Chemická štruktúra sacharidov, klasifikácia a funkcie



sacharidy, sacharidy alebo sacharidy, sú organické molekuly, ktoré uchovávajú energiu v živých bytostiach. Sú to najhojnejšie biomolekuly a zahŕňajú: cukry, škroby a celulózu, medzi inými zlúčeninami nachádzajúcimi sa v živých organizmoch.

Organizmy, ktoré vykonávajú fotosyntézu (rastliny, riasy a niektoré baktérie) sú hlavnými producentmi sacharidov v prírode. Štruktúra týchto sacharidov môže byť lineárna alebo rozvetvená, jednoduchá alebo zlúčenina a môže byť tiež asociovaná s biomolekulami iného druhu.

Napríklad sacharidy môžu viazať proteíny na glykoproteíny. Môžu byť tiež asociované s lipidovými molekulami, tvoriacimi glykolipidy, biomolekuly, ktoré tvoria štruktúru biologických membrán. Sacharidy sú tiež prítomné v štruktúre nukleových kyselín.

Spočiatku boli sacharidy rozpoznávané ako molekuly bunkovej energie. Následne boli stanovené ďalšie dôležité funkcie, ktoré sacharidy v biologických systémoch spĺňajú.

Všetky živé bytosti majú svoje bunky pokryté hustou vrstvou komplexných sacharidov. Sacharidy sú tvorené monosacharidmi, malými molekulami tvorenými tromi až deviatimi atómami uhlíka viazanými na hydroxylové skupiny (-OH), ktoré sa môžu líšiť veľkosťou a konfiguráciou.

Dôležitou vlastnosťou sacharidov je obrovská štrukturálna diverzita v rámci tejto triedy molekúl, ktorá im umožňuje vykonávať široké spektrum funkcií, ako je generovanie bunkových signálnych molekúl, vytváranie tkanív a generovanie identity rôznych krvných skupín u ľudí..

Podobne je extracelulárna matrica vo vyšších eukaryotoch bohatá na vylučované sacharidy, ktoré sú nevyhnutné pre prežitie buniek a komunikáciu. Tieto mechanizmy rozpoznávania buniek sú využívané rôznymi patogénmi na infikovanie ich hostiteľských buniek.

Monosacharidy môžu byť spojené glykozidovými väzbami za vzniku veľkého množstva sacharidov: disacharidov, oligosacharidov a polysacharidov. Štúdium štruktúry a funkcie sacharidov v biologických systémoch sa nazýva glykobiológia.

index

  • 1 Chemická štruktúra
  • 2 Klasifikácia
    • 2.1 Monosacharidy
    • 2.2 Disacharidy
    • 2.3 Oligosacharidy 
    • 2.4 Polysacharidy
  • 3 Funkcie
  • 4 Potraviny, ktoré obsahujú sacharidy
    • 4.1 Škroby
    • 4.2 Ovocie a zelenina
    • 4.3 Mlieko
    • 4.4 Sladkosti
  • 5 Metabolizmus sacharidov
  • 6 Referencie

Chemická štruktúra

Sacharidy sú tvorené atómami uhlíka, vodíka a kyslíka. Väčšina z nich môže byť reprezentovaná empirickým vzorcom (CH2O) n, kde n je počet uhlíkov v molekule. Inými slovami, pomer uhlíka, vodíka a kyslíka je v uhľovodíkových molekulách 1: 2: 1.

Tento vzorec vysvetľuje pôvod termínu "sacharid", pretože zložky sú atómy uhlíka ("karbo") a atómy vody (teda "hydrát"). Aj keď sacharidy sú tvorené hlavne týmito tromi atómami, existujú niektoré sacharidy s dusíkom, fosforom alebo sírou.

Vo svojej základnej forme sú sacharidy jednoduché cukry alebo monosacharidy. Tieto jednoduché cukry môžu byť kombinované, aby vytvorili komplexnejšie sacharidy.

Kombinácia dvoch jednoduchých cukrov je disacharid. Oligosacharidy obsahujú medzi dvoma až desiatimi jednoduchými cukrami a polysacharidy sú najväčšie sacharidy, ktoré pozostávajú z viac ako desiatich jednotiek monosacharidov..

