Какво е мономер във въглехидратите? Основни видове биополимери въглехидрати

Основни видове биополимери

Въглехидрати

• Въглехидратните мономери са прости захари или монозахариди. Най-често това са глюкоза и фруктоза. Най-важната функция на монозахаридите е да осигуряват на тялото енергия. В живите клетки простите захари се разграждат до въглероден диоксид и вода, освобождавайки енергия. Клетките използват тази енергия за своите различни нужди.

• Глюкоза- Това е основната форма, която се съхранява в човешкото тяло като енергиен резерв под формата на гликоген в мускулите и черния дроб. В природата глюкозата се намира в сладките плодове и зеленчуци: грозде, горски плодове, портокали, моркови, царевица. Глюкозата се произвежда и в индустриален мащаб. Пример – царевичен сироп

• Фруктозанамира се в меда, зрелите сладки плодове и зеленчуци. Преди глюкозата да може да се абсорбира, тялото трябва първо да преобразува фруктозата в глюкоза.

Структура на молекулата на глюкозатаЛинейна форма на глюкозата: CHOCH(OH)CH(OH)CH(OH)CH(OH)CH2(OH)

• Глюкозата съществува предимно в циклична форма. Известни са A- и b-форми на цикличната глюкоза, които се различават по ориентацията на хидроксилната група при C-1:

Простите захари могат да се комбинират помежду си, за да образуват дизахариди

• захароза– трапезна захар, получена от захарно цвекло, тръстика, както и кафява захар, черна меласа. Съдържа се в малки количества в зеленчуците и плодовете.

• лактоза– млечна захар, единственият въглехидрат от животински произход, поради което е много важен в храненето на човека. Съдържанието на лактоза в млякото зависи от вида на млякото и варира от 2 до 8%.

• Малтоза- малцова захар, образувана при образуването на малц и ферментацията на гроздето. Присъства в бира, мюсли и бебешка храна, обогатена с малтоза.

Липиди

• Липидите са разнообразни по структура и съотношение на изграждащите ги елементи. Всички те обаче имат общо свойство - всички са неполярни. Те са разтворими в хлороформ и етери, но практически неразтворими във вода. Поради това свойство липидите са най-важните компоненти на мембраните.

• Липидите са основната форма за съхранение на енергия в животинското тяло и се съхраняват в концентрирана форма (без вода). Всяка излишна захар, която не се изразходва, бързо се превръща в мазнина. Има три групи липиди:

• Триглицероли (или триглицериди) –Това са молекули, образувани от добавянето на три мастни киселинни остатъка към една молекула на тривалентния алкохол глицерол.

• Тази група включва мазнини и масла. Мазнините остават твърди при стайна температура, докато маслата остават течни. Маслата съдържат повече ненаситени мастни киселини.

• Фосфолипиди- подобни на триглицеролите, но в тях един или два остатъка от мастна киселина са заменени с групи, съдържащи фосфор. Фосфолипидите са най-важните компоненти на биологичните мембрани.

Стероиди –Това са липиди, които се основават на гръбнак от четири пръстена. В различни стероиди страничните групи са прикрепени към този основен скелет. Стероидите включват редица хормони (полови хормони, кортизон). Стероидният холестерол е важен компонент на клетъчните мембрани при животните, но излишъкът му в организма може да доведе до образуване на жлъчни камъни и заболявания на сърдечно-съдовата система.

• Структурата на молекулата на холестерола

катерици

• Протеинът се състои от въглерод, кислород, водород и азот. Някои протеини също съдържат сяра. Аминокиселините играят ролята на мономери в протеините.

• Всяка аминокиселина има карбоксилна група (-COOH) и аминогрупа (-NH2).

• Има 20 често срещани вида аминокиселини, открити в протеините.

• Функциите на протеините са ензимни, строителни (мембрани), енергийни, двигателни, защитни и регулаторни.

Протеините се характеризират с четири структури:

• първичен –полипептид, дълга верига, съдържаща от 100 до 300 аминокиселини, се образува от пептидни връзки.

