Für den menschlichen Körper und andere Lebewesen wird Energie benötigt. Ohne sie können keine Prozesse stattfinden. Schließlich benötigt jede biochemische Reaktion, jeder enzymatische Prozess oder Stoffwechselschritt eine Energiequelle.
Deshalb ist die Bedeutung von Stoffen, die dem Körper Kraft fürs Leben geben, sehr groß und wichtig. Was sind das für Substanzen? Kohlenhydrate, Proteine, Fette. Die Struktur von jedem von ihnen ist unterschiedlich, sie gehören zu völlig unterschiedlichen Klassen chemischer Verbindungen, aber eine ihrer Funktionen ist ähnlich - sie versorgt den Körper mit der notwendigen Energie zum Leben. Betrachten Sie eine Gruppe der aufgeführten Substanzen - Kohlenhydrate.
Klassifizierung der Kohlenhydrate
Die Zusammensetzung und Struktur der Kohlenhydrate seit ihrer Entdeckung wurde durch ihren Namen bestimmt. Früheren Quellen zufolge glaubte man tatsächlich, dass dies eine Gruppe von Verbindungen ist, in deren Struktur Kohlenstoffatome mit Wassermolekülen assoziiert sind.
Eine gründlichere Analyse sowie die gesammelten Informationen über die Vielf alt dieser Substanzen ermöglichten den Nachweis, dass nicht alle Vertreter nur eine solche Zusammensetzung haben. Jedochdiese Eigenschaft ist immer noch eine von denen, die die Struktur von Kohlenhydraten bestimmt.
Die moderne Klassifikation dieser Gruppe von Verbindungen lautet wie folgt:
- Monosaccharide (Ribose, Fructose, Glucose usw.).
- Oligosaccharide (Biosen, Triosen).
- Polysaccharide (Stärke, Cellulose).
Außerdem lassen sich alle Kohlenhydrate in die folgenden zwei großen Gruppen einteilen:
- wiederherstellen;
- nicht stärkend.
Die Struktur der Kohlenhydratmoleküle jeder Gruppe wird genauer betrachtet.
Monosaccharide: Eigenschaften
Diese Kategorie umfasst alle einfachen Kohlenhydrate, die eine Aldehyd- (Aldosen) oder Ketongruppe (Ketosen) und nicht mehr als 10 Kohlenstoffatome in der Kettenstruktur enth alten. Wenn Sie sich die Anzahl der Atome in der Hauptkette ansehen, können Monosaccharide unterteilt werden in:
- Triosen (Glycerinaldehyd);
- Tetrosen (Erythrulose, Erythrose);
- Pentosen (Ribose und Desoxyribose);
- Hexosen (Glucose, Fructose).
Alle anderen Vertreter sind für den Körper nicht so wichtig wie die aufgeführten.
Merkmale der Struktur von Molekülen
Monosen können je nach Struktur sowohl in Form einer Kette als auch in Form eines zyklischen Kohlenhydrats vorliegen. Wie kommt es dazu? Die Sache ist die, dass das zentrale Kohlenstoffatom in der Verbindung ein asymmetrisches Zentrum ist, um das sich das Molekül in Lösung drehen kann. Auf diese Weise entstehen optische Isomere von Monosacchariden der L- und D-Form. DabeiDie Glukoseformel, in Form einer geraden Kette geschrieben, kann von der Aldehydgruppe (oder Keton) gedanklich erfasst und zu einer Kugel gerollt werden. Die entsprechende zyklische Formel wird erh alten.
Die chemische Struktur von Kohlenhydraten der Monoz-Reihe ist recht einfach: eine Reihe von Kohlenstoffatomen, die eine Kette oder einen Ring bilden, von denen sich jeweils Hydroxylgruppen und Wasserstoffatome auf unterschiedlichen oder auf derselben Seite befinden. Befinden sich alle gleichnamigen Strukturen auf einer Seite, so entsteht ein D-Isomer, sind sie alternierend voneinander verschieden, entsteht ein L-Isomer. Wenn wir die allgemeine Formel des häufigsten Vertreters von Glukosemonosacchariden in molekularer Form aufschreiben, sieht sie so aus: . Darüber hinaus spiegelt diese Aufzeichnung auch die Struktur von Fructose wider. Schließlich sind diese beiden Monosen chemisch gesehen Strukturisomere. Glukose ist ein Aldehydalkohol, Fruktose ist ein Ketoalkohol.
