Chemická struktura, klasifikace a funkce sacharidů

2159
Alexander Pearson

The sacharidy, Sacharidy nebo sacharidy jsou organické molekuly, které ukládají energii živým bytostem. Jsou to nejhojnější biomolekuly a zahrnují: cukry, škroby a celulózu, kromě jiných sloučenin nalezených v živých organismech.

Organismy provádějící fotosyntézu (rostliny, řasy a některé bakterie) jsou hlavními producenty sacharidů v přírodě. Struktura těchto sacharidů může být lineární nebo rozvětvená, jednoduchá nebo složená a mohou se také asociovat s biomolekulami jiné třídy..

Například se mohou sacharidy vázat na proteiny za vzniku glykoproteinů. Mohou se také asociovat s lipidovými molekulami, čímž vytvářejí glykolipidy, biomolekuly, které tvoří strukturu biologických membrán. Sacharidy jsou také přítomny ve struktuře nukleových kyselin.

Zpočátku byly uhlohydráty rozpoznávány jako molekuly akumulace buněčné energie. Následně byly stanoveny další důležité funkce, které sacharidy plní v biologických systémech.

Všechno živé má své buňky pokryté hustou vrstvou komplexních sacharidů. Sacharidy jsou tvořeny monosacharidy, malými molekulami složenými ze tří až devíti atomů uhlíku připojených k hydroxylovým skupinám (-OH), které se mohou lišit velikostí a konfigurací..

Důležitou vlastností sacharidů je obrovská strukturální rozmanitost v této třídě molekul, která jim umožňuje vykonávat širokou škálu funkcí, jako je generování buněčných signálních molekul, vytváření tkání a vytváření identity různých krevních skupin u lidí..

Podobně je extracelulární matrix u vyšších eukaryot bohatá na vylučované uhlohydráty, což je nezbytné pro přežití a komunikaci buněk. Tyto mechanismy rozpoznávání buněk využívá řada patogenů k infikování svých hostitelských buněk..

Monosacharidy mohou být spojeny glykosidickými vazbami za vzniku široké škály sacharidů: disacharidů, oligosacharidů a polysacharidů. Studium struktury a funkce sacharidů v biologických systémech se nazývá glykobiologie.

Rejstřík článků

  • 1 Chemická struktura
  • 2 Klasifikace
    • 2.1 Monosacharidy
    • 2.2 Disacharidy
    • 2.3 Oligosacharidy 
    • 2.4 Polysacharidy
  • 3 funkce
  • 4 Potraviny, které obsahují sacharidy
    • 4.1 Škroby
    • 4.2 Ovoce a zelenina
    • 4,3 mléka
    • 4.4 Sladkosti
  • 5 Metabolismus sacharidů
  • 6 Reference

Chemická struktura

Sacharidy jsou tvořeny atomy uhlíku, vodíku a kyslíku. Většina z nich může být reprezentována empirickým vzorcem (CH20) n, kde n je počet atomů uhlíku v molekule. Jinými slovy, poměr uhlíku, vodíku a kyslíku je 1: 2: 1 v molekulách sacharidů..

Tento vzorec vysvětluje původ pojmu „sacharid“, protože jeho složkami jsou atomy uhlíku („karbo“) a atomy vody (tedy „hydrát“). Ačkoli jsou sacharidy tvořeny hlavně z těchto tří atomů, existují některé sacharidy s dusíkem, fosforem nebo sírou..

V základní formě jsou sacharidy jednoduché cukry nebo monosacharidy. Tyto jednoduché cukry se mohou navzájem kombinovat a vytvářet složitější sacharidy.

Kombinace dvou jednoduchých cukrů je disacharid. Oligosacharidy obsahují dva až deset jednoduchých cukrů a polysacharidy jsou největšími sacharidy, které tvoří více než deset monosacharidových jednotek.

Struktura sacharidů určuje, jak je energie ukládána v jejich vazbách během jejich tvorby fotosyntézou, a také jak jsou tyto vazby rozrušeny během buněčného dýchání..