• Втори -се образува в резултат на образуването на водородни връзки между съседни пептидни връзки. Когато се формира вторичната структура, протеиновата молекула се пакетира или в лява спирала, или в бета конфигурация, характерна за протеини, които изпълняват строителна функция.

• Третиченсе образува в резултат на образуването на 4 вида връзки: водородни, йонни взаимодействия, образуване на дисулфидни мостове и хидрофилно-хидрофобни връзки (Van Der Wal).

• Има глобуларни и фибриларни третични структури. Третичната структура за повечето протеини работи, т.к то е енеогенетично по-изгодно.

• Някои протеини образуват кватернерна структура - тя се състои от комплекси от протеини и други органични вещества. Формиращите сили са същите като тези на третичната структура.

Денатурация на протеини

• Това е загубата на биологична активност на протеините при разрушаване на слаби връзки, разрушаването на естествената (естествена) структура на протеина под въздействието на денатуриращи агенти: висока температура, ултравиолетова радиация, киселини, основи, йони на тежки метали. Денатурацията може да бъде обратима (ренатурация) и необратима.

Въглехидрати- органични съединения, чийто състав в повечето случаи се изразява с обща формула С н(H2O) м (нИ м≥ 4). Въглехидратите се делят на монозахариди, олигозахариди и полизахариди.

Монозахариди- простите въглехидрати, в зависимост от броя на въглеродните атоми, се разделят на триози (3), тетрози (4), пентози (5), хексози (6) и хептози (7 атома). Най-често срещаните са пентози и хексози. Свойства на монозахаридите- лесно се разтваря във вода, кристализира, има сладък вкус и може да бъде представен под формата на α- или β-изомери.

Рибоза и дезоксирибозапринадлежат към групата на пентозите, са част от нуклеотидите на РНК и ДНК, рибонуклеозид трифосфати и дезоксирибонуклеозид трифосфати и др. Дезоксирибозата (C 5 H 10 O 4) се различава от рибозата (C 5 H 10 O 5) по това, че при втория въглероден атом има водороден атом, а не хидроксилна група като рибозата.

Глюкоза или гроздова захар(C 6 H 12 O 6), принадлежи към групата на хексозите, може да съществува под формата на α-глюкоза или β-глюкоза. Разликата между тези пространствени изомери е, че при първия въглероден атом на α-глюкозата хидроксилната група е разположена под равнината на пръстена, докато при β-глюкозата е над равнината.

Глюкозата е:

1. един от най-разпространените монозахариди,
2. най-важният източник на енергия за всички видове работа, протичащи в клетката (тази енергия се освобождава по време на окисляването на глюкозата по време на дишането),
3. мономер на много олигозахариди и полизахариди,
4. основен компонент на кръвта.

Фруктоза или плодова захар, принадлежи към групата на хексозите, по-сладка от глюкозата, намира се в свободна форма в меда (повече от 50%) и плодовете. Той е мономер на много олигозахариди и полизахариди.

Олигозахариди- въглехидрати, образувани в резултат на реакция на кондензация между няколко (от две до десет) молекули монозахариди. В зависимост от броя на монозахаридните остатъци се различават дизахариди, тризахариди и др.. Най-разпространени са дизахаридите. Свойства на олигозахаридите- разтварят се във вода, кристализират, сладкият вкус намалява с увеличаване на броя на монозахаридните остатъци. Връзката, образувана между два монозахарида, се нарича гликозиден.

Захароза, тръстикова захар или цвекло, е дизахарид, състоящ се от остатъци от глюкоза и фруктоза. Съдържа се в растителните тъкани. Е хранителен продукт (обичайно име - захар). В промишлеността захарозата се произвежда от захарна тръстика (стъблата съдържат 10-18%) или захарно цвекло (кореноплодните съдържат до 20% захароза).

Малтоза или малцова захар, е дизахарид, състоящ се от два глюкозни остатъка. Присъства в покълващите семена от зърнени култури.

Лактоза или млечна захар, е дизахарид, състоящ се от остатъци от глюкоза и галактоза. Съдържа се в млякото на всички бозайници (2-8,5%).

