Химический состав, классификация и функции углеводов



углеводы, углеводы или сахариды - это органические молекулы, которые накапливают энергию в живых существах. Они являются наиболее распространенными биомолекулами и включают: сахара, крахмалы и целлюлозу, среди других соединений, обнаруженных в живых организмах..

Организмы, которые осуществляют фотосинтез (растения, водоросли и некоторые бактерии), являются основными производителями углеводов в природе. Структура этих сахаридов может быть линейной или разветвленной, простой или сложной, а также может быть связана с биомолекулами другого типа..

Например, углеводы могут связывать белки с образованием гликопротеинов. Они также могут быть связаны с молекулами липидов, образующими гликолипиды, биомолекулы, которые образуют структуру биологических мембран. Углеводы также присутствуют в структуре нуклеиновых кислот.

Первоначально углеводы были признаны клеточными молекулами накопления энергии. Впоследствии были определены другие важные функции, которые углеводы выполняют в биологических системах..

Все живые существа имеют свои клетки, покрытые плотным слоем сложных углеводов. Углеводы состоят из моносахаридов, небольших молекул, образованных тремя-девятью атомами углерода, присоединенными к гидроксильным группам (-OH), которые могут различаться по размеру и конфигурации.

Важным свойством углеводов является огромное структурное разнообразие внутри этого класса молекул, которое позволяет им выполнять широкий спектр функций, таких как генерация сигнальных молекул клеток, формирование тканей и формирование идентичности различных групп крови у людей..

Аналогично, внеклеточный матрикс у высших эукариот богат богатыми секретируемыми углеводами, необходимыми для выживания и коммуникации клеток. Эти механизмы распознавания клеток используются различными патогенами для заражения их клеток-хозяев..

Моносахариды могут быть связаны гликозидными связями с образованием большого разнообразия углеводов: дисахаридов, олигосахаридов и полисахаридов. Изучение структуры и функции углеводов в биологических системах называется гликобиологией..

индекс

  • 1 Химическая структура
  • 2 Классификация
    • 2.1 Моносахариды
    • 2.2 Дисахариды
    • 2.3 Олигосахариды 
    • 2.4 Полисахариды
  • 3 функции
  • 4 Продукты, которые содержат углеводы
    • 4.1 Крахмал
    • 4.2 Фрукты и овощи
    • 4.3 Молоко
    • 4.4 Сладости
  • 5 Углеводный обмен
  • 6 Ссылки

Химическая структура

Углеводы состоят из атомов углерода, водорода и кислорода. Большинство из них могут быть представлены эмпирической формулой (CH2O) n, где n - количество атомов углерода в молекуле. Другими словами, соотношение углерода, водорода и кислорода в молекулах углеводов составляет 1: 2: 1..

Эта формула объясняет происхождение термина «углевод», потому что компоненты представляют собой атомы углерода («карбо») и атомы воды (следовательно, «гидрат»). Хотя углеводы образуются в основном из этих трех атомов, есть некоторые углеводы с азотом, фосфором или серой.

В своей основной форме углеводы представляют собой простые сахара или моносахариды. Эти простые сахара могут быть объединены вместе, чтобы сформировать более сложные углеводы.

Комбинация двух простых сахаров представляет собой дисахарид. Олигосахариды содержат от двух до десяти простых сахаров, а полисахариды являются крупнейшими углеводами, состоящими из более чем десяти единиц моносахаридов..

Структура углеводов определяет, как энергия накапливается в его связях во время его образования при фотосинтезе, а также как эти связи разрушаются во время клеточного дыхания..

классификация

моносахариды

Моносахариды являются элементарными единицами углеводов, поэтому они являются самой простой структурой сахарида. Физически моносахариды представляют собой кристаллические твердые вещества без цвета. У большинства есть сладкий вкус.

С химической точки зрения моносахариды могут быть альдегидами или кетонами, в зависимости от того, где карбонильная группа (C = O) расположена в линейных углеводах. Конструктивно моносахариды могут образовывать линейные цепи или замкнутые кольца.

Поскольку моносахариды имеют гидроксильные группы, большинство из них растворимы в воде и нерастворимы в неполярных растворителях..

В зависимости от количества атомов углерода в вашей структуре, моносахарид будет иметь разные названия, например: триоза (если у вас 3 атома С), пентоза (если у вас 5С) и т. Д..

дисахариды

Дисахариды представляют собой двойные сахара, которые образуются путем соединения двух моносахаридов в химическом процессе, называемом дегидратационным синтезом, поскольку молекула воды теряется во время реакции. Это также известно как реакция конденсации.

Таким образом, дисахарид представляет собой любое вещество, которое состоит из двух молекул простых сахаров (моносахаридов), связанных вместе через гликозидную связь.

Кислоты обладают способностью разрушать эти связи, по этой причине дисахариды могут перевариваться в желудке..