Die Struktur und Eigenschaften der Kohlenhydrate einer Reihe von Monosacchariden sind eng miteinander verbunden. Tatsächlich gehören sie aufgrund des Vorhandenseins von Aldehyd- und Ketongruppen in der Zusammensetzung der Struktur zu Aldehyd- und Ketoalkoholen, was ihre chemische Natur und die Reaktionen bestimmt, an denen sie teilnehmen können.
Glucose weist also folgende chemische Eigenschaften auf:
1. Reaktionen aufgrund des Vorhandenseins einer Carbonylgruppe:
- Oxidation - "Silberspiegel"-Reaktion;
- mit frisch gefälltem Kupfer(II)hydroxid - Aldonsäure;
- starke Oxidationsmittel können zweibasige Säuren (Aldarinsäure) bilden, die nicht nur den Aldehyd, sondern auch eine Hydroxylgruppe umwandeln;
- Rückgewinnung - umgewandelt in mehrwertige Alkohole.
2. Das Molekül enthält auch Hydroxylgruppen, was die Struktur widerspiegelt. Von Gruppierungsdaten betroffene Kohlenhydrateigenschaften:
- Alkylierungsfähigkeit - die Bildung von Ethern;
- Acylierung - Bildung von Estern;
- qualitative Reaktion für Kupfer(II)hydroxid.
3. Hochspezifische Eigenschaften von Glukose:
- Buttersäure;
- Alkohol;
- Milchsäuregärung.
Funktionen, die im Körper ausgeführt werden
Die Struktur und Funktion der Kohlenhydrate der Monose-Reihe sind eng miteinander verbunden. Letztere bestehen vor allem in der Teilnahme an den biochemischen Reaktionen lebender Organismen. Welche Rolle spielen Monosaccharide dabei?
- Grundlage zur Herstellung von Oligo- und Polysacchariden.
- Pentosen (Ribose und Desoxyribose) sind die wichtigsten Moleküle, die an der Bildung von ATP, RNA und DNA beteiligt sind. Und sie wiederum sind die Hauptlieferanten für Erbsubstanz, Energie und Eiweiß.
- Die Glukosekonzentration im menschlichen Blut ist ein echter Indikator für den osmotischen Druck und seine Veränderungen.
Oligosaccharide: Struktur
Die Struktur von Kohlenhydraten dieser Gruppe wird auf das Vorhandensein von zwei (Diosen) oder drei (Triosen) Monosaccharidmolekülen in der Zusammensetzung reduziert. Es gibt auch solche, die 4, 5 oder mehr Strukturen (bis zu 10) enth alten, aber die häufigsten sind Disaccharide. Das heißt, während der HydrolyseVerbindungen zerfallen zu Glucose, Fructose, Pentose und so weiter. Welche Verbindungen fallen in diese Kategorie? Ein typisches Beispiel ist Saccharose (Rohrzucker), Lactose (Hauptbestandteil der Milch), M altose, Lactulose, Isom altose.
Die chemische Struktur der Kohlenhydrate dieser Reihe hat folgende Merkmale:
- Allgemeine Molekülformel: C12H22O11.
- Zwei gleiche oder unterschiedliche Monose-Reste in der Disaccharid-Struktur sind über eine glykosidische Brücke miteinander verbunden. Die Art dieser Verbindung bestimmt die Reduktionsfähigkeit von Zucker.
- Reduktion von Disacchariden. Die Struktur derartiger Kohlenhydrate besteht in der Bildung einer glykosidischen Brücke zwischen den Hydroxylgruppen des Aldehyds und Hydroxylgruppen verschiedener Monomoleküle. Dazu gehören: M altose, Laktose und so weiter.
- Nicht reduzierend - ein typisches Beispiel für Saccharose - wenn eine Brücke zwischen den Hydroxylgruppen nur der entsprechenden Gruppen ohne Beteiligung der Aldehydstruktur gebildet wird.
So lässt sich die Struktur von Kohlenhydraten kurz als Summenformel darstellen. Wenn eine detaillierte detaillierte Struktur benötigt wird, kann diese mit Fishers grafischen Projektionen oder Haworths Formeln dargestellt werden. Insbesondere sind zwei cyclische Monomere (Monosen) entweder unterschiedlich oder identisch (abhängig vom Oligosaccharid), die durch eine glykosidische Brücke miteinander verbunden sind. Beim Bau sollte auf die Rückstellfähigkeit geachtet werden, um die Verbindung korrekt darzustellen.