полизахаридиса въглехидрати, образувани в резултат на реакцията на поликондензация на много (няколко дузини или повече) монозахаридни молекули. Свойства на полизахаридите— не се разтварят или се разтварят слабо във вода, не образуват ясно оформени кристали и нямат сладък вкус.

нишесте(C 6 H 10 O 5) н- полимер, чийто мономер е α-глюкоза. Полимерните вериги на нишестето съдържат разклонени (амилопектин, 1,6-гликозидни връзки) и неразклонени (амилоза, 1,4-гликозидни връзки) области. Нишестето е основният резервен въглехидрат на растенията, е един от продуктите на фотосинтезата и се натрупва в семена, грудки, коренища и луковици. Съдържанието на скорбяла в оризовите зърна е до 86%, в пшеницата - до 75%, в царевицата - до 72%, в клубените на картофите - до 25%. Нишестето е основният въглехидратчовешка храна (храносмилателен ензим - амилаза).

Гликоген(C 6 H 10 O 5) н- полимер, чийто мономер също е α-глюкоза. Полимерните вериги на гликогена приличат на амилопектиновите области на нишестето, но за разлика от тях те се разклоняват още повече. Гликогенът е основният резервен въглехидрат на животните, особено на хората. Натрупва се в черния дроб (съдържание до 20%) и мускулите (до 4%) и е източник на глюкоза.

(C 6 H 10 O 5) н- полимер, чийто мономер е β-глюкоза. Целулозните полимерни вериги не се разклоняват (β-1,4-гликозидни връзки). Основният структурен полизахарид на растителните клетъчни стени. Съдържанието на целулоза в дървесината е до 50%, във влакната от семена на памук - до 98%. Целулозата не се разгражда от човешките храносмилателни сокове, т.к в него липсва ензимът целулаза, който разрушава връзките между β-глюкозите.

Инулин- полимер, чийто мономер е фруктозата. Резервен въглехидрат на растенията от семейство Сложноцветни.

Гликолипиди- сложни вещества, образувани в резултат на комбинацията от въглехидрати и липиди.

Гликопротеини- сложни вещества, образувани от комбинирането на въглехидрати и протеини.

Функции на въглехидратите

Структура и функции на липидите

Липидинямат нито една химическа характеристика. В повечето обезщетения, даване определяне на липиди, те казват, че това е сборна група от неразтворими във вода органични съединения, които могат да бъдат извлечени от клетката с органични разтворители - етер, хлороформ и бензен. Липидите могат да бъдат разделени на прости и сложни.

Прости липидиПовечето са представени от естери на висши мастни киселини и тривалентен алкохол глицерин - триглицериди. Мастна киселинаимат: 1) група, която е еднаква за всички киселини - карбоксилна група (-COOH) и 2) радикал, по който се различават една от друга. Радикалът е верига от различен брой (от 14 до 22) от -СН2- групи. Понякога радикал на мастна киселина съдържа една или повече двойни връзки (-CH=CH-), напр мастната киселина се нарича ненаситена. Ако една мастна киселина няма двойни връзки, тя се нарича богат. Когато се образува триглицерид, всяка от трите хидроксилни групи на глицерола претърпява реакция на кондензация с мастна киселина, за да образува три естерни връзки.

Ако преобладават триглицеридите наситени мастни киселини, след това при 20°C те са твърди; те се наричат мазнини, те са характерни за животинските клетки. Ако преобладават триглицеридите ненаситени мастни киселини, след това при 20 °C те са течни; те се наричат масла, те са характерни за растителните клетки.

1 - триглицерид; 2 - естерна връзка; 3 - ненаситена мастна киселина;
4 — хидрофилна глава; 5 - хидрофобна опашка.

Плътността на триглицеридите е по-ниска от тази на водата, така че те плуват във водата и се намират на нейната повърхност.

Простите липиди също включват восъци- естери на висши мастни киселини и алкохоли с високо молекулно тегло (обикновено с четен брой въглеродни атоми).

Комплексни липиди. Те включват фосфолипиди, гликолипиди, липопротеини и др.

Фосфолипиди- триглицериди, в които един остатък от мастна киселина е заменен с остатък от фосфорна киселина. Участват в образуването на клетъчните мембрани.

