מאפיינים ומבנה של פחמימות. פונקציות של פחמימות

2024 מְחַבֵּר: Angel Austin | [email protected]. שונה לאחרונה: 2023-12-17 05:26

לגוף האדם, כמו גם יצורים חיים אחרים, יש צורך באנרגיה. בלעדיו, לא יכולים להתרחש תהליכים. אחרי הכל, כל תגובה ביוכימית, כל תהליך אנזימטי או שלב של חילוף חומרים זקוקים למקור אנרגיה.

לכן, חשיבותם של חומרים המספקים לגוף כוח לחיים היא גדולה וחשובה מאוד. מהם החומרים הללו? פחמימות, חלבונים, שומנים. המבנה של כל אחד מהם שונה, הם שייכים לקבוצות שונות לחלוטין של תרכובות כימיות, אך אחד מתפקידיהם דומה - לספק לגוף את האנרגיה הדרושה לחיים. שקול קבוצה אחת מהחומרים הרשומים - פחמימות.

סיווג פחמימות

הרכב והמבנה של פחמימות מאז גילוין נקבע לפי שמם. ואכן, לפי מקורות מוקדמים, האמינו כי מדובר בקבוצת תרכובות שבמבנה שלהן ישנם אטומי פחמן הקשורים למולקולות מים.

ניתוח יסודי יותר, כמו גם המידע המצטבר על מגוון החומרים הללו, אפשרו להוכיח שלא לכל הנציגים יש רק הרכב כזה. למרות זאתתכונה זו היא עדיין אחת מאלה שקובעות את מבנה הפחמימות.

הסיווג המודרני של קבוצת תרכובות זו הוא כדלקמן:

1. חד סוכרים (ריבוז, פרוקטוז, גלוקוז וכו').
2. אוליגוסכרידים (ביוזות, טריוזות).
3. פוליסכרידים (עמילן, תאית).

כמו כן, ניתן לחלק את כל הפחמימות לשתי הקבוצות הגדולות הבאות:

• restoring;
• non-restorative.

מבנה מולקולות הפחמימות של כל קבוצה ייבחן ביתר פירוט.

חד סוכרים: מאפיינים

קטגוריה זו כוללת את כל הפחמימות הפשוטות המכילות קבוצת אלדהיד (אלדוזים) או קטון (קטוזים) ולא יותר מ-10 אטומי פחמן במבנה השרשרת. אם מסתכלים על מספר האטומים בשרשרת הראשית, ניתן לחלק את החד-סוכרים ל:

• טריוזות (גליצרלדהיד);
• טטרוזות (אריתרוז, אריתרוז);
• פנטוזים (ריבוז ודאוקסיריבוז);
• הקסוזות (גלוקוז, פרוקטוז).

כל הנציגים האחרים אינם חשובים לגוף כמו אלו הרשומים.

תכונות של המבנה של מולקולות

לפי המבנה שלהם, ניתן להציג מונוזות הן בצורת שרשרת והן בצורת פחמימה מחזורית. איך זה קורה? העניין הוא שאטום הפחמן המרכזי בתרכובת הוא מרכז א-סימטרי שסביבו המולקולה בתמיסה מסוגלת להסתובב. כך נוצרים איזומרים אופטיים של חד-סוכרים בצורת L ו-D. איפהאת נוסחת הגלוקוז, הכתובה בצורה של שרשרת ישרה, ניתן לתפוס נפשית על ידי קבוצת האלדהיד (או קטון) ולגלגל אותה לכדור. הנוסחה המחזורית המתאימה תתקבל.

המבנה הכימי של פחמימות מסדרת המונוז הוא די פשוט: מספר אטומי פחמן היוצרים שרשרת או מחזור, שמכל אחד מהם ממוקמים קבוצות הידרוקסיל ואטומי מימן בצד שונה או באותו צד. אם כל המבנים באותו שם נמצאים בצד אחד, אז נוצר איזומר D, אם הם שונים בסירוגין זה בזה, אז נוצר איזומר L. אם נרשום את הנוסחה הכללית של הנציג הנפוץ ביותר של חד סוכרים גלוקוז בצורה מולקולרית, אז זה ייראה כך: _{. יתר על כן, רשומה זו משקפת גם את המבנה של פרוקטוז. אחרי הכל, מבחינה כימית, שני המונוזים הללו הם איזומרים מבניים. גלוקוז הוא אלכוהול אלדהיד, פרוקטוז הוא אלכוהול קטו.}

המבנה והתכונות של פחמימות של מספר חד-סוכרים קשורים זה בזה. ואכן, עקב הימצאותן של קבוצות אלדהיד וקטון בהרכב המבנה, הן משתייכות לאלכוהולי אלדהיד וקטו, מה שקובע את אופיים הכימי ואת התגובות שבהן הם מסוגלים להיכנס.