Klasifikace

Monosacharidy

Monosacharidy jsou elementární jednotky sacharidů, a proto jsou nejjednodušší strukturou sacharidů. Fyzikálně jsou monosacharidy bezbarvé krystalické pevné látky. Většina má sladkou chuť.

Z chemického hlediska mohou být monosacharidy aldehydy nebo ketony, v závislosti na tom, kde se karbonylová skupina (C = O) nachází v lineárních sacharidech. Strukturálně mohou monosacharidy tvořit lineární řetězce nebo uzavřené kruhy.

Protože monosacharidy mají hydroxylové skupiny, většina z nich je rozpustná ve vodě a nerozpustná v nepolárních rozpouštědlech..

V závislosti na počtu uhlíků ve své struktuře bude mít monosacharid různá jména, například: trióza (má-li 3 atomy C), pentóza (má-li 5 ° C) a tak dále..

Disacharidy

Disacharidy jsou dvojité cukry, které vznikají spojením dvou monosacharidů v chemickém procesu zvaném dehydratační syntéza, protože během reakce dochází ke ztrátě molekuly vody. Je také známá jako kondenzační reakce.

Disacharid je tedy jakákoli látka, která se skládá ze dvou molekul jednoduchých cukrů (monosacharidů) spojených glykosidickou vazbou..

Kyseliny mají schopnost tyto vazby rozbít, a proto mohou být disacharidy tráveny v žaludku.

Disacharidy jsou při požití obecně rozpustné ve vodě a sladké. Tři hlavní disacharidy jsou sacharóza, laktóza a maltóza: sacharóza pochází ze spojení glukózy a fruktózy; laktóza pochází ze spojení glukózy a galaktózy; a maltóza pochází ze spojení dvou molekul glukózy.

Oligosacharidy

Oligosacharidy jsou složité polymery složené z několika jednoduchých cukrových jednotek, tj. Mezi 3 až 9 monosacharidy.

Reakce je stejná jako při tvorbě disacharidů, ale také pochází z rozkladu složitějších molekul cukru (polysacharidy).

Většina oligosacharidů se nachází v rostlinách a působí jako rozpustná vláknina, což může pomoci předcházet zácpě. Většina lidí však nemá na trávení enzymy, s výjimkou maltotriózy..

Z tohoto důvodu mohou být oligosacharidy, které nejsou zpočátku tráveny v tenkém střevě, štěpeny bakteriemi, které normálně obývají tlusté střevo fermentačním procesem. Prebiotika plní tuto funkci a slouží jako potrava pro prospěšné bakterie.

Polysacharidy

Polysacharidy jsou největší sacharidové polymery, jsou tvořeny více než 10 (až tisíci) monosacharidovými jednotkami uspořádanými lineárně nebo rozvětveně. Rozdíly v prostorovém uspořádání dávají těmto cukrům více vlastností.

Polysacharidy mohou být složeny ze stejného monosacharidu nebo kombinací různých monosacharidů. Pokud jsou tvořeny opakovanými jednotkami stejného cukru, nazývají se homopolysacharidy, jako je glykogen a škrob, které jsou zásobními sacharidy zvířat a rostlin..

Pokud je polysacharid tvořen jednotkami různých cukrů, říká se jim heteropolysacharidy. Většina z nich obsahuje pouze dvě různé jednotky a jsou obvykle spojeny s proteiny (glykoproteiny, jako je gama globulin v krevní plazmě) nebo lipidy (glykolipidy, jako jsou gangliosidy)..

Funkce

Čtyři hlavní funkce sacharidů jsou: dodávat energii, ukládat energii, vytvářet makromolekuly a bránit rozpadu bílkovin a tuků..

Sacharidy se štěpením štěpí na jednoduché cukry. Ty jsou absorbovány buňkami tenkého střeva a jsou transportovány do všech buněk těla, kde budou oxidovány za účelem získání energie ve formě adenosintrifosfátu (ATP)..

Molekuly cukru, které se v daném okamžiku nepoužívají k výrobě energie, se ukládají jako součást rezervních polymerů, jako je glykogen a škrob.