Гликолипиди- виж по-горе.

Липопротеини- сложни вещества, образувани в резултат на комбинацията от липиди и протеини.

Липоиди- мастноподобни вещества. Те включват каротеноиди (фотосинтетични пигменти), стероидни хормони (полови хормони, минералокортикоиди, глюкокортикоиди), гиберелини (вещества за растеж на растенията), мастноразтворими витамини (A, D, E, K), холестерол, камфор и др.

Функции на липидите

функция	Примери и обяснения
Енергия	Основната функция на триглицеридите. При разграждането на 1 g липиди се освобождават 38,9 kJ.
Структурни	Фосфолипидите, гликолипидите и липопротеините участват в образуването на клетъчните мембрани.
Съхранение	Мазнините и маслата са резервни хранителни вещества при животните и растенията. Важно за животни, които спят зимен сън през студения сезон или правят дълги преходи през райони, където няма източници на храна. Маслата от растителни семена са необходими за осигуряване на енергия на разсада.
Защитен	Слоеве мазнини и мастни капсули осигуряват омекотяване на вътрешните органи. Слоевете восък се използват като водоотблъскващо покритие върху растения и животни.
Топлоизолация	Подкожната мастна тъкан предотвратява изтичането на топлина в околното пространство. Важен за водни бозайници или бозайници, живеещи в студен климат.
Регулаторен	Гиберелините регулират растежа на растенията. Половият хормон тестостерон е отговорен за развитието на мъжките вторични полови белези. Половият хормон естроген е отговорен за развитието на женските вторични полови белези и регулира менструалния цикъл. Минералокортикоидите (алдостерон и др.) Контролират водно-солевия метаболизъм. Глюкокортикоидите (кортизол и др.) Участват в регулацията на въглехидратния и протеиновия метаболизъм.
Метаболитен източник на вода	При окисляване на 1 кг мазнина се отделя 1,1 кг вода. Важен за жителите на пустинята.
Каталитичен	Мастноразтворимите витамини A, D, E, K са кофактори за ензимите, т.е. Тези витамини сами по себе си нямат каталитична активност, но без тях ензимите не могат да изпълняват своите функции.

Отидете на лекции №1"Въведение. Химични елементи на клетката. Вода и други неорганични съединения"

Отидете на лекции No3„Структура и функции на протеините. Ензими"

Клетките съдържат много органични съединения: въглехидрати, протеини, липиди, нуклеинови киселини и други съединения, които не се срещат в неживата природа. Органичните вещества са химични съединения, които съдържат въглеродни атоми.

Въглеродните атоми са в състояние да образуват силни ковалентни връзки един с друг, образувайки много различни верижни или пръстенови молекули.

Най-простите съединения, съдържащи въглерод, са въглеводородите - съединения, които съдържат само въглерод и водород. Въпреки това повечето органични, т.е. въглеродни, съединения съдържат и други елементи (кислород, азот, фосфор, сяра).

Биологични полимери (биополимери).Биологичните полимери са органични съединения, които са част от клетките на живите организми и техните метаболитни продукти.

Полимер (от гръцки "poly" - много) е многозвенна верига, в която връзката е някакво сравнително просто вещество - мономер. Мономерите, свързвайки се един с друг, образуват вериги, състоящи се от хиляди мономери. Ако обозначите типа мономер с определена буква, например А, тогава полимерът може да бъде изобразен като много дълга комбинация от мономерни единици: A—A—A—A—...—A. Това са например познатите ви органични вещества: нишесте, гликоген, целулоза и др. Биополимерите са протеини, нуклеинови киселини и полизахариди.

Свойствата на биополимерите зависят от структурата на техните молекули: от броя и разнообразието на мономерните единици, които образуват полимера.

Ако комбинирате два вида мономери А и В заедно, можете да получите много голямо разнообразие от полимери. Структурата и свойствата на такива полимери ще зависят от броя, съотношението и реда на редуване, т.е. позицията на мономерите във веригите. Полимер, в чиято молекула група мономери се повтаря периодично, се нарича правилен. Това са например схематично изобразени полимери с редовно редуване на мономери:

А Б А Б А Б А Б...

