra paprastųjų angliavandenių. Pienas turi savo cukrų, vadinamą laktoze, saldaus skonio disaharidą. Vienas puodelis to atitinka maždaug 12 gramų angliavandenių.

Rinkoje yra daugybė pieno ir jogurto variantų. Nepriklausomai nuo to, ar vartojate visą, ar mažiau riebalų turinčią tam tikros pieninės versiją, angliavandenių kiekis bus vienodas.

Saldainiai

Saldainiai yra dar vienas gerai žinomas angliavandenių šaltinis. Tarp daugelio kitų desertų tai cukrus, medus, saldainiai, dirbtiniai gėrimai, sausainiai, ledai. Visi šie produktai turi didelę cukraus koncentraciją.

Kita vertus, kai kuriuose perdirbtuose ir rafinuotuose maisto produktuose yra sudėtingų angliavandenių, pavyzdžiui: duonos, ryžių ir baltų makaronų. Svarbu atkreipti dėmesį, kad rafinuoti angliavandeniai nėra maistingi, kaip ir vaisiuose bei daržovėse esantys angliavandeniai.

Angliavandenių apykaita

Angliavandenių metabolizmas yra medžiagų apykaitos reakcijų rinkinys, susijęs su angliavandenių susidarymu, skaidymu ir virsmu ląstelėse.

Angliavandenių metabolizmas yra labai konservuotas ir gali būti stebimas net iš bakterijų, pagrindinis pavyzdys yra E. coli Lac Operon.

Angliavandeniai yra svarbūs daugelyje medžiagų apykaitos būdų, įskaitant fotosintezę, svarbiausią gamtos reakciją į gamtą.

Iš anglies dioksido ir vandens augalai naudoja saulės energiją angliavandenių molekulių sintezei.

Savo ruožtu gyvūninės ir grybelinės ląstelės skaido angliavandenius, sunaudojamus augalų audiniuose, kad gautų energijos ATP pavidalu per procesą, vadinamą ląstelių kvėpavimu.

Stuburiniuose gyvūnuose gliukozė per kraują pernešama. Jei ląstelių energijos atsargos yra nedidelės, gliukozė skaidoma per metabolinę reakciją, vadinamą glikolize, kad būtų gaunama tam tikra energija ir kai kurie metaboliniai tarpiniai produktai.

Gliukozės molekulės, nereikalingos energijos gamybai iš karto, kaip glikogenas kaupiamos kepenyse ir raumenyse per procesą, vadinamą glikogeneze.

Kai kurie paprasti angliavandeniai, kaip ir kai kurie sudėtingesni angliavandeniai, turi savo skilimo kelius. Pvz., Dėl laktozės reikia fermento laktazės, kuri suardo jos ryšius ir išskiria pagrindinius monosacharidus, gliukozę ir galaktozę.

Gliukozė yra pagrindinis angliavandenis, kurį sunaudoja ląstelės, jis sudaro maždaug 80% energijos šaltinių.

Gliukozė paskirstoma ląstelėms, kur ji gali patekti per specifinius nešiklius, kad būtų skaidoma arba laikoma kaip glikogenas.

Atsižvelgiant į ląstelės metabolinius poreikius, gliukozė taip pat gali būti naudojama sintetinti kitus monosacharidus, riebalų rūgštis, nukleorūgštis ir tam tikras aminorūgštis.

Pagrindinė angliavandenių apykaitos funkcija yra palaikyti cukraus lygio kraujyje kontrolę, tai vadinama vidine homeostaze.

Nuorodos

1. Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., Morgan, D., Raff, M., Roberts, K. ir Walter, P. (2014). Ląstelės molekulinė biologija (6-asis leidimas). Girlianda mokslas.
2. Bergas, J., Tymoczko, J., Gatto, G. ir Strayeris, L. (2015). Biochemija (8-asis leidimas). WH Freeman ir kompanija.
3. Campbell, N. & Reece, J. (2005). Biologija (2-asis leidimas) „Pearson Education“.
4. Dashty, M. (2013). Trumpas biochemijos peržiūra: Angliavandenių apykaita. Klinikinė biochemija, 46 (15), 1339-1352.
5. Lodish, H., Berk, A., Kaiser, C., Krieger, M., Bretscher, A., Ploegh, H., Amon, A. ir Martin, K. (2016). Molekulinių ląstelių biologija (8-asis leidimas). WH Freeman ir kompanija.
6. Maughan, R. (2009). Angliavandenių apykaita. Chirurgija, 27 (1), 6–10.
7. Nelsonas, D., Coxas, M. ir Lehningeris, A. (2013). Lehningerio biochemijos principai (6 ^-asis ). WH Freeman ir kompanija.
8. Saliamonas, E., Bergas, L. ir Martinas, D. (2004). Biologija (7-asis leidimas) Cengage mokymasis.
9. Voet, D., Voet, J. ir Pratt, C. (2016). Biochemijos pagrindai: gyvenimas molekuliniame lygmenyje (5-asis leidimas). Vilis.