Chemická struktura sacharidů, klasifikace a funkce



sacharidů, sacharidy nebo sacharidy, jsou organické molekuly, které uchovávají energii v živých bytostech. Jsou to nejhojnější biomolekuly a zahrnují: cukry, škroby a celulózu, mezi jinými sloučeninami vyskytujícími se v živých organismech.

Organismy, které provádějí fotosyntézu (rostliny, řasy a některé bakterie), jsou hlavními producenty sacharidů v přírodě. Struktura těchto sacharidů může být lineární nebo rozvětvená, jednoduchá nebo sloučenina a může být také spojena s biomolekulami jiného druhu.

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

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

Všechny živé bytosti mají své buňky pokryté hustou vrstvou komplexních sacharidů. Sacharidy jsou tvořeny monosacharidy, malými molekulami tvořenými třemi až devíti atomy uhlíku připojenými k hydroxylovým skupinám (-OH), které se mohou lišit velikostí a konfigurací.

Důležitou vlastností sacharidů je obrovská strukturní diverzita v rámci této třídy molekul, která jim umožňuje provádět širokou škálu funkcí, jako je generování molekul buněčné signalizace, vytváření tkání a generování identity různých krevních skupin u lidí..

Mimoto je extracelulární matrice u vyšších eukaryot bohatá na vylučované sacharidy, které jsou nezbytné pro přežití buněk a komunikaci. Tyto mechanismy rozpoznávání buněk jsou využívány různými patogeny k infikování jejich hostitelských buněk.

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

Index

  • 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 Mléko
    • 4.4 Sladkosti
  • 5 Metabolismus sacharidů
  • 6 Odkazy

Chemická struktura

Sacharidy jsou tvořeny atomy uhlíku, vodíku a kyslíku. Většina z nich může být reprezentována empirickým vzorcem (CH2O) n, kde n je počet uhlíků v molekule. Jinými slovy, poměr uhlíku, vodíku a kyslíku je 1: 2: 1 v molekulách sacharidů.

Tento vzorec vysvětluje původ pojmu "sacharid", protože složky jsou atomy uhlíku ("karbo") a atomy vody (tedy "hydrát"). Ačkoli sacharidy jsou tvořeny hlavně těmito třemi atomy, existují některé sacharidy s dusíkem, fosforem nebo sírou.

Ve své základní formě jsou sacharidy jednoduché cukry nebo monosacharidy. Tyto jednoduché cukry mohou být kombinovány dohromady za vzniku komplexnějších sacharidů.

Kombinace dvou jednoduchých cukrů je disacharid. Oligosacharidy obsahují mezi dvěma až deseti jednoduchými cukry a polysacharidy jsou největšími sacharidy, které se skládají z více než deseti jednotek monosacharidů..

Struktura sacharidů určuje, jak je energie uložena ve svých vazbách během její tvorby fotosyntézou, a také, jak jsou tyto vazby rozbité během buněčného dýchání..

Klasifikace

Monosacharidy

Monosacharidy jsou elementárními jednotkami sacharidů, proto jsou nejjednodušší strukturou sacharidu. Fyzicky jsou monosacharidy krystalické pevné látky bez barvy. Většina z nich 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, které máte ve struktuře, bude mít monosacharid různá jména, například: trojici (pokud máte 3 atomy C), pentos (pokud máte 5C) a tak dále..

Disacharidy

Disacharidy jsou dvojité cukry, které jsou tvořeny spojením dvou monosacharidů v chemickém procesu zvaném dehydratační syntéza, protože molekula vody je během reakce ztracena. Je také znám jako kondenzační reakce.

Disacharid je tedy jakákoliv látka, která se skládá ze dvou molekul jednoduchých cukrů (monosacharidů) spojených dohromady prostřednictvím glykosidické vazby.

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

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

Oligosacharidy

Oligosacharidy jsou komplexní polymery tvořené několika jednotkami jednoduchých cukrů, tj. Mezi 3 až 9 monosacharidy..

Reakce je stejná, že tvoří disacharidy, ale také pochází z rozpadu složitějších molekul cukru (polysacharidy)..