А А Б Б А А Б Б...

А Б Б А Б Б А Б Б А Б Б...

Въпреки това е възможно да се получат много повече варианти на полимери, в които няма видима закономерност в повторяемостта на мономерите. Такива полимери се наричат ​​неправилни. Схематично те могат да бъдат изобразени по следния начин:

ААБАББББААААББАББББААБ...

Да приемем, че всеки от мономерите определя някакво свойство на полимера. Например мономер А определя високата якост, а мономер В определя електрическата проводимост. Чрез комбинирането на тези два мономера в различни пропорции и редуването им по различни начини могат да се получат огромен брой полимерни материали с различни свойства. Ако вземем не два вида мономери (А и В), а повече, тогава броят на вариантите на полимерните вериги ще се увеличи значително.

Оказа се, че комбинацията и пренареждането на няколко вида мономери в дълги полимерни вериги осигурява изграждането на много варианти и определя различните свойства на биополимерите, които изграждат всички организми. Този принцип е в основата на многообразието на живота на нашата планета.

Въглехидратии тяхната структура. Въглехидратите са широко разпространени в клетките на всички живи организми. Въглехидратите са органични съединения, състоящи се от въглерод, водород и кислород. В повечето въглехидрати водородът и кислородът като правило са в същите пропорции като във водата (оттук и името им - въглехидрати). Общата формула на такива въглехидрати е C n (H 2 0) m. Пример е един от най-разпространените въглехидрати - глюкозата, чийто елементарен състав е C 6 H 12 0 6 (фиг. 2). Глюкозата е проста захар. Няколко прости захарни остатъка се комбинират един с друг, за да образуват сложни захари. Млякото съдържа млечна захар, която се състои от остатъците от две прости захарни молекули (дизахариди). Млечната захар е основният източник на енергия за малките на всички бозайници.

Хиляди остатъци от молекули на еднакви захари, свързвайки се помежду си, образуват биополимери - полизахариди. Живите организми съдържат много различни полизахариди: в растенията това е нишесте (фиг. 3), в животните е гликоген, също състоящ се от хиляди молекули глюкоза, но още по-разклонени. Нишестето и гликогенът играят ролята на акумулатори на енергия, необходима за функционирането на клетките на тялото. Много богати на нишесте са картофите, зърната от пшеница, ръж, царевица и др.

Функции на въглехидратите. Най-важната функция на въглехидратите е енергийната. Въглехидратите служат като основен източник на енергия за организми, които се хранят с органични вещества. В храносмилателния тракт на човека и животните полизахаридът нишесте се разгражда от специални протеини (ензими) до мономерни единици - глюкоза. Глюкозата, абсорбирана от червата в кръвта, се окислява в клетките до въглероден диоксид и вода, освобождавайки енергията на химичните връзки, а нейният излишък се съхранява в клетките на черния дроб и мускулите под формата на гликоген. По време на периоди на интензивна мускулна работа или нервно напрежение (или по време на гладуване) разграждането на гликогена в мускулите и черния дроб на животните се увеличава. Това произвежда глюкоза, която се консумира от интензивно работещите мускулни и нервни клетки.

Така биополимерите, полизахаридите, са вещества, в които се съхранява енергията на растителни и животински организми, използвани от клетките.

В растенията в резултат на полимеризацията на глюкозата се образува не само нишесте, но и целулоза. Целулозните влакна съставляват здравата основа на стените на растителните клетки. Поради специалната си структура целулозата е неразтворима във вода и има висока якост. Поради тази причина целулозата се използва и за производството на тъкани. Все пак памукът е почти чиста целулоза. В червата на хората и повечето животни няма ензими, способни да разграждат връзките между глюкозните молекули, които изграждат целулозата. При преживните целулозата се разгражда от ензими от бактерии, които постоянно живеят в специална част на стомаха.

