monozaharidele

carbohidrații sunt cea mai abundentă biomoleculă de pe Pământ. Organismele vii folosesc carbohidrații ca energie accesibilă pentru a alimenta reacțiile celulare și pentru suportul structural în interiorul pereților celulari. Celulele atașează moleculele de carbohidrați la proteine și lipide, modificând structurile pentru a îmbunătăți funcționalitatea. De exemplu, moleculele mici de carbohidrați legate de lipidele din membranele celulare îmbunătățesc identificarea celulelor, semnalizarea celulelor și răspunsurile complexe ale sistemului imunitar., Monomerii carbohidrați deoxiriboza și riboza sunt părți integrante ale moleculelor de ADN și ARN.pentru a recunoaște modul în care funcționează carbohidrații în celulele vii, trebuie să înțelegem structura lor chimică. Structura carbohidraților determină modul în care energia este stocată în legăturile de carbohidrați în timpul fotosintezei și modul în care ruperea acestor legături eliberează energie în timpul respirației celulare.biomoleculele îndeplinesc criterii structurale specifice pentru a fi clasificate ca carbohidrați. Carbohidrații simpli sunt modificări ale lanțurilor scurte de hidrocarburi., Mai mulți hidroxili și o grupare funcțională carbonil modifică aceste lanțuri de hidrocarburi pentru a crea o monozaharidă, unitatea de bază a tuturor carbohidraților.monozaharidele constau dintr-un lanț de carbon format din trei sau mai mulți atomi de carbon care conțin o grupare hidroxil atașată la fiecare carbon, cu excepția unuia. Atomul de carbon singuratic este dublu legat de un atom de oxigen, iar această grupare carbonil poate fi în orice poziție de-a lungul lanțului de carbon. Prin urmare, un atom de oxigen și doi atomi de hidrogen sunt prezenți pentru fiecare atom de carbon dintr-o monozaharidă., În consecință, putem defini monozaharidele ca având formula moleculară (CH2O) n, unde n este egal cu numărul de atomi de carbon și trebuie să fie mai mare sau egal cu trei.

monozaharidele (greacă, însemnând „zahăr unic”) sunt zaharuri simple și sunt frecvent numite folosind sufixul –ose. Zaharurile cu gruparea carbonil atașată la un carbon la capătul lanțului sunt aldoze („zahăr aldehidă”), cum ar fi glucoza. Când gruparea carbonil este localizată în altă parte decât capătul lanțului de carbon, monozaharida este o cetoză („zahăr cetonic”), cum ar fi fructoza.,deoarece poziția atomilor individuali într-o moleculă de zahăr variază, multe monozaharide sunt izomeri unul de altul. De exemplu, glucoza și fructoza au formula moleculară C6H12O6, dar sunt structurale diferite. Diferențele dintre izomeri nu sunt întotdeauna la fel de evidente ca în izomerii structurali precum glucoza și fructoza. Stereoizomerii mai subtili împărtășesc aceeași ordine de legături covalente între atomi, dar diferă în pozițiile tridimensionale ale atomilor în jurul unuia sau mai multor atomi de carbon individuali., De exemplu, glucoza și galactoza sunt stereoizomeri și apar foarte asemănătoare în desene. Detaliile mici, cum ar fi dacă an – OH se extinde din partea dreaptă sau stângă a fiecărui atom de carbon, sunt extrem de importante pentru gust, reactivitate chimică și sănătatea umană.

în formă cristalină, majoritatea monozaharidelor sunt prezente într-o structură „cu lanț lung”. În schimb, zaharurile dizolvate într-o soluție, cum ar fi fluidul din interiorul unei celule, se transformă frecvent într-o structură „inelară”., Formula moleculară a unui zahăr nu este afectată de conversiile de la un lanț lung la o structură inelară. Formele inelare de zaharuri sunt structurile care reacționează pentru a forma dimeri de carbohidrați și polimeri.unele monozaharide sunt modificate de enzimele celulare pentru a îmbunătăți sau modifica funcția lor celulară. Deși zaharurile modificate nu îndeplinesc definiția formală pentru carbohidrați, ele se formează prin mici modificări ale monozaharidelor comune. Deoxiriboza, o componentă cheie de zahăr a tuturor moleculelor de ADN, este un „zahăr dezoxi.,”Pentru a forma deoxiriboză, riboza monozaharidă 5-carbon este „dezoxigenată”, îndepărtând o grupare hidroxil specifică și înlocuind-o cu un atom de hidrogen. În schimb,” zaharurile amino ” sunt modificate prin adăugarea unui nou grup funcțional. Într-un zahăr amino, una sau mai multe grupări hidroxil sunt înlocuite cu grupări funcționale care conțin azot. Zaharurile Amino joacă roluri importante în sistemul imunitar, procesarea neuronală și suportul structural.această activitate vă testează capacitatea de a identifica toate grupurile funcționale de monozaharide din carbohidrați.,