Většina oligosacharidů se nachází v rostlinách a působí jako rozpustná vláknina, což může pomoci zabránit zácpě. Nicméně, lidé nemají enzymy trávit většinou, s výjimkou maltotriose.

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

Polysacharidy

Polysacharidy jsou největší sacharidové polymery, jsou tvořeny více než 10 (až tisíci) jednotkami monosacharidů uspořádaných lineárním nebo rozvětveným způsobem. Variace v prostorovém uspořádání je to, co dává těmto cukrům více vlastností.

Polysacharidy se mohou skládat ze stejného monosacharidu nebo kombinací různých monosacharidů. Jestliže oni jsou tvořeni opakovanými jednotkami stejného cukru, oni jsou voláni homopolysacharides, takový jako glycogen a škrob, který být ukládání uhlohydráty zvířat a rostlin, příslušně..

Pokud se polysacharid skládá z jednotek různých cukrů, nazývají se heteropolysacharidy. Většina obsahuje pouze dvě různé jednotky a je obvykle spojena s proteiny (glykoproteiny, jako je gama globulin v krevní plazmě) nebo lipidy (glykolipidy, jako jsou gangliosidy)..

Funkce

Čtyři hlavní funkce sacharidů jsou: poskytují energii, uchovávají energii, budují makromolekuly a zabraňují degradaci bílkovin a tuků.

Sacharidy jsou degradovány trávením v jednoduchých cukrech. Ty jsou absorbovány buňkami tenkého střeva a jsou transportovány do všech buněk těla, kde budou oxidovány na energii ve formě adenosintrifosfátu (ATP)..

Molekuly cukru, které se nepoužívají při výrobě energie v daném čase, se skladují jako součást rezervních polymerů, jako je glykogen a škrob..

Nukleotidy, základní jednotky nukleových kyselin, mají ve své struktuře molekuly glukózy. Některé důležité proteiny jsou asociovány s molekulami sacharidů, například: folikuly stimulující hormon (FSH), který zasahuje do procesu ovulace.

Protože sacharidy jsou hlavním zdrojem energie, jejich rychlá degradace zabraňuje degradaci jiných biomolekul za účelem získání energie. Když jsou tedy hladiny cukru normální, proteiny a lipidy jsou chráněny před degradací.

Některé sacharidy jsou rozpustné ve vodě, fungují jako základní potrava prakticky v celém světě a oxidace těchto molekul je hlavním zdrojem produkce energie ve většině ne-fotosyntetických buněk..

Nerozpustné sacharidy jsou sdruženy tak, aby vytvářely složitější struktury, které slouží jako ochrana. Například: celulóza tvoří stěnu rostlinných buněk spolu s hemicelulózami a pektinem. Chitin tvoří stěnu buněk houb a exoskeletu členovců.

Peptidoglykan také tvoří buněčnou stěnu bakterií a cyanobakterií. Spojivovou tkáň zvířat a kosterní klouby tvoří polysacharidy.

Mnoho sacharidů je kovalentně vázáno na proteiny nebo lipidy, což vytváří složitější struktury, které se nazývají glykokonjugáty. Tyto komplexy působí jako značky, které určují intracelulární umístění nebo metabolický osud těchto molekul

Potraviny, které obsahují sacharidy

Sacharidy jsou základní složkou zdravé výživy, protože jsou hlavním zdrojem energie. Některé potraviny však mají zdravější sacharidy, které nabízejí větší množství živin, například:

Škroby

Potraviny, které obsahují škrob, jsou hlavním zdrojem sacharidů. Tyto škroby jsou obecně komplexní sacharidy, to znamená, že jsou tvořeny mnoha cukry spojenými dohromady tvořící dlouhý molekulární řetězec. Z tohoto důvodu trvá škrob trávení déle.

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

Luskoviny a ořechy také obsahují sacharidy ve formě škrobů. Kromě toho, zelenina jako: brambory, sladké brambory, kukuřice a dýně jsou také bohaté na obsah škrobu.