Nukleotidy, základní jednotky nukleových kyselin, mají ve své struktuře molekuly glukózy. S molekulami sacharidů je spojeno několik důležitých proteinů, například: folikuly stimulující hormon (FSH), který se podílí na procesu ovulace.

Vzhledem k tomu, že sacharidy jsou hlavním zdrojem energie, jejich rychlé štěpení zabrání tomu, aby se další biomolekuly rozložily na energii. Když jsou tedy hladiny cukru normální, jsou proteiny a lipidy chráněny před degradací..

Některé sacharidy jsou rozpustné ve vodě, fungují jako základní potravina téměř u každého a oxidace těchto molekul je hlavní cestou pro výrobu energie ve většině nefotosyntetických buněk..

Nerozpustné sacharidy se sdružují a vytvářejí složitější struktury, které slouží jako ochrana. Například: celulóza tvoří stěnu rostlinných buněk společně s hemicelulózami a pektinem. Chitin tvoří buněčnou stěnu hub a exoskeleton členovců.

Peptidoglykan také tvoří buněčnou stěnu bakterií a sinic. Živočišná pojivová tkáň a kosterní klouby jsou tvořeny polysacharidy.

Mnoho sacharidů je kovalentně vázáno na proteiny nebo lipidy, které tvoří složitější struktury, souhrnně nazývané glykokonjugáty. Tyto komplexy fungují jako značky, které určují intracelulární umístění nebo metabolický osud těchto molekul.

Potraviny obsahující sacharidy

Sacharidy jsou nezbytnou součástí zdravé výživy, protože jsou hlavním zdrojem energie. Některá jídla však mají zdravější sacharidy, které nabízejí vyšší množství živin, například:

Škroby

Škrobové potraviny jsou hlavním zdrojem sacharidů. Tyto škroby jsou obecně složité sacharidy, to znamená, že jsou složeny z mnoha cukrů spojených dohromady tvořících dlouhý molekulární řetězec. Z tohoto důvodu škrobům trvá trávení déle..

Existuje široká škála potravin, které obsahují škroby. Zrna zahrnují potraviny s vysokým obsahem škrobu, například: fazole, čočka a rýže. Cereálie také obsahují tyto sacharidy, například: oves, ječmen, pšenice a jejich deriváty (mouky a těstoviny) .

Luštěniny a ořechy také obsahují sacharidy ve formě škrobů. Kromě toho je zelenina jako: brambory, sladké brambory, kukuřice a dýně také bohatá na obsah škrobu..

Důležité je, že mnoho sacharidů je zdrojem vlákniny. Jinými slovy, vláknina je v podstatě druh sacharidů, které tělo dokáže strávit jen částečně..

Podobně jako u komplexních sacharidů, mají sacharidová vlákna tendenci být pomalu trávena.

Ovoce a zelenina

Ovoce a zelenina mají vysoký obsah sacharidů. Na rozdíl od škrobů obsahuje ovoce a zelenina jednoduché sacharidy, tj. Sacharidy s jedním nebo dvěma sacharidy spojenými dohromady.

Tyto sacharidy, které mají jednoduchou molekulární strukturu, jsou tráveny snadněji a rychleji než složité. To poskytuje představu o různých úrovních a druzích sacharidů, které potraviny mají.

Některé druhy ovoce mají tedy větší obsah sacharidů na porci, například: banány, jablka, pomeranče, melouny a hrozny mají více sacharidů než některá zelenina, jako je špenát, brokolice a kel, mrkev, houby a lilky.

Mléko

Podobně jako zelenina a ovoce jsou mléčné výrobky potraviny, které obsahují jednoduché sacharidy. Mléko má svůj vlastní cukr nazývaný laktóza, disacharid se sladkou chutí. Jeden šálek z toho odpovídá přibližně 12 gramům sacharidů.

Na trhu existuje mnoho verzí mléka a jogurtů. Bez ohledu na to, zda konzumujete celou mléčnou verzi nebo verzi se sníženým obsahem tuku konkrétní mlékárny, bude množství sacharidů stejné.