structura și funcția carbohidraților

monomerii carbohidrați, lanțurile scurte și polimerii îndeplinesc funcții celulare importante pentru a menține viața. Numărul și tipul de monozaharide utilizate, precum și poziția legăturii dintre ele determină structura tridimensională a fiecărui carbohidrat. Recunoscând diferențele structurale și funcționale dintre monomerii și polimerii obișnuiți de carbohidrați, putem înțelege mai bine rolurile pe care carbohidrații le joacă în interiorul celulelor și în dieta umană.,celulele construiesc polimeri de carbohidrați folosind energie pentru a forma legături glicozidice, legăturile dintre monozaharide. O reacție de sinteză de deshidratare formează o legătură între atomii de carbon în două monozaharide, sandwiching un atom de oxigen între ele și eliberarea unei molecule de apă. O dizaharidă se formează atunci când doi monomeri sunt uniți. Zaharoza (zahăr de masă) se face prin îmbinarea a doi monomeri specifici, glucoză și fructoză., Diferitele perechi de monozaharide produc multe dintre zaharurile dizaharide comune pe care le asociem cu alimentele, inclusiv zaharoză, maltoză (zahăr malț, doi monomeri de glucoză) și lactoză (zahăr din lapte, glucoză și monomeri de galactoză).lanțurile de carbohidrați sunt extinse prin reacții suplimentare de sinteză a deshidratării, adăugând un monomer la un moment dat la un lanț de creștere. Lanțurile scurte numite oligozaharide sunt frecvent atașate de lipide și proteine., Aceste „etichete” de carbohidrați susțin funcțiile sistemului imunitar, participă la comunicarea celulară și ajută la atașarea celulelor la suprafețele extracelulare și la alte celule.lanțurile de carbohidrați cu sute sau mai multe unități monozaharidice sunt polizaharide. Spre deosebire de lanțurile mai scurte, polimerii de carbohidrați sunt frecvent compuși dintr-un singur tip de unitate monozaharidică. Diferențele în structura și funcția acestor polimeri apar în principal din diferențele de legătură glicozidică, mai degrabă decât din prezența diferitelor monozaharide., Legăturile glicozidice implică legături covalente de la un atom de carbon din fiecare monozaharidă la un singur atom de oxigen între ele. Cu toate acestea, atomii de carbon care participă la această legătură covalentă pot fi diferiți în fiecare moleculă de carbohidrați.cele mai frecvente polizaharide sunt construite exclusiv cu monomeri de glucoză, în timp ce diferențele structurale semnificative dintre aceste polizaharide apar în principal din poziția și numărul legăturilor glicozidice din fiecare unitate de glucoză., Deși aceste diferențe de legătură par nesemnificative la prima vedere, efectul funcțional al diferențelor structurale minore în fiecare legătură glicozidică este enorm.această activitate vă testează capacitatea de a identifica reactanții și produsele în sinteza și hidroliza carbohidraților.

Polizaharide

Polizaharide, „glucide complexe,” a juca vital de stocare a energiei și structurale roluri în organismele vii, făcându-carbohidrati cel mai abundent biomolecule de pe Pământ., Polizaharidele sunt molecule excelente de stocare a energiei, deoarece sunt ușor construite și defalcate de enzime. Formând structuri destul de compacte, polizaharidele permit stocarea energiei fără spațiul necesar unui bazin de monomeri liberi de glucoză. Alte polizaharide formează fibre puternice care asigură protecție și suport structural atât la plante, cât și la animale.cu mici diferențe în legătura dintre monomeri, polimerii pot funcționa ca unități compacte de stocare a energiei în amidon și glicogen sau ca fibre puternice, protectoare în celuloză și chitină., Înțelegerea structurii, sintezei și defalcării polimerilor de carbohidrați oferă un cadru pentru înțelegerea funcției lor în celulele vii.