Štruktúra sacharidov určuje, ako je energia uložená vo svojich väzbách počas jej tvorby fotosyntézou a tiež ako sú tieto väzby počas bunkového dýchania rozbité..

klasifikácia

monosacharidy

Monosacharidy sú elementárnymi jednotkami sacharidov, preto sú najjednoduchšou štruktúrou sacharidu. Fyzicky sú monosacharidy kryštalické pevné látky bez farby. Väčšina z nich má sladkú chuť.

Z chemického hľadiska môžu byť monosacharidy aldehydy alebo ketóny, v závislosti od toho, kde sa karbonylová skupina (C = O) nachádza v lineárnych sacharidoch. Štruktúrne monosacharidy môžu tvoriť lineárne reťazce alebo uzavreté kruhy.

Pretože monosacharidy majú hydroxylové skupiny, väčšina z nich je rozpustná vo vode a nerozpustná v nepolárnych rozpúšťadlách.

V závislosti od počtu uhlíkov, ktoré máte vo svojej štruktúre, bude mať monosacharid rôzne názvy, napríklad: trióza (ak máte 3 atómy C), pentóza (ak máte 5C) a tak ďalej.

disacharidy

Disacharidy sú dvojité cukry, ktoré sú tvorené spojením dvoch monosacharidov v chemickom procese nazývanom dehydratačná syntéza, pretože molekula vody je počas reakcie stratená. Je tiež známa ako kondenzačná reakcia.

Disacharid je teda akákoľvek látka, ktorá sa skladá z dvoch molekúl jednoduchých cukrov (monosacharidov) spojených prostredníctvom glykozidového spojenia.

Kyseliny majú schopnosť narušiť tieto väzby, z tohto dôvodu môžu byť disacharidy stráviteľné v žalúdku.

Disacharidy sú všeobecne rozpustné vo vode a sladké, keď sú prehltnuté. Tri hlavné disacharidy sú sacharóza, laktóza a maltóza: sacharóza pochádza z väzby glukózy a fruktózy; laktóza pochádza zo spojenia glukózy a galaktózy; a maltóza pochádza zo spojenia dvoch molekúl glukózy.

oligosacharidy

Oligosacharidy sú komplexné polyméry tvorené niekoľkými jednotkami jednoduchých cukrov, to znamená medzi 3 až 9 monosacharidmi..

Reakcia je rovnaká, ktorá tvorí disacharidy, ale tiež pochádza z rozpadu zložitejších molekúl cukru (polysacharidov)..

Väčšina oligosacharidov sa nachádza v rastlinách a pôsobí ako rozpustná vláknina, čo môže pomôcť zabrániť zápche. Ľudia však nemajú enzýmy, aby ich trávili väčšinou, okrem maltotriózy.

Z tohto dôvodu môžu byť oligosacharidy, ktoré nie sú spočiatku strávené v tenkom čreve, degradované baktériami, ktoré normálne obývajú hrubé črevo fermentačným procesom. Prebiotiká plnia túto funkciu, slúžia ako potrava pre prospešné baktérie.

polysacharidy

Polysacharidy sú najväčšie sacharidové polyméry, sú tvorené viac ako 10 (až tisíckami) jednotiek monosacharidov usporiadaných lineárnym alebo rozvetveným spôsobom. Zmeny v priestorovom usporiadaní sú to, čo dáva týmto cukrom viac vlastností.

Polysacharidy sa môžu skladať z rovnakého monosacharidu alebo z kombinácie rôznych monosacharidov. Ak sú tvorené opakovanými jednotkami rovnakého cukru, nazývajú sa homopolysacharidy, ako je glykogén a škrob, ktoré sú skladovacími sacharidmi zvierat a rastlín..

Ak sa polysacharid skladá z jednotiek rôznych cukrov, nazývajú sa heteropolysacharidy. Väčšina z nich obsahuje iba dve rôzne jednotky a sú zvyčajne spojené s proteínmi (glykoproteínmi, ako je gama globulín v krvnej plazme) alebo lipidmi (glykolipidy, ako sú gangliosidy)..

funkcie

Štyri hlavné funkcie sacharidov sú: dodávať energiu, ukladať energiu, budovať makromolekuly a zabrániť degradácii proteínov a tukov.

Sacharidy sa rozkladajú trávením v jednoduchých cukroch. Tie sú absorbované bunkami tenkého čreva a sú transportované do všetkých buniek tela, kde budú oxidované na energiu vo forme adenozíntrifosfátu (ATP)..