Известни са и сложни полизахариди, състоящи се от два вида прости захари, които редовно се редуват в дълги вериги. Такива полизахариди изпълняват структурни функции в поддържащите тъкани на животните. Те са част от междуклетъчното вещество на кожата, сухожилията и хрущялите, като им придават здравина и еластичност. По този начин важна функция на въглехидратните биополимери е структурната функция.

Има полимери на захари, които са част от клетъчните мембрани; те осигуряват взаимодействието на клетки от един и същи тип и взаимното разпознаване от клетките. Ако отделените чернодробни клетки се смесят с бъбречни клетки, те ще се разделят независимо на две групи поради взаимодействието на клетки от един и същи тип: бъбречните клетки ще се обединят в една група, а чернодробните клетки в друга. Загубата на способността да се разпознават взаимно е характерна за злокачествените туморни клетки. Изясняването на механизмите на клетъчно разпознаване и взаимодействие може да бъде важно, по-специално за разработването на лечения за рак.

Липиди.Липидите се различават по структура. Всички те обаче имат едно общо свойство: всички те са неполярни. Следователно те се разтварят в такива неполярни течности като хлороформ и етер, но са практически неразтворими във вода. Липидите включват мазнини и мастноподобни вещества. В клетката при окисляването на мазнините се отделя голямо количество енергия, която се изразходва за различни процеси. Това е енергийната функция на мазнините.

Мазнините могат да се натрупват в клетките и да служат като резервно хранително вещество. При някои животни (например китове, перконоги) под кожата се отлага дебел слой подкожна мазнина, която поради ниската топлопроводимост ги предпазва от хипотермия, т.е. изпълнява защитна функция.

Някои липиди са хормони и участват в регулирането на физиологичните функции на тялото. Липидите, съдържащи остатък от фосфорна киселина (фосфолипиди), служат като най-важният компонент на клетъчните мембрани, т.е. те изпълняват структурна функция.

Съдържание на темата "Вода. Въглехидрати. Липиди.":

Простите органични молекули често служат като изходни материали за синтеза на по-големи. макромолекули. Макромолекулае гигантска молекула, изградена от много повтарящи се единици.

Молекулите, изградени по този начин, се наричат ​​полимери, а единиците, от които са съставени, се наричат мономери. В процеса на свързване на отделни връзки помежду си (с така наречената кондензация) водата се отстранява.

Обратният процес е разграждане на полимера- извършва се чрез хидролиза, т.е. чрез добавяне на вода. В живите организми има три основни вида макромолекули: полизахариди, протеини и нуклеинови киселини. Мономерите за тях са съответно монозахариди и нуклеотиди.

Макромолекулипредставляват около 90% от сухата маса на клетките. Полизахаридите играят ролята на резервни хранителни вещества и изпълняват структурни функции, докато протеините и нуклеиновите киселини могат да се разглеждат като „ информационни молекули».
Макромолекулите съществуват не само в живата природа, но и в неживата природа, по-специално много оборудване, базирано на макромолекули, е създадено от самия човек.

Това означава, че при протеините и нуклеиновите киселини последователността е важна мономерни единиции при тях тя варира много повече, отколкото при полизахаридите, чийто състав обикновено се ограничава до един или два различни вида субединици. Причините за това ще ни станат ясни по-късно. В тази глава ще разгледаме подробно и трите класа макромолекули и техните субединици. Към това разглеждане ще добавим и липиди - молекули, като правило, много по-малки, но също изградени от прости органични молекули.

Въглехидрати

Въглехидратиса вещества, състоящи се от въглерод, водород и , с обща формула C x (H 2 O) y, където x: и y могат да имат различни значения. Името "въглехидрати" отразява факта, че водородът и кислородът присъстват в молекулите на тези вещества в същото съотношение, както във водната молекула (два водородни атома за всеки кислороден атом). Всички въглехидрати са алдехиди или кетони и техните молекули винаги съдържат няколко хидроксилни групи. Химичните свойства на въглехидратите се определят от тези групи – алдехидни, хидроксилни и кето групи. Алдехидите, например, лесно се окисляват и следователно са мощни редуциращи агенти. Структурата на тези групи е представена в таблицата.

Въглехидратисе делят на три основни класа: монозахариди, дизахариди и полизахариди.