Ածխաջրերի հատկությունները և կառուցվածքը. Ածխաջրերի գործառույթները

2024 Հեղինակ: Angel Austin | [email protected]. Վերջին փոփոխված: 2023-12-17 05:30

Մարդու մարմնի, ինչպես նաև այլ կենդանի էակների համար էներգիա է անհրաժեշտ։ Առանց դրա ոչ մի գործընթաց չի կարող տեղի ունենալ։ Ի վերջո, յուրաքանչյուր կենսաքիմիական ռեակցիա, նյութափոխանակության յուրաքանչյուր ֆերմենտային գործընթաց կամ փուլ էներգիայի աղբյուրի կարիք ունի:

Ուստի, օրգանիզմին կյանքի համար ուժ ապահովող նյութերի նշանակությունը շատ մեծ է և կարևոր։ Որոնք են այդ նյութերը: Ածխաջրեր, սպիտակուցներ, ճարպեր: Նրանցից յուրաքանչյուրի կառուցվածքը տարբեր է, նրանք պատկանում են քիմիական միացությունների բոլորովին տարբեր դասերի, սակայն նրանց գործառույթներից մեկը նման է՝ մարմնին ապահովել կյանքի համար անհրաժեշտ էներգիայով։ Դիտարկենք թվարկված նյութերի մեկ խումբը՝ ածխաջրերը։

Ածխաջրերի դասակարգում

Ածխաջրերի բաղադրությունը և կառուցվածքը հայտնաբերումից ի վեր որոշվել է նրանց անունով: Իրոք, վաղ աղբյուրների համաձայն, ենթադրվում էր, որ սա միացությունների խումբ է, որի կառուցվածքում կան ածխածնի ատոմներ՝ կապված ջրի մոլեկուլների հետ։

Ավելի մանրակրկիտ վերլուծությունը, ինչպես նաև այդ նյութերի բազմազանության մասին կուտակված տեղեկատվությունը թույլ տվեցին ապացուցել, որ ոչ բոլոր ներկայացուցիչներն ունեն միայն այդպիսի կազմ։ Այնուամենայնիվայս հատկանիշը դեռևս մեկն է նրանցից, որոնք որոշում են ածխաջրերի կառուցվածքը:

Այս խմբի միացությունների ժամանակակից դասակարգումը հետևյալն է.

1. Մոնոսաքարիդներ (ռիբոզ, ֆրուկտոզա, գլյուկոզա և այլն):
2. Օլիգոսաքարիդներ (բիոզներ, տրիոզներ).
3. Պոլիսաքարիդներ (օսլա, ցելյուլոզա).

Նաև բոլոր ածխաջրերը կարելի է բաժանել հետևյալ երկու մեծ խմբերի.

• վերականգնում;
• ոչ վերականգնող։

Ավելի մանրամասն կքննարկվի յուրաքանչյուր խմբի ածխաջրերի մոլեկուլների կառուցվածքը։

Մոնոսաքարիդներ. բնութագրեր

Այս կատեգորիան ներառում է բոլոր պարզ ածխաջրերը, որոնք պարունակում են ալդեհիդ (ալդոզներ) կամ կետոններ (կետոզներ) խումբ և շղթայի կառուցվածքում ոչ ավելի, քան 10 ածխածնի ատոմ: Եթե նայեք հիմնական շղթայի ատոմների թվին, ապա մոնոսաքարիդները կարելի է բաժանել՝

• տրիոզներ (գլիցերալդեհիդ);
• տետրոզներ (էրիթրուլոզ, էրիթրոզ);
• պենտոզներ (ռիբոզ և դեզօքսիռիբոզ);
• hexoses (գլյուկոզա, ֆրուկտոզա).

Բոլոր այլ ներկայացուցիչներն այնքան կարևոր չեն մարմնի համար, որքան նշվածները։

Մոլեկուլների կառուցվածքի առանձնահատկությունները

Մոնոզները, ըստ իրենց կառուցվածքի, կարող են ներկայացվել ինչպես շղթայի, այնպես էլ ցիկլային ածխաջրերի տեսքով։ Ինչպե՞ս է դա տեղի ունենում: Բանն այն է, որ միացության կենտրոնական ածխածնի ատոմը ասիմետրիկ կենտրոն է, որի շուրջ լուծված մոլեկուլը կարողանում է պտտվել։ Այսպես են առաջանում L- և D ձևի մոնոսաքարիդների օպտիկական իզոմերները։ Որտեղգլյուկոզայի բանաձևը, որը գրված է ուղիղ շղթայի տեսքով, կարող է մտովի ընկալվել ալդեհիդային խմբի (կամ կետոնի) կողմից և գլորվել գնդակի մեջ: Կստացվի համապատասխան ցիկլային բանաձևը։