Дисахариды обычно растворимы в воде и сладкие при проглатывании. Три основных дисахарида - это сахароза, лактоза и мальтоза: сахароза происходит от связывания глюкозы и фруктозы; лактоза происходит из союза глюкозы и галактозы; и мальтоза происходит из объединения двух молекул глюкозы.

олигосахариды

Олигосахариды - это сложные полимеры, образованные несколькими единицами простых сахаров, то есть от 3 до 9 моносахаридов..

Реакция та же, что образует дисахариды, но также происходит от распада более сложных молекул сахара (полисахаридов).

Большинство олигосахаридов содержится в растениях и действует как растворимая клетчатка, которая может помочь предотвратить запор. Тем не менее, люди не обладают ферментами, чтобы переваривать их в основном, за исключением мальтотриозы.

По этой причине олигосахариды, которые изначально не перевариваются в тонкой кишке, могут разрушаться бактериями, которые обычно населяют толстую кишку в процессе ферментации. Пребиотики выполняют эту функцию, служат пищей для полезных бактерий.

полисахариды

Полисахариды являются крупнейшими сахаридными полимерами, они образованы более чем 10 (до тысячи) единиц моносахаридов, расположенных линейным или разветвленным образом. Изменения в пространственном расположении - то, что дает многократные свойства этим сахарам.

Полисахариды могут состоять из одного и того же моносахарида или из комбинации разных моносахаридов. Если они образованы повторяющимися единицами одного и того же сахара, их называют гомополисахаридами, такими как гликоген и крахмал, которые являются углеводами для хранения животных и растений, соответственно..

Если полисахарид состоит из единиц различных сахаров, их называют гетерополисахаридами. Большинство из них содержат только две разные единицы и обычно связаны с белками (гликопротеины, такие как гамма-глобулин в плазме крови) или липидами (гликолипиды, такие как ганглиозиды).

функции

Четыре основных функции углеводов: обеспечивают энергию, запасают энергию, строят макромолекулы и предотвращают расщепление белков и жиров..

Углеводы разлагаются путем переваривания простых сахаров. Они поглощаются клетками тонкой кишки и транспортируются во все клетки организма, где они будут окисляться для получения энергии в виде аденозинтрифосфата (АТФ)..

Молекулы сахара, которые не используются в производстве энергии в любой момент времени, хранятся как часть резервных полимеров, таких как гликоген и крахмал.

Нуклеотиды, основные звенья нуклеиновых кислот, имеют в своей структуре молекулы глюкозы. Несколько важных белков связаны с молекулами углеводов, например: фолликулостимулирующий гормон (ФСГ), который вмешивается в процесс овуляции.

Поскольку углеводы являются основным источником энергии, их быстрое разложение препятствует разложению других биомолекул для получения энергии. Таким образом, когда уровень сахара в норме, белки и липиды защищены от деградации.

Некоторые углеводы растворимы в воде, они функционируют как основной продукт питания практически во всем мире, и окисление этих молекул является основным источником выработки энергии в большинстве нефотосинтетических клеток..

Нерастворимые углеводы связаны с образованием более сложных структур, которые служат защитой. Например: целлюлоза образует стенку растительных клеток вместе с гемицеллюлозой и пектином. Хитин образует стенку грибковых клеток и экзоскелет членистоногих.

Также пептидогликан образует клеточную стенку бактерий и цианобактерий. Соединительная ткань животных и скелетные суставы образованы полисахаридами.

Многие углеводы ковалентно связаны с белками или липидами, образуя более сложные структуры, которые в совокупности называются гликоконъюгатами. Эти комплексы действуют как метки, которые определяют внутриклеточное местоположение или метаболическую судьбу этих молекул

Продукты, которые содержат углеводы

Углеводы являются важным компонентом здорового питания, поскольку они являются основным источником энергии. Однако в некоторых продуктах содержатся более полезные углеводы, которые содержат больше питательных веществ, например:

Крахмалы

Продукты, содержащие крахмал, являются основным источником углеводов. Эти крахмалы, как правило, представляют собой сложные углеводы, то есть они образованы многими сахарами, соединенными вместе, образуя длинную молекулярную цепь. По этой причине переваривание крахмала занимает больше времени..

Существует широкий ассортимент продуктов, которые содержат крахмалы. К зернам относятся продукты с высоким содержанием крахмала, например: бобы, чечевица и рис. Зерновые также содержат эти углеводы, например: овес, ячмень, пшеница и ее производные (мука и макароны) .

Бобовые и орехи также содержат углеводы в виде крахмала. Кроме того, овощи, такие как: картофель, сладкий картофель, кукуруза и тыква также богаты содержанием крахмала.

Важно отметить, что многие углеводы являются источником клетчатки. То есть клетчатка в основном является видом углеводов, которые организм может переваривать только частично.

Подобно сложным углеводам, углеводы имеют тенденцию медленно перевариваться.