Sladkosti

Sladkosti jsou dalším dobře známým zdrojem sacharidů. Patří mezi ně cukr, med, cukrovinky, umělé nápoje, sušenky, zmrzlina a mnoho dalších dezertů. Všechny tyto produkty obsahují vysoké koncentrace cukrů.

Na druhou stranu některé zpracované a rafinované potraviny obsahují složité sacharidy, například: chléb, rýže a bílé těstoviny. Je důležité si uvědomit, že rafinované sacharidy nejsou výživné jako sacharidy nalezené v ovoci a zelenině.

Metabolismus sacharidů

Metabolismus sacharidů je sada metabolických reakcí, které zahrnují tvorbu, degradaci a přeměnu sacharidů v buňkách.

Metabolismus uhlohydrátů je vysoce konzervovaný a lze jej pozorovat i u bakterií, hlavním příkladem je Operon Lac de E-coli.

Sacharidy jsou důležité v mnoha metabolických cestách, jako je fotosyntéza, nejdůležitější reakce na tvorbu sacharidů v přírodě.

Z oxidu uhličitého a vody rostliny využívají energii ze slunce k syntéze molekul sacharidů.

Živočišné a houbové buňky zase rozkládají uhlohydráty spotřebované v rostlinných tkáních a získávají energii ve formě ATP prostřednictvím procesu zvaného buněčné dýchání..

U obratlovců je glukóza transportována krví do celého těla. Pokud jsou zásoby buněčné energie nízké, štěpí se glukóza metabolickou reakcí zvanou glykolýza, která produkuje určitou energii a některé metabolické meziprodukty..

Molekuly glukózy, které nejsou potřebné pro okamžitou výrobu energie, se ukládají jako glykogen v játrech a svalech prostřednictvím procesu zvaného glykogeneze..

Některé jednoduché sacharidy mají své vlastní cesty odbourávání, jako některé složitější sacharidy. Například laktóza vyžaduje působení enzymu laktázy, který rozbíjí své vazby a uvolňuje své základní monosacharidy, glukózu a galaktózu..

Glukóza je hlavní sacharid spotřebovaný buňkami, tvoří přibližně 80% energetických zdrojů.

Glukóza je distribuována do buněk, kde může vstoupit prostřednictvím specifických transportérů, aby byla degradována nebo uložena jako glykogen.

V závislosti na metabolických požadavcích buňky lze glukózu použít také k syntéze dalších monosacharidů, mastných kyselin, nukleových kyselin a určitých aminokyselin..

Hlavní funkcí metabolismu sacharidů je udržovat kontrolu nad hladinou cukru v krvi, to je to, co se nazývá vnitřní homeostáza.

Reference

  1. Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., Morgan, D., Raff, M., Roberts, K. & Walter, P. (2014). Molekulární biologie buňky (6. vydání). Věnec věnec.
  2. Berg, J., Tymoczko, J., Gatto, G. & Strayer, L. (2015). Biochemie (8. vydání). W. H. Freeman and Company.
  3. Campbell, N. & Reece, J. (2005). Biologie (2. vyd.) Pearson Education.
  4. Dashty, M. (2013). Rychlý pohled na biochemii: Metabolismus sacharidů. Klinická biochemie, 46(15), 1339-1352.
  5. Lodish, H., Berk, A., Kaiser, C., Krieger, M., Bretscher, A., Ploegh, H., Amon, A. & Martin, K. (2016). Molekulární buněčná biologie (8. vydání). W. H. Freeman and Company.
  6. Maughan, R. (2009). Metabolismus sacharidů. Chirurgická operace, 27(1), 6-10.
  7. Nelson, D., Cox, M. & Lehninger, A. (2013). Lehningerovy principy biochemie (6th). W.H. Freeman a společnost.
  8. Solomon, E., Berg, L. & Martin, D. (2004). Biologie (7. vydání) Cengage Learning.
  9. Voet, D., Voet, J. & Pratt, C. (2016). Základy biochemie: Život na molekulární úrovni (5. vydání). Wiley.

Zatím žádné komentáře