animalele, inclusiv oamenii, creează polimeri de glucoză numiți glicogen. Poziția legăturii glicozidice dintre monomerii de glucoză determină ca polimerii de glicogen să se înfășoare în forme spiralate. Polimerii de glicogen sunt semnificativ ramificați, cu mai mulți monomeri din lanțul primar care conțin o a doua legătură glicozidică cu o glucoză diferită., Al doilea loc de atașare permite lanțurilor de glucoză mai scurte să se desprindă de lanțul principal, ambalând mai multe unități de glucoză în structura compactă înfășurată.deși structura glicogenului permite oamenilor și altor animale să stocheze energia într-o formă relativ compactă, polimerul poate fi degradat rapid. Animalele inițiază reacții de hidroliză conduse de enzime pentru a descompune glicogenul atunci când este nevoie de energie. Pentru acces rapid la energie, glicogenul este stocat în principal în două locații la om, ficatul pentru o livrare ușoară în sânge și mușchii pentru utilizare directă, după cum este necesar.,

plantele sintetizează două tipuri de polizaharide, amidon și celuloză. Legăturile glicozidice dintre unitățile de glucoză din amidonul vegetal sunt similare cu cele din glicogenul animal. În consecință, moleculele de amidon sunt similare din punct de vedere structural, formând bobine compacte și joacă un rol similar în stocarea energiei pentru plante. Spre deosebire de glicogen, moleculele de amidon variază foarte mult în ceea ce privește nivelul de ramificare. Majoritatea plantelor formează un amestec de polimeri de amidon cu ramificare mică sau deloc și polimeri cu ramificare extinsă.,pe lângă furnizarea de energie pentru plantele care le sintetizează, amidonul servește drept sursă principală de hrană pentru multe animale. Oamenii și alte animale produc enzime care degradează moleculele de amidon în fragmente mici în timpul digestiei. La om, această digestie începe în gură printr-o enzimă numită amilază, care degradează polimerii de amidon în dizaharide (maltoză). Pentru a experimenta digestia amidonului, încercați să mestecați o cracker nesărat pentru o lungă perioadă de timp. După un timp, crackerul a început să guste dulce?, Aceasta este formarea dizaharidelor de maltoză în gură, pe măsură ce amidonul este digerat. Sarea poate ascunde multe alte gusturi, așa că acest mini-experiment funcționează cel mai bine cu biscuiții nesărați.

plantele sintetizează o polizaharidă structurală numită celuloză. Deși celuloza este făcută cu glucoză, legăturile glicozidice dintre monomerii de glucoză sunt diferite de legăturile din glicogen și amidon. Această structură unică de legătură face ca lanțurile de celuloză să formeze fire liniare plate în loc de bobine. Firele de celuloză plate sunt capabile să formeze mănunchiuri bine ambalate., Fibrele puternice și rigide rezultă pe măsură ce legăturile de hidrogen se formează între grupările hidroxil polare din polimerii grupați. Fibrele de celuloză oferă suport structural plantelor. Fără celuloză, tulpinile de flori și trunchiurile de copaci nu și-au putut menține înălțimea rigidă și dreaptă.diferențele structurale dintre legăturile glicozidice din amidon și celuloză afectează capacitatea animalelor de a digera alimentele vegetale. Enzimele precum amilaza nu pot descompune polimerii de celuloză., Unele animale, inclusiv vacile și termitele, digeră celuloza găzduind microorganisme speciale în tracturile lor digestive care produc enzime degradante de celuloză. Cu toate acestea, oamenii și majoritatea animalelor nu fac o enzimă capabilă să degradeze celuloza, lăsând fibrele de celuloză nedigerate pe măsură ce trec prin corp. Oamenii exploatează celuloza plantelor în moduri non-dietetice prin prelucrarea copacilor, bumbacului și a altor plante pentru a face hârtie, îmbrăcăminte și multe alte materiale comune. De asemenea, oamenii recoltează copaci mari pentru a construi structuri cu cherestea bogată în celuloză.,

unele animale sintetizează o polizaharidă specială, chitină, care formează o coajă exoschelet protectoare. Legăturile glicozidice din chitină sunt foarte asemănătoare cu legăturile de celuloză, determinând chitina să formeze și foi liniare, bine ambalate, de fibre puternice. Spre deosebire de celuloză, chitina este sintetizată dintr-o monozaharidă modificată numită zahăr amino. Monomerul de chitină este derivat din glucoză prin înlocuirea unei grupări hidroxil cu o grupare funcțională care conține azot., Interacțiunile dintre grupurile care conțin azot și grupările hidroxil rămase în structura polimerului chitinei o fac extrem de puternică și rigidă. Chitina oferă protecție și suport structural pentru multe organisme vii, inclusiv formarea exoscheletelor de crustacee și insecte și pereții celulari ai ciupercilor.