לפיכך, גלוקוז מציג את התכונות הכימיות הבאות:

1. תגובות עקב נוכחות של קבוצת קרבוניל:

• oxidation - תגובת "מראה כסף";
• עם הידרוקסיד של נחושת (II) טרייה - חומצה אלדונית;
• חומרי חמצון חזקים מסוגלים ליצור חומצות דו-בסיסיות (אלדאריות), וממירות לא רק את האלדהיד, אלא גם קבוצת הידרוקסיל אחת;
• recovery - הומר לאלכוהולים רב-הידריים.

2. המולקולה מכילה גם קבוצות הידרוקסיל, המשקפות את המבנה. נכסי פחמימות מושפעים מקיבוץ נתונים:

• יכולת לאלקילציה - היווצרות אתרים;
• אצילציה - יצירת אסטרים;
• תגובה איכותית עבור הידרוקסיד של נחושת (II).

3. תכונות ספציפיות מאוד של גלוקוז:

• butyric;
• alcohol;
• תסיסה חומצת חלב.

פונקציות המבוצעות בגוף

המבנה והתפקוד של הפחמימות מסדרת המונוזה קשורים קשר הדוק. אלה האחרונים מורכבים, קודם כל, בהשתתפות בתגובות ביוכימיות של אורגניזמים חיים. איזה תפקיד ממלאים החד-סוכרים בזה?

1. בסיס לייצור אוליגו ופוליסכרידים.
2. פנטוזים (ריבוז ודאוקסיריבוז) הן המולקולות החשובות ביותר המעורבות ביצירת ATP, RNA, DNA. והם, בתורם, הספקים העיקריים של חומר תורשתי, אנרגיה וחלבון.
3. ריכוז הגלוקוז בדם אנושי הוא אינדיקטור אמיתי ללחץ האוסמוטי ושינוייו.

אוליגוסכרידים: מבנה

מבנה הפחמימות מקבוצה זו מצטמצם לנוכחות של שתי (דיוזות) או שלוש (טריוזות) מולקולות של חד-סוכרים בהרכב. ישנם גם כאלה הכוללים 4, 5 או יותר מבנים (עד 10), אך הנפוצים ביותר הם דו-סוכרים. כלומר, בזמן הידרוליזהתרכובות מתפרקות ליצירת גלוקוז, פרוקטוז, פנטוז וכו'. אילו תרכובות נכנסות לקטגוריה זו? דוגמה טיפוסית היא סוכרוז (סוכר קנים רגיל), לקטוז (המרכיב העיקרי בחלב), מלטוז, לקטולוזה, איזומלטוז.

למבנה הכימי של הפחמימות בסדרה זו יש את התכונות הבאות:

1. נוסחת מינים מולקולריים כלליים: C₁₂H₂₂O_11.
2. שני שרידי מונוזה זהים או שונים במבנה הדו-סוכר מחוברים זה לזה באמצעות גשר גליקוזידי. אופי התרכובת הזו יקבע את יכולת ההפחתה של הסוכר.
3. הפחתת דו-סוכרים. המבנה של פחמימות מסוג זה מורכב מיצירת גשר גליקוזידי בין ההידרוקסיל של האלדהיד וקבוצות ההידרוקסיל של מולקולות מונוס שונות. אלה כוללים: מלטוז, לקטוז וכן הלאה.
4. לא מפחית - דוגמה טיפוסית לסוכרוז - כאשר נוצר גשר בין ההידרוקסילים של הקבוצות המתאימות בלבד, ללא השתתפות מבנה האלדהיד.