Molekuly cukru, ktoré sa v danom čase nepoužívajú pri výrobe energie, sa skladujú ako súčasť rezervných polymérov, ako je glykogén a škrob..

Nukleotidy, základné jednotky nukleových kyselín, majú vo svojej štruktúre molekuly glukózy. Viaceré dôležité proteíny sú spojené s molekulami sacharidov, napríklad: folikuly stimulujúci hormón (FSH), ktorý zasahuje do procesu ovulácie.

Pretože sacharidy sú hlavným zdrojom energie, ich rýchla degradácia zabraňuje degradácii iných biomolekulov na energiu. Keď sú hladiny cukru normálne, proteíny a lipidy sú chránené pred degradáciou.

Niektoré sacharidy sú rozpustné vo vode, fungujú ako základná potrava prakticky v celom svete a oxidácia týchto molekúl je hlavným zdrojom výroby energie vo väčšine non-fotosyntetických buniek..

Nerozpustné sacharidy sú spojené s tvorbou komplexnejších štruktúr, ktoré slúžia ako ochrana. Napríklad: celulóza tvorí stenu rastlinných buniek spolu s hemicelulózami a pektínom. Chitín tvorí stenu buniek húb a exoskeleton článkonožcov.

Peptidoglykán tiež tvorí bunkovú stenu baktérií a cyanobaktérií. Spojivové tkanivo zvierat a kostrové kĺby sú tvorené polysacharidmi.

Mnohé sacharidy sú kovalentne viazané na proteíny alebo lipidy, čím vytvárajú komplexnejšie štruktúry, spoločne nazývané glykokonjugáty. Tieto komplexy pôsobia ako značky, ktoré určujú intracelulárne umiestnenie alebo metabolický osud týchto molekúl

Potraviny, ktoré obsahujú sacharidy

Sacharidy sú základnou zložkou zdravej výživy, pretože sú hlavným zdrojom energie. Niektoré potraviny však majú zdravšie sacharidy, ktoré ponúkajú väčšie množstvo živín, napríklad:

Škroby

Potraviny, ktoré obsahujú škrob, sú hlavným zdrojom sacharidov. Tieto škroby sú vo všeobecnosti komplexné sacharidy, to znamená, že sú tvorené mnohými cukrami, ktoré spolu tvoria dlhý molekulový reťazec. Z tohto dôvodu sa škroby strávia dlhšie.

Existuje široká škála potravín, ktoré obsahujú škroby. Zrná zahŕňajú potraviny s vysokým obsahom škrobu, napríklad: fazuľa, šošovica a ryža. Obilniny tiež obsahujú tieto sacharidy, napríklad: ovos, jačmeň, pšenicu a jej deriváty (múka a cestoviny) .

Strukoviny a orechy obsahujú aj sacharidy vo forme škrobov. Okrem toho, zelenina ako: zemiaky, sladké zemiaky, kukurica a tekvice sú tiež bohaté na obsah škrobu.

Je dôležité poznamenať, že mnoho sacharidov je zdrojom vlákniny. To znamená, že vlákno je v podstate typ sacharidov, ktoré telo môže stráviť len čiastočne.

Podobne ako u komplexných sacharidov majú sacharidové vlákna tendenciu byť pomaly stráviteľné.

Ovocie a zelenina

Ovocie a zelenina majú vysoký obsah sacharidov. Na rozdiel od škrobov obsahujú ovocie a zelenina jednoduché sacharidy, to znamená sacharidy s jedným alebo dvoma sacharidmi spojenými dohromady..

Tieto uhľovodíky, ktoré majú jednoduchú molekulovú štruktúru, sú ľahšie a rýchlejšie stráviteľné než komplexné. To dáva predstavu o rôznych úrovniach a typoch sacharidov, ktoré potravina vlastní.

Niektoré druhy ovocia teda obsahujú viac sacharidov na jednu porciu, napríklad: banány, jablká, pomaranče, melóny a hrozno majú viac sacharidov ako niektoré druhy zeleniny, ako je špenát, brokolica a kapusta, mrkva, huby a baklažány.

Mlieko

Podobne ako zelenina a ovocie, aj mliečne výrobky sú potraviny, ktoré obsahujú jednoduché sacharidy. Mlieko má svoj vlastný cukor nazývaný laktóza, disacharid so sladkou chuťou. Jedna šálka tohto je približne 12 gramov sacharidov.