Beispiele für Disaccharidmoleküle
Wenn die Aufgabe in der Form lautet: "Beachten Sie die strukturellen Merkmale von Kohlenhydraten", dann geben Sie bei Disacchariden am besten zuerst an, aus welchen Monose-Resten sie bestehen. Die häufigsten Typen sind:
- Saccharose - aufgebaut aus Alpha-Glucose und Beta-Fructose;
- M altose - aus Glucoseresten;
- Cellobiose - besteht aus zwei Beta-Glucose-Resten der D-Form;
- Lactose - Galactose + Glucose;
- Lactulose - Galactose + Fructose und so weiter.
Anhand der verfügbaren Reste sollte dann eine Strukturformel mit eindeutiger Angabe der Art der glykosidischen Brücke erstellt werden.
Bedeutung für Lebewesen
Die Rolle von Disacchariden ist auch sehr wichtig, nicht nur die Struktur ist wichtig. Die Funktionen von Kohlenhydraten und Fetten sind im Allgemeinen ähnlich. Basis ist die Energiekomponente. Für einige einzelne Disaccharide sollte jedoch ihre spezifische Bedeutung angegeben werden.
- Saccharose ist die Hauptquelle für Glukose im menschlichen Körper.
- Laktose kommt in der Muttermilch von Säugetieren vor, davon bis zu 8 % in der Frauenmilch.
- Lactulose wird in einem Labor für medizinische Zwecke gewonnen und Milchprodukten zugesetzt.
Jedes Disaccharid, Trisaccharid und so weiter im menschlichen Körper und anderen Kreaturen wird sofort hydrolysiert, um Monosen zu bilden. Diese Eigenschaft liegt der Verwendung dieser Klasse von Kohlenhydraten durch den Menschen in ihrer rohen, unveränderten Form (Rüben- oder Rohrzucker) zugrunde.
Polysaccharide: Eigenschaften von Molekülen
Funktion, Zusammensetzung und Struktur der Kohlenhydrate dieser Reihe sind sowohl für den Organismus der Lebewesen als auch für die menschliche Wirtschaftstätigkeit von großer Bedeutung. Zuerst solltest du herausfinden, welche Kohlenhydrate Polysaccharide sind.
Es gibt viele davon:
- Stärke;
- Glykogen;
- murein;
- Glucomannan;
- Zellulose;
- dextrin;
- Galactomannan;
- muromin;
- Pektische Substanzen;
- amylose;
- Chitin.
Dies ist keine vollständige Liste, sondern nur die wichtigsten für Tiere und Pflanzen. Wenn Sie die Aufgabe "Markieren Sie die strukturellen Merkmale von Kohlenhydraten einer Reihe von Polysacchariden" ausführen, sollten Sie zunächst auf deren räumliche Struktur achten. Dies sind sehr voluminöse, riesige Moleküle, die aus Hunderten von Monomereinheiten bestehen, die durch glykosidische chemische Bindungen vernetzt sind. Oft ist die Struktur von Polysaccharid-Kohlenhydratmolekülen eine geschichtete Zusammensetzung.
Es gibt eine bestimmte Klassifizierung solcher Moleküle.
- Homopolysaccharide - bestehen aus denselben sich wiederholenden Einheiten von Monosacchariden. Je nach Monose können es Hexosen, Pentosen usw. sein (Glucane, Mannane, Galactane).
- Heteropolysaccharide - gebildet aus verschiedenen Monomereinheiten.
Verbindungen mit einer linearen räumlichen Struktur sollten beispielsweise Zellulose umfassen. Die meisten Polysaccharide haben eine verzweigte Struktur – Stärke, Glykogen, Chitin und so weiter.
Rolle im Körper der Lebewesen
Struktur und Funktion dieser Kohlenhydratgruppe sind eng mit der Lebenstätigkeit aller Lebewesen verbunden. So reichern Pflanzen beispielsweise Stärke in Form eines Reservenährstoffs an verschiedenen Stellen des Sprosses oder der Wurzel an. Die Hauptenergiequelle für Tiere sind wiederum Polysaccharide, deren Abbau ziemlich viel Energie produziert.