לכן, ניתן לייצג בקצרה את מבנה הפחמימות כנוסחה מולקולרית. אם יש צורך במבנה מפורט מפורט, אז ניתן לתאר אותו באמצעות תחזיות גרפיות של פישר או נוסחאות של Haworth. באופן ספציפי, שני מונומרים מחזוריים (מונוזים) שונים או זהים (בהתאם לאוליגוסכריד), המחוברים ביניהם על ידי גשר גליקוזידי. בעת הבנייה, יש לקחת בחשבון את יכולת השחזור כדי להציג נכון את החיבור.

דוגמאות למולקולות דו-סוכר

אם המשימה היא בצורה: "שים לב למאפיינים המבניים של פחמימות", אז לגבי דו-סוכרים עדיף לציין תחילה מאילו שאריות מונוזה היא מורכבת. הסוגים הנפוצים ביותר הם:

• סוכרוז - בנוי מאלפא-גלוקוז ובטא-פרוקטוז;
• מלטוזה - משאריות גלוקוז;
• cellobiose - מורכב משני שיירי בטא-גלוקוז בצורת D;
• לקטוז - גלקטוז + גלוקוז;
• לקטולוז - גלקטוז + פרוקטוז וכן הלאה.

לאחר מכן, בהתאם לשאריות הזמינות, יש לנסח נוסחה מבנית עם אינדיקציה ברורה של סוג הגשר הגליקוזידי.

חשיבות עבור אורגניזמים חיים

תפקידם של דו-סוכרים חשוב מאוד, לא רק המבנה חשוב. הפונקציות של פחמימות ושומנים דומות בדרך כלל. הבסיס הוא מרכיב האנרגיה. עם זאת, עבור כמה דו-סוכרים בודדים, יש לתת את המשמעות הספציפית שלהם.

1. סוכרוז הוא המקור העיקרי לגלוקוז בגוף האדם.
2. לקטוז נמצא בחלב אם של יונקים, כולל עד 8% בחלב נשים.
3. לקטולוז מתקבל במעבדה לשימוש רפואי ומתווסף למוצרי חלב.

כל דו-סוכר, טרי-סוכר וכן הלאה בגוף האדם וביצורים אחרים עוברים הידרוליזה מיידית ליצירת מונוזים. תכונה זו היא שעומדת בבסיס השימוש בסוג זה של פחמימות על ידי בני אדם בצורתם הגולמית, ללא שינוי (סלק או סוכר קנים).

פוליסכרידים: תכונות של מולקולות

התפקודים, ההרכב והמבנה של הפחמימות בסדרה זו הם בעלי חשיבות רבה עבור אורגניזמים של יצורים חיים, כמו גם עבור פעילות כלכלית אנושית. ראשית, עליך להבין אילו פחמימות הן פוליסכרידים.

יש הרבה כאלה:

• starch;
• גליקוגן;
• murein;
• glucomannan;
• cellulose;
• dextrin;
• galactomannan;
• muromin;
• חומרים פקטיים;
• amylose;
• chitin.

זו אינה רשימה מלאה, אלא רק המשמעותית ביותר עבור בעלי חיים וצמחים. אם אתה מבצע את המשימה "סמן את המאפיינים המבניים של פחמימות של מספר פוליסכרידים", אז קודם כל כדאי לשים לב למבנה המרחבי שלהם. אלו הן מולקולות נפחיות מאוד, ענקיות, המורכבות ממאות יחידות מונומר המקושרות על ידי קשרים כימיים גליקוזידיים. לעתים קרובות המבנה של מולקולות פחמימות פוליסכריד הוא הרכב שכבות.

יש סיווג מסוים של מולקולות כאלה.

1. הומופוליסכרידים - מורכבים מאותן יחידות שחוזרות על עצמן של חד סוכרים. בהתאם למונוזים, הם יכולים להיות הקסוזים, פנטוזים וכן הלאה (גלוקנים, מאננים, גלקטנים).
2. הטרופוליסכרידים - נוצרים על ידי יחידות מונומר שונות.

תרכובות בעלות מבנה מרחבי ליניארי צריכות לכלול, למשל, תאית. לרוב הפוליסכרידים מבנה מסועף - עמילן, גליקוגן, כיטין וכן הלאה.

תפקיד בגוף של יצורים חיים

המבנה והתפקודים של קבוצת פחמימות זו קשורים קשר הדוק לפעילות החיונית של כל היצורים. כך, למשל, צמחים בצורה של חומר מזין מילואים צוברים עמילן בחלקים שונים של היורה או השורש. מקור האנרגיה העיקרי לבעלי חיים הוא שוב פוליסכרידים, שפירוקם מייצר די הרבה אנרגיה.