Фрукты и овощи

Фрукты и овощи имеют высокое содержание углеводов. В отличие от крахмалов, фрукты и овощи содержат простые углеводы, то есть углеводы с одним или двумя сахаридами, связанными вместе.

Эти углеводы, будучи простыми по своей молекулярной структуре, усваиваются легче и быстрее, чем сложные. Это дает представление о различных уровнях и типах углеводов, которыми обладает пища..

Таким образом, некоторые фрукты содержат больше углеводов на порцию, например: бананы, яблоки, апельсины, дыни и виноград содержат больше углеводов, чем некоторые овощи, такие как шпинат, брокколи и капуста, морковь, грибы и баклажаны.

Молоко

Подобно овощам и фруктам, молочные продукты - это продукты, которые содержат простые углеводы. Молоко имеет свой собственный сахар, называемый лактозой, дисахаридом со сладким вкусом. Одна чашка этого составляет около 12 граммов углеводов.

Есть много версий молока и йогурта на рынке. Независимо от того, употребляете ли вы полную или обезжиренную версию определенного молочного продукта, количество углеводов будет одинаковым.

Сладости

Сладости являются еще одним известным источником углеводов. К ним относятся сахар, мед, конфеты, искусственные напитки, печенье, мороженое и многие другие десерты. Все эти продукты содержат высокие концентрации сахаров.

Со своей стороны, некоторые обработанные и рафинированные продукты содержат сложные углеводы, например: хлеб, рис и белые макароны. Важно отметить, что рафинированные углеводы не так питательны, как углеводы, которыми обладают фрукты и овощи.

Углеводный обмен

Метаболизм углеводов представляет собой совокупность метаболических реакций, которые включают образование, деградацию и превращение углеводов в клетках..

Метаболизм углеводов высоко консервативен и может наблюдаться даже у бактерий, основным примером является Lac Operon. Кишечная палочка.

Углеводы важны во многих метаболических путях, таких как фотосинтез, самая важная реакция образования углеводов в природе..

Из углекислого газа и воды растения используют солнечную энергию для синтеза углеводных молекул.

Со своей стороны, клетки животных и грибов расщепляют углеводы, потребляемые в тканях растений, для получения энергии в форме АТФ посредством процесса, называемого клеточным дыханием..

У позвоночных глюкоза транспортируется по всему организму через кровь. Если запасы клеточной энергии низкие, глюкоза разрушается в результате метаболической реакции, называемой гликолизом, с образованием небольшого количества энергии и некоторых метаболических промежуточных продуктов..

Молекулы глюкозы, не необходимые для немедленного производства энергии, накапливаются в виде гликогена в печени и мышцах в процессе, называемом гликогенезом..

Некоторые простые углеводы имеют свои собственные пути разложения, как некоторые из более сложных углеводов. Лактоза, например, требует действия фермента лактазы, который разрывает ее связи и высвобождает основные моносахариды, глюкозу и галактозу..

Глюкоза является основным углеводом, потребляемым клетками, составляющим примерно 80% источников энергии..

Глюкоза распределяется по клеткам, где она может проникать через специфические транспортеры для разложения или хранения в виде гликогена..

В зависимости от метаболических потребностей клетки, глюкоза может также использоваться для синтеза других моносахаридов, жирных кислот, нуклеиновых кислот и некоторых аминокислот..

Основной функцией углеводного обмена является поддержание контроля уровня сахара в крови, это то, что известно как внутренний гомеостаз.

ссылки

  1. Альбертс Б., Джонсон А., Льюис Дж., Морган Д., Рафф М., Робертс К. и Уолтер П. (2014). Молекулярная биология клетки (6-е изд.). Гирлянда Наука.
  2. Berg, J., Tymoczko, J., Gatto, G. & Strayer, L. (2015). биохимия (8-е изд.). У. Х. Фриман и Компания.
  3. Кэмпбелл, Н. и Рис, Дж. (2005). биология (2-е изд.) Pearson Education.
  4. Дашты М. (2013). Беглый взгляд на биохимию: углеводный обмен. Клиническая Биохимия, 46(15), 1339-1352.
  5. Лодиш, Х., Берк, А., Кайзер, К., Кригер, М., Бретчер, А., Плое, Х., Амон, А. и Мартин, К. (2016). Молекулярно-клеточная биология (8-е изд.). У. Х. Фриман и Компания.
  6. Maughan, R. (2009). Углеводный обмен. хирургия, 27(1), 6-10.
  7. Нельсон Д., Кокс М. и Ленингер А. (2013). Lehninger Принципы биохимии (6го). W.H. Фримен и Компания.
  8. Соломон Э., Берг Л. и Мартин Д. (2004). биология (7-е изд.) Cengage Learning.
  9. Voet, D., Voet, J. & Pratt, C. (2016). Основы биохимии: жизнь на молекулярном уровне (5-е изд.). Wiley.