Je důležité poznamenat, že mnoho sacharidů je zdrojem vlákniny. To znamená, že vlákno je v podstatě typ sacharidů, které tělo může strávit jen částečně.

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

Ovoce a zelenina

Ovoce a zelenina mají vysoký obsah sacharidů. Na rozdíl od škrobů obsahují 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 komplexní. To dává představu o různých úrovních a typech sacharidů, které potravina vlastní.

Některé druhy ovoce tedy obsahují více sacharidů na jednu porci, například: banány, jablka, pomeranče, melouny a hrozny mají více sacharidů než některé druhy zeleniny, jako je špenát, brokolice a kapusta, mrkev, houby a lilek.

Mléko

Podobně jako u zeleniny a ovoce jsou mléčné výrobky potraviny, které obsahují jednoduché sacharidy. Mléko má svůj vlastní cukr zvaný laktóza, disacharid s sladkou chutí. Jedna šálka se rovná asi 12 gramům sacharidů.

Existuje mnoho verzí mléka a jogurtu na trhu. Bez ohledu na to, zda konzumujete plnou nebo redukovanou verzi konkrétní mlékárny, bude množství sacharidů stejné..

Sladkosti

Sladkosti jsou dalším známým zdrojem sacharidů. Mezi ně patří cukr, med, bonbóny, umělé nápoje, sušenky, zmrzlina, mezi mnoha dalšími dezerty. Všechny tyto produkty obsahují vysoké koncentrace cukrů.

Některé zpracované a rafinované potraviny obsahují komplexní sacharidy, například: chléb, rýži a bílé těstoviny. Je důležité poznamenat, že rafinované sacharidy nejsou tak výživné jako sacharidy, které ovoce a zelenina mají.

Metabolismus sacharidů

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

Metabolismus sacharidů je velmi konzervativní a lze ho pozorovat i u bakterií, přičemž hlavním příkladem je Lac Operon. E. coli.

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

Z oxidu uhličitého a vody používají rostliny sluneční energii k syntéze sacharidových molekul.

Pro jeho část, zvířecí a plísňové buňky rozkládají sacharidy, spotřebované v rostlinných tkáních, aby získaly energii ve formě ATP prostřednictvím procesu nazývaného buněčné dýchání..

U obratlovců je glukóza transportována celým tělem krví. Pokud jsou zásoby buněčné energie nízké, glukóza je degradována metabolickou reakcí zvanou glykolýza, která produkuje malou energii a některé metabolické meziprodukty..

Molekuly glukózy, které nejsou potřebné pro okamžitou produkci energie, jsou uloženy jako glykogen v játrech a svalech, a to procesem zvaným glykogeneze..

Některé jednoduché sacharidy mají své vlastní cesty degradace, jako některé z komplexnějších sacharidů. Například laktóza vyžaduje působení laktázového enzymu, který štěpí jeho vazby a uvolňuje jeho základní monosacharidy, glukózu a galaktózu.

Glukóza je hlavní sacharid konzumovaný buňkami, představovat přibližně 80% zdrojů energie.

Glukóza je distribuována do buněk, kde může vstupovat přes specifické transportéry, které mají být degradovány nebo uloženy jako glykogen.

V závislosti na metabolických požadavcích buňky může být glukóza také použita k syntéze jiných monosacharidů, mastných kyselin, nukleových kyselin a některých aminokyselin..

Hlavní funkcí metabolismu sacharidů je udržení kontroly hladiny cukru v krvi, což je známé jako vnitřní homeostáza.

Odkazy

  1. Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., Morgan, D., Raff, M., Roberts, K. & Walter, P. (2014). Molekulární biologie buňky (6. vydání). Garland věda.
  2. Berg, J., Tymoczko, J., Gatto, G. & Strayer, L. (2015). Biochemie (8. vydání). W. H. Freeman a 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 a Company.
  6. Maughan, R. (2009). Metabolismus sacharidů. Chirurgie, 27(1), 6-10.
  7. Nelson, D., Cox, M. & Lehninger, A. (2013). Lehningerovy principy biochemie (6)th). 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.