Existuje mnoho verzií mlieka a jogurtu na trhu. Bez ohľadu na to, či konzumujete plnú alebo redukovanú verziu konkrétnej mliekarne, množstvo sacharidov bude rovnaké.

Sladkosti

Sladkosti sú ďalším známym zdrojom sacharidov. Patrí medzi ne cukor, med, cukríky, umelé nápoje, sušienky, zmrzlina, medzi mnoho ďalších dezertov. Všetky tieto produkty obsahujú vysoké koncentrácie cukrov.

Niektoré spracované a rafinované potraviny obsahujú komplexné sacharidy, napríklad: chlieb, ryžu a biele cestoviny. Je dôležité poznamenať, že rafinované sacharidy nie sú tak výživné ako sacharidy, ktoré ovocie a zelenina majú.

Metabolizmus sacharidov

Metabolizmus sacharidov je súborom metabolických reakcií, ktoré zahŕňajú tvorbu, degradáciu a konverziu sacharidov v bunkách..

Metabolizmus sacharidov je vysoko konzervatívny a možno ho pozorovať dokonca aj z baktérií, pričom hlavným príkladom je Lac Operon. E. coli.

Sacharidy sú dôležité v mnohých metabolických dráhach, ako je fotosyntéza, najdôležitejšia reakcia pri tvorbe sacharidov v prírode.

Z oxidu uhličitého a vody používajú rastliny slnečnú energiu na syntézu sacharidových molekúl.

Bunky zvierat a húb rozkladajú sacharidy, ktoré sa spotrebúvajú v rastlinných tkanivách, aby získali energiu vo forme ATP prostredníctvom procesu nazývaného bunkové dýchanie..

U stavovcov sa glukóza transportuje cez telo krvou. Ak sú zásoby bunkovej energie nízke, glukóza sa degraduje metabolickou reakciou nazývanou glykolýza, aby sa vytvorila malá energia a niektoré metabolické medziprodukty..

Molekuly glukózy, ktoré nie sú potrebné na okamžitú výrobu energie, sú uložené ako glykogén v pečeni a svaloch prostredníctvom procesu nazývaného glykogenéza..

Niektoré jednoduché sacharidy majú svoje vlastné cesty degradácie, podobne ako niektoré zložitejšie sacharidy. Napríklad laktóza vyžaduje pôsobenie enzýmu laktázy, ktorý rozbíja svoje väzby a uvoľňuje svoje základné monosacharidy, glukózu a galaktózu.

Glukóza je hlavným sacharidom konzumovaným bunkami, ktorý predstavuje približne 80% zdrojov energie.

Glukóza je distribuovaná do buniek, kde môže vstupovať cez špecifické transportéry, ktoré majú byť degradované alebo uložené ako glykogén.

V závislosti od metabolických požiadaviek bunky sa môže glukóza použiť aj na syntézu iných monosacharidov, mastných kyselín, nukleových kyselín a určitých aminokyselín..

Hlavnou funkciou metabolizmu sacharidov je udržanie kontroly hladiny cukru v krvi, čo je známe ako vnútorná homeostáza.

referencie

  1. Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., Morgan, D., Raff, M., Roberts, K. & Walter, P. (2014). Molekulárna biológia bunky (6. vydanie). Garland Science.
  2. Berg, J., Tymoczko, J., Gatto, G. & Strayer, L. (2015). biochémie (8. vydanie). W. H. Freeman a Company.
  3. Campbell, N. & Reece, J. (2005). biológie (2. vyd.) Pearson Education.
  4. Dashty, M. (2013). Rýchly pohľad na biochémiu: metabolizmus sacharidov. Klinická biochémia, 46(15), 1339-1352.
  5. Lodish, H., Berk, A., Kaiser, C., Krieger, M., Bretscher, A., Ploegh, H., Amon, A. & Martin, K. (2016). Molekulárna bunková biológia (8. vydanie). W. H. Freeman a Company.
  6. Maughan, R. (2009). Metabolizmus sacharidov. chirurgia, 27(1), 6-10.
  7. Nelson, D., Cox, M. & Lehninger, A. (2013). Lehningerove zásady biochémie (6th). W.H. Freeman a spoločnosť.
  8. Solomon, E., Berg, L. & Martin, D. (2004). biológie (7. vydanie) Cengage Learning.
  9. Voet, D., Voet, J. & Pratt, C. (2016). Základy biochémie: Život na molekulárnej úrovni (5. vydanie). Wiley.