לפחמימות תפקיד משמעותי מאוד במבנה התא. הכיסוי של חרקים וסרטנים רבים מורכב מכיטין, מוראין הוא מרכיב בדופן התא החיידקי, תאית היא הבסיס לצמחים.

חומר המזון הרזרבה ממקור מן החי הוא מולקולות גליקוגן, או כפי שנהוג לכנות זאת, שומן מן החי. הוא מאוחסן בחלקים נפרדים של הגוף ומבצע לא רק אנרגיה, אלא גם תפקיד מגן מפני השפעות מכניות.

לרוב האורגניזמים, למבנה הפחמימות יש חשיבות רבה. הביולוגיה של כל בעל חיים וצמח היא כזו שהיא דורשת מקור קבוע של אנרגיה, בלתי נדלה. ורק הם יכולים לתת זאת, ובעיקר בצורת פוליסכרידים. אז, פירוק מוחלט של 1 גרם פחמימה כתוצאה מתהליכים מטבוליים מוביל לשחרור של 4.1 קק ל של אנרגיה! זה המקסימום, אין יותר חיבורים. לכן פחמימות חייבות להיות נוכחות בתזונה של כל אדם וחיה. צמחים, לעומת זאת, דואגים לעצמם: בתהליך הפוטוסינתזה הם יוצרים עמילן בתוך עצמם ואוגרים אותו.

מאפיינים כלליים של פחמימות

מבנה השומנים, החלבונים והפחמימותבדרך כלל דומים. אחרי הכל, כולם מקרומולקולות. אפילו חלק מתפקידיהם הם בעלי אופי משותף. יש לסכם את התפקיד והחשיבות של כל הפחמימות בחיי הביומסה של כדור הארץ.

1. הרכב והמבנה של פחמימות מרמזים על השימוש בהן כחומר בניין למעטפת של תאי צמחים, ממברנות של בעלי חיים וחיידקים, כמו גם היווצרות אברונים תוך-תאיים.
2. פונקציית הגנה. הוא אופייני לאורגניזמים צמחיים ומתבטא ביצירת קוצים, קוצים וכדומה.
3. תפקיד פלסטי - היווצרות מולקולות חיוניות (DNA, RNA, ATP ואחרות).
4. פונקציית קולטן. פוליסכרידים ואוליגוסכרידים הם משתתפים פעילים בהעברות תחבורה דרך קרום התא, "שומרים" הלוכדים אפקטים.
5. תפקיד האנרגיה הוא המשמעותי ביותר. מספק אנרגיה מקסימלית לכל התהליכים התוך תאיים, כמו גם העבודה של האורגניזם כולו בכללותו.
6. וויסות הלחץ האוסמוטי - הגלוקוז שולט בזה.
7. כמה פוליסכרידים הופכים לחומר תזונתי רזרבה, מקור אנרגיה עבור יצורים בעלי חיים.

לכן, ברור שלמבנה השומנים, החלבונים והפחמימות, תפקידיהם ותפקידם באורגניזמים של מערכות חיות יש חשיבות מכרעת ומכרעת. מולקולות אלו הן יוצרות החיים, הן גם משמרות ותומכות בהן.

פחמימות עם תרכובות מקרומולקולריות אחרות

ידוע גם תפקידן של פחמימות לא בצורתן הטהורה, אלא בשילוב עם מולקולות אחרות. אלה כוללים את הנפוצים ביותראוהב:

• glycosaminoglycans או mucopolysaccharides;
• גליקופרוטאינים.

המבנה והתכונות של פחמימות מסוג זה מורכבים למדי, מכיוון שמגוון קבוצות פונקציונליות משולבות לקומפלקס. התפקיד העיקרי של מולקולות מסוג זה הוא השתתפות בתהליכי חיים רבים של אורגניזמים. הנציגים הם: חומצה היאלורונית, כונדרויטין סולפט, הפראן, קרטן סולפט ואחרים.

יש גם קומפלקסים של פוליסכרידים עם מולקולות פעילות ביולוגית אחרות. לדוגמה, גליקופרוטאין או ליפופוליסכרידים. קיומם חשוב ביצירת התגובות האימונולוגיות של הגוף, שכן הם חלק מתאי מערכת הלימפה.