Kohlenhydrate spielen eine sehr wichtige Rolle in der Struktur der Zelle. Die Hülle vieler Insekten und Krebstiere besteht aus Chitin, Murein ist Bestandteil der Bakterienzellwand, Zellulose ist die Grundlage von Pflanzen.
Der Reservenährstoff tierischen Ursprungs sind Glykogenmoleküle oder, wie es häufiger genannt wird, tierisches Fett. Es wird in einzelnen Körperteilen gespeichert und erfüllt nicht nur eine Energie-, sondern auch eine Schutzfunktion gegen mechanische Einflüsse.
Für die meisten Organismen ist die Struktur der Kohlenhydrate von großer Bedeutung. Die Biologie jedes Tieres und jeder Pflanze erfordert eine konstante, unerschöpfliche Energiequelle. Und das können nur sie geben, und das vor allem in Form von Polysacchariden. Der vollständige Abbau von 1 g Kohlenhydraten durch Stoffwechselprozesse führt also zur Freisetzung von 4,1 kcal Energie! Dies ist das Maximum, keine Verbindungen mehr. Aus diesem Grund müssen Kohlenhydrate in der Ernährung von Menschen und Tieren vorhanden sein. Pflanzen hingegen sorgen für sich selbst: Bei der Photosynthese bilden sie in sich selbst Stärke und speichern diese.
Allgemeine Eigenschaften von Kohlenhydraten
Die Struktur von Fetten, Proteinen und Kohlenhydratengrundsätzlich ähnlich. Schließlich sind sie alle Makromoleküle. Sogar einige ihrer Funktionen sind von gemeinsamer Natur. Die Rolle und Bedeutung aller Kohlenhydrate im Leben der Biomasse des Planeten sollte zusammengefasst werden.
- Die Zusammensetzung und Struktur von Kohlenhydraten impliziert ihre Verwendung als Baumaterial für die Hülle pflanzlicher Zellen, tierische und bakterielle Membranen sowie die Bildung intrazellulärer Organellen.
- Schutzfunktion. Es ist charakteristisch für pflanzliche Organismen und äußert sich in der Bildung von Dornen, Stacheln usw.
- Plastische Rolle - die Bildung lebenswichtiger Moleküle (DNA, RNA, ATP und andere).
- Rezeptorfunktion. Polysaccharide und Oligosaccharide sind aktive Teilnehmer an Transportübertragungen durch die Zellmembran, „Wächter“, die Effekte abfangen.
- Die Rolle der Energie ist die bedeutendste. Bietet maximale Energie für alle intrazellulären Prozesse sowie die Arbeit des gesamten Organismus als Ganzes.
- Regulation des osmotischen Drucks - Glukose steuert diesen.
- Einige Polysaccharide werden zu einem Reservenährstoff, einer Energiequelle für Lebewesen.
Daher ist es offensichtlich, dass die Struktur von Fetten, Proteinen und Kohlenhydraten, ihre Funktionen und Rolle in den Organismen lebender Systeme von entscheidender und entscheidender Bedeutung sind. Diese Moleküle sind die Schöpfer des Lebens, sie bewahren und unterstützen es auch.
Kohlenhydrate mit anderen makromolekularen Verbindungen
Auch bekannt ist die Rolle von Kohlenhydraten nicht in ihrer reinen Form, sondern in Kombination mit anderen Molekülen. Dazu gehören die häufigstenwie:
- Glykosaminoglykane oder Mucopolysaccharide;
- Glykoproteine.
Der Aufbau und die Eigenschaften derartiger Kohlenhydrate sind recht komplex, da verschiedene funktionelle Gruppen zu einem Komplex zusammengefasst sind. Die Hauptaufgabe von Molekülen dieses Typs ist die Teilnahme an vielen Lebensprozessen von Organismen. Vertreter sind: Hyaluronsäure, Chondroitinsulfat, Heparan, Keratansulfat und andere.
Es gibt auch Komplexe von Polysacchariden mit anderen biologisch aktiven Molekülen. Beispielsweise Glykoproteine oder Lipopolysaccharide. Ihre Existenz ist wichtig für die Bildung der immunologischen Reaktionen des Körpers, da sie Teil der Zellen des lymphatischen Systems sind.