Մոնոզ շարքի ածխաջրերի քիմիական կառուցվածքը բավականին պարզ է՝ ածխածնի մի շարք ատոմներ, որոնք կազմում են շղթա կամ ցիկլ, որոնցից յուրաքանչյուրից հիդրօքսիլ խմբերը և ջրածնի ատոմները գտնվում են տարբեր կամ նույն կողմում: Եթե համանուն բոլոր կառույցները գտնվում են մի կողմում, ապա առաջանում է D-իզոմեր, եթե դրանք տարբերվում են միմյանց հերթափոխով, ապա առաջանում է L-իզոմեր։ Եթե գրենք մոլեկուլային ձևով գլյուկոզայի մոնոսաքարիդների ամենատարածված ներկայացուցչի ընդհանուր բանաձևը, ապա այն կունենա հետևյալ տեսքը՝ _{: Ավելին, այս գրառումն արտացոլում է նաև ֆրուկտոզայի կառուցվածքը։ Ի վերջո, քիմիապես այս երկու մոնոզները կառուցվածքային իզոմերներ են։ Գլյուկոզան ալդեհիդային սպիրտ է, ֆրուկտոզան՝ կետո սպիրտ։}

Մի շարք մոնոսաքարիդների ածխաջրերի կառուցվածքն ու հատկությունները սերտորեն փոխկապակցված են: Իրոք, կառուցվածքի բաղադրության մեջ ալդեհիդային և կետոնային խմբերի առկայության պատճառով դրանք պատկանում են ալդեհիդային և կետո սպիրտներին, ինչը որոշում է դրանց քիմիական բնույթը և այն ռեակցիաները, որոնցում նրանք կարող են մտնել։

Այսպիսով, գլյուկոզան ցուցադրում է հետևյալ քիմիական հատկությունները՝

1. Կարբոնիլային խմբի առկայությամբ պայմանավորված ռեակցիաներ՝

• օքսիդացում - «արծաթե հայելի» ռեակցիա;
• թարմ նստեցված պղնձի (II) հիդրօքսիդ - ալդոնաթթու;
• ուժեղ օքսիդացնող նյութերը կարող են առաջացնել երկհիմնական թթուներ (ալդարիկ), փոխակերպելով ոչ միայն ալդեհիդը, այլև մեկ հիդրօքսիլ խումբ;
• վերականգնում - վերածվում է պոլիհիդրիկ սպիրտների։

2. Մոլեկուլը պարունակում է նաև հիդրօքսիլային խմբեր, որոնք արտացոլում են կառուցվածքը։ Ածխաջրերի հատկությունները ազդում են խմբավորման տվյալների վրա՝

• ալկիլացման ունակություն՝ եթերների առաջացում;
• ացիլացիա - եթերների առաջացում;
• որակական ռեակցիա պղնձի (II) հիդրօքսիդի համար:

3. Գլյուկոզայի բարձր սպեցիֆիկ հատկությունները՝

• յուղածաղիկ;
• ալկոհոլ;
• կաթնաթթվային խմորում.

Օրգանիզմում կատարվող ֆունկցիաներ

Մոնոզների շարքի ածխաջրերի կառուցվածքը և գործառույթը սերտորեն կապված են: Վերջիններս առաջին հերթին բաղկացած են կենդանի օրգանիզմների կենսաքիմիական ռեակցիաներին մասնակցությունից։ Ի՞նչ դեր են խաղում մոնոսաքարիդները այս հարցում:

1. Օլիգո- և պոլիսախարիդների արտադրության հիմք:
2. Պենտոզները (ռիբոզ և դեզօքսիրիբոզ) ամենակարևոր մոլեկուլներն են, որոնք մասնակցում են ATP-ի, ՌՆԹ-ի, ԴՆԹ-ի ձևավորմանը: Եվ նրանք իրենց հերթին ժառանգական նյութի, էներգիայի և սպիտակուցի հիմնական մատակարարներն են։
3. Մարդու արյան մեջ գլյուկոզայի կոնցենտրացիան օսմոտիկ ճնշման և դրա փոփոխությունների իրական ցուցանիշն է:

Օլիգոսաքարիդներ՝ կառուցվածք

Այս խմբի ածխաջրերի կառուցվածքը կրճատվում է մինչև բաղադրության մեջ մոնոսաքարիդների երկու (դիոզ) կամ երեք (տրիոզ) մոլեկուլների առկայություն։ Կան նաև այնպիսիք, որոնք ներառում են 4, 5 կամ ավելի կառուցվածքներ (մինչև 10), սակայն ամենատարածվածը դիսաքարիդներն են։ Այսինքն՝ հիդրոլիզի ժամանակմիացությունները քայքայվում են՝ առաջացնելով գլյուկոզա, ֆրուկտոզա, պենտոզա և այլն։ Ի՞նչ միացություններ են պատկանում այս կատեգորիային: Տիպիկ օրինակ են սախարոզա (սովորական եղեգնաշաքար), կաթնաշաքար (կաթի հիմնական բաղադրիչ), մալտոզա, լակտուլոզա, իզոմալտոզա։

Այս շարքի ածխաջրերի քիմիական կառուցվածքն ունի հետևյալ հատկանիշները՝

1. Ընդհանուր մոլեկուլային տեսակների բանաձև՝ C₁₂H₂₂O_11.
2. Երկու նույնական կամ տարբեր մոնոզային մնացորդներ դիսաքարիդային կառուցվածքում միացված են միմյանց՝ օգտագործելով գլիկոզիդային կամուրջ: Այս միացության բնույթը կորոշի շաքարի նվազեցնող կարողությունը։
3. Դիսաքարիդների նվազեցում. Այս տեսակի ածխաջրերի կառուցվածքը բաղկացած է գլիկոզիդային կամրջի ձևավորումից տարբեր մոնոսմոլեկուլների ալդեհիդային և հիդրոքսիլ խմբերի միջև: Դրանք ներառում են՝ մալթոզա, կաթնաշաքար և այլն։
4. Չնվազեցնող - սախարոզայի բնորոշ օրինակ, երբ կամուրջ է ձևավորվում միայն համապատասխան խմբերի հիդրոքսիլների միջև՝ առանց ալդեհիդային կառուցվածքի մասնակցության։

Այսպիսով, ածխաջրերի կառուցվածքը կարելի է հակիրճ ներկայացնել որպես մոլեկուլային բանաձև: Եթե անհրաժեշտ է մանրամասն մանրամասն կառուցվածք, ապա այն կարելի է պատկերել՝ օգտագործելով Ֆիշերի գրաֆիկական պրոյեկցիաները կամ Haworth-ի բանաձևերը: Մասնավորապես, երկու ցիկլային մոնոմերներ (մոնոզներ) կամ տարբեր են կամ նույնական (կախված օլիգոսաքարիդից)՝ փոխկապակցված գլիկոզիդային կամրջով: Կառուցելիս պետք է հաշվի առնել վերականգնման հնարավորությունը՝ կապը ճիշտ ցուցադրելու համար։

Դիսաքարիդների մոլեկուլների օրինակներ

Եթե առաջադրանքը հետևյալն է. «Նշեք ածխաջրերի կառուցվածքային առանձնահատկությունները», ապա դիսաքարիդների համար ավելի լավ է նախ նշել, թե ինչ մոնոզային մնացորդներից է այն բաղկացած: Ամենատարածված տեսակներն են՝

• սախարոզա - կառուցված ալֆա-գլյուկոզայից և բետա-ֆրուկտոզայից;
• մալտոզա - գլյուկոզայի մնացորդներից;
• cellobiose - բաղկացած է երկու D- ձևի բետա-գլյուկոզայի մնացորդներից;
• լակտոզա - գալակտոզա + գլյուկոզա;
• լակտուլոզա - գալակտոզա + ֆրուկտոզա և այլն։

Այնուհետև, ըստ առկա մնացորդների, պետք է կազմվի կառուցվածքային բանաձև՝ գլիկոզիդային կամրջի տեսակի հստակ նշումով։

Կարևորությունը կենդանի օրգանիզմների համար

Շատ կարևոր է նաև դիսաքարիդների դերը, կարևոր է ոչ միայն կառուցվածքը։ Ածխաջրերի և ճարպերի գործառույթները հիմնականում նման են. Հիմքը էներգետիկ բաղադրիչն է։ Այնուամենայնիվ, որոշ առանձին դիսախարիդների համար պետք է տրվի դրանց հատուկ նշանակությունը:

1. Սաքարոզը մարդու օրգանիզմում գլյուկոզայի հիմնական աղբյուրն է։
2. Լակտոզա պարունակվում է կաթնասունների կրծքի կաթում, այդ թվում՝ մինչև 8%՝ կանանց կաթում:
3. Լակտուլոզը ձեռք է բերվում լաբորատորիայում բժշկական օգտագործման համար և ավելացվում է կաթնամթերքին:

Մարդու և այլ արարածների ցանկացած դիսաքարիդ, տրիսաքարիդ և այլն, ենթարկվում է ակնթարթային հիդրոլիզի՝ մոնոզներ առաջացնելու համար: Հենց այս հատկանիշն է ընկած մարդկանց կողմից այս դասի ածխաջրերի օգտագործման հիմքում իրենց հում, անփոփոխ ձևով (ճակնդեղ կամ եղեգնաշաքար):

Պոլիսաքարիդներ. մոլեկուլների առանձնահատկությունները

Այս շարքի ածխաջրերի ֆունկցիաները, կազմը և կառուցվածքը մեծ նշանակություն ունեն կենդանի էակների օրգանիզմների, ինչպես նաև մարդու տնտեսական գործունեության համար։ Նախ, դուք պետք է պարզեք, թե որ ածխաջրերն են պոլիսախարիդներ:

Դրանք շատ են:

• օսլա;
• գլիկոգեն;
• մուրեյն;
• glucomannan;
• ցելյուլոզա;
• դեքստրին;
• գալակտոմանան;
• մուրոմին;
• պեկտիկ նյութեր;
• ամիլոզա;
• չիտին.

Սա ամբողջական ցանկ չէ, այլ միայն կենդանիների և բույսերի համար ամենակարևորը: Եթե կատարում եք «Նշեք մի շարք պոլիսախարիդների ածխաջրերի կառուցվածքային առանձնահատկությունները» առաջադրանքը, ապա առաջին հերթին պետք է ուշադրություն դարձնել դրանց տարածական կառուցվածքին։ Սրանք շատ ծավալուն, հսկա մոլեկուլներ են, որոնք բաղկացած են հարյուրավոր մոնոմերային միավորներից, որոնք խաչաձեւ կապակցված են գլիկոզիդային քիմիական կապերով: Հաճախ պոլիսախարիդային ածխաջրածին մոլեկուլների կառուցվածքը շերտավորված է:

Գոյություն ունի նման մոլեկուլների որոշակի դասակարգում:

1. Հոմոպոլիսաքարիդներ - բաղկացած են մոնոսաքարիդների միևնույն բազմիցս կրկնվող միավորներից: Կախված մոնոզներից՝ դրանք կարող են լինել հեքսոզներ, պենտոզներ և այլն (գլյուկաններ, մանաններ, գալակտաններ):
2. Հետերոպոլիսախարիդներ - ձևավորվում են տարբեր մոնոմերային միավորներով:

Գծային տարածական կառուցվածք ունեցող միացությունները պետք է ներառեն, օրինակ, ցելյուլոզը: Պոլիսաքարիդների մեծ մասն ունի ճյուղավորված կառուցվածք՝ օսլա, գլիկոգեն, քիտին և այլն:

Դերը կենդանի էակների մարմնում

Ածխաջրերի այս խմբի կառուցվածքը և գործառույթները սերտորեն կապված են բոլոր արարածների կենսագործունեության հետ: Այսպիսով, օրինակ, բույսերը պահուստային սննդանյութի տեսքով օսլա են կուտակում ընձյուղի կամ արմատի տարբեր հատվածներում։ Կենդանիների էներգիայի հիմնական աղբյուրը կրկին պոլիսախարիդներն են, որոնց քայքայման արդյունքում ստացվում է բավականին մեծ էներգիա։

Ածխաջրերը շատ կարևոր դեր են խաղում բջջի կառուցվածքում: Շատ միջատների և խեցգետնակերպերի ծածկույթը կազմված է քիտինից, մուրեինը բակտերիաների բջջային պատի բաղադրիչն է, ցելյուլոզը բույսերի հիմքն է։

Կենդանական ծագման պահուստային սննդանյութը գլիկոգենի մոլեկուլներն են կամ, ինչպես ավելի հաճախ կոչվում է, կենդանական ճարպը: Այն պահվում է մարմնի առանձին մասերում և կատարում է ոչ միայն էներգիա, այլ նաև պաշտպանիչ գործառույթ մեխանիկական ազդեցություններից։

Օրգանիզմների մեծ մասի համար ածխաջրերի կառուցվածքը մեծ նշանակություն ունի։ Յուրաքանչյուր կենդանու և բույսի կենսաբանությունն այնպիսին է, որ այն պահանջում է էներգիայի մշտական աղբյուր՝ անսպառ։ Եվ դա միայն նրանք կարող են տալ, այն էլ՝ պոլիսախարիդների տեսքով։ Այսպիսով, նյութափոխանակության գործընթացների արդյունքում 1 գ ածխաջրերի ամբողջական քայքայումը հանգեցնում է 4,1 կկալ էներգիայի արտազատմանը: Սա առավելագույնն է, այլևս ոչ մի կապ: Այդ իսկ պատճառով ածխաջրերը պետք է առկա լինեն ցանկացած մարդու և կենդանու սննդակարգում։ Բույսերը, ընդհակառակը, հոգ են տանում իրենց մասին. ֆոտոսինթեզի ընթացքում նրանք իրենց ներսում օսլա են կազմում և պահում այն։

Ածխաջրերի ընդհանուր հատկությունները

Ճարպերի, սպիտակուցների և ածխաջրերի կառուցվածքըընդհանուր առմամբ նման. Ի վերջո, դրանք բոլորը մակրոմոլեկուլներ են: Նույնիսկ նրանց որոշ գործառույթներ ունեն ընդհանուր բնույթ: Պետք է ամփոփել բոլոր ածխաջրերի դերն ու նշանակությունը մոլորակի կենսազանգվածի կյանքում։

1. Ածխաջրերի բաղադրությունը և կառուցվածքը ենթադրում են դրանց օգտագործումը որպես շինանյութ բույսերի բջիջների, կենդանիների և բակտերիաների թաղանթների, ինչպես նաև ներբջջային օրգանելների ձևավորման համար:
2. Պաշտպանիչ ֆունկցիա. Այն բնորոշ է բուսական օրգանիզմներին և դրսևորվում է փշերի, փշերի և այլնի ձևավորմամբ։
3. Պլաստիկ դեր - կենսական մոլեկուլների ձևավորում (ԴՆԹ, ՌՆԹ, ATP և այլն):
4. Ռեցեպտորների ֆունկցիա. Պոլիսաքարիդները և օլիգոսաքարիդները բջջային մեմբրանի միջոցով տրանսպորտային փոխանցումների ակտիվ մասնակիցներ են՝ «պահապաններ», որոնք գրավում են ազդեցությունները:
5. Էներգետիկ դերն ամենակարևորն է: Ապահովում է առավելագույն էներգիա բոլոր ներբջջային գործընթացների, ինչպես նաև ամբողջ օրգանիզմի աշխատանքի համար։
6. Օսմոտիկ ճնշման կարգավորում. գլյուկոզան վերահսկում է դա:
7. Որոշ պոլիսախարիդներ դառնում են պահուստային սննդանյութ՝ կենդանական արարածների էներգիայի աղբյուր։

Այսպիսով, ակնհայտ է, որ որոշիչ և որոշիչ նշանակություն ունեն ճարպերի, սպիտակուցների և ածխաջրերի կառուցվածքը, նրանց գործառույթներն ու դերը կենդանի համակարգերի օրգանիզմներում։ Այս մոլեկուլները կյանքի ստեղծողներն են, նրանք նաև պահպանում և աջակցում են այն։

Ածխաջրեր այլ մակրոմոլեկուլային միացություններով

Հայտնի է նաև ածխաջրերի դերը ոչ թե մաքուր ձևով, այլ այլ մոլեկուլների հետ համակցված։ Դրանք ներառում են ամենատարածվածընման՝

• գլիկոզամինոգլիկաններ կամ մուկոպոլիսաքարիդներ;
• գլիկոպրոտեիններ.

Այս տիպի ածխաջրերի կառուցվածքը և հատկությունները բավականին բարդ են, քանի որ մի շարք ֆունկցիոնալ խմբեր միավորված են մի բարդույթի մեջ: Այս տեսակի մոլեկուլների հիմնական դերը օրգանիզմների կենսագործունեության բազմաթիվ գործընթացներին մասնակցությունն է։ Ներկայացուցիչներն են՝ հիալուրոնաթթու, քոնդրոիտին սուլֆատ, հեպարան, կերատան սուլֆատ և այլն։

Կան նաև պոլիսախարիդների համալիրներ կենսաբանորեն ակտիվ այլ մոլեկուլների հետ։ Օրինակ՝ գլիկոպրոտեիններ կամ լիպոպոլիսաքարիդներ։ Դրանց գոյությունը կարևոր է օրգանիզմի իմունոլոգիական ռեակցիաների ձևավորման համար, քանի որ դրանք լիմֆատիկ համակարգի բջիջների մաս են կազմում։