Ce este carbohidrații, rolul carbohidraților în organismul uman

Proprietățile chimice ale celulelor care alcătuiesc organismele vii depind în primul rând de numărul de atomi de carbon care reprezintă până la 50% din masa uscată. Atomii de carbon se găsesc în principalele substanțe organice: proteine, acizi nucleici, lipide și carbohidrați. Ultimul grup include compuși de carbon și apă corespunzători formulei (CH₂

clasificare

Acest grup de compuși în biochimie sunt împărțite în trei clase: zaharuri simple (monozaharide), compuși polimerici cu o legătură glicozidică - oligozaharide și biopolimeri cu greutate moleculară mare - polizaharide. Substanțele din clasele de mai sus se găsesc în diferite tipuri de celule. De exemplu, există glucoză și amidon în structurile de plante, glicogen - in hepatocite umane, și pereții celulelor de ciuperci, chitină - în artropodele schelet exterior. Toate substanțele de mai sus sunt carbohidrați. Rolul carbohidratilor in organism este universal. Ei sunt principalul furnizor de energie pentru manifestări de viață celule de plante, bacterii, animale și oameni.

monozaharide

Au formula generală C_nH_2nO_n și sunt împărțite în grupuri în funcție de numărul de atomi de carbon din moleculă: trioză, tetroză, pentoză și așa mai departe. În organele celulare și în citoplasmă, zaharurile simple au două configurații spațiale: ciclice și liniare. În primul caz, atomii de carbon sunt conectați unul la altul prin legături sigma covalente și formează cicluri închise, în cel de-al doilea caz scheletul de carbon nu este închis și poate avea ramificații. Pentru a determina ce rol au carbohidrații în organism, să luăm în considerare cele mai frecvente dintre ele - pentoze și hexoze.

Izomerii: glucoză și fructoză

Ei au aceeași formulă moleculară C₆H₁₂O₆, dar diferite tipuri structurale de molecule. Anterior am numit deja rolul principal al carbohidraților într-un organism viu - energie. Substanțele de mai sus sunt scindate de o celulă. Ca rezultat, se eliberează energie (17,6 kJ de la un gram de glucoză). În plus, se sintetizează 36 de molecule ATP. Descompunerea glucozei are loc pe membranele (cristalele) mitocondriilor și reprezintă un lanț de reacții enzimatice - ciclul Krebs. Este cea mai importantă legătură în dizimilarea care apare în toate celulele organismelor eucariote heterotrofice, fără excepție.

Glucoza se formează, de asemenea, în miociste de mamifere datorită scindării în țesutul muscular al unei rezerve de glicogen. În viitor, se folosește ca o substanță ușor dezintegratoare, deoarece furnizarea de celule cu energie este rolul principal al carbohidraților din organism. Plantele sunt fototrofe și formează independent glucoză în procesul de fotosinteză. Aceste reacții se numesc ciclul Calvin. Substanța inițială este dioxidul de carbon, iar acceptorul este ribozodifosfatul. Sinteza glucozei apare în matricea cloroplastelor. Fructoza, care are aceeași formulă moleculară ca și glucoza, conține în moleculă un grup funcțional de cetone. Este mai dulce decât glucoza și se găsește în miere, precum și sucul fructelor și fructelor. Astfel, rolul biologic al carbohidraților în organism este în primul rând să le utilizeze ca o sursă rapidă de energie.

Rolul pentozei în ereditate

Să ne ocupăm de un alt grup de monozaharide - riboză și deoxiriboză. Unicitatea lor constă în faptul că aceștia fac parte din polimeri - acizi nucleici. Pentru toate organismele, inclusiv formele non-celulare de viață, ADN-ul și ARN sunt principalii purtători de informații ereditare. Riboza este inclusă în moleculele ARN și deoxiriboză este conținută în nucleotidele ADN-ului. În consecință, rolul biologic al carbohidraților în organismul uman este că aceștia participă la formarea unităților de ereditate - gene și cromozomi.

pentoză exemplara conținând o grupare aldehidă și răspândită în regnul vegetal sunt xiloză (conținute în tulpinile și semințele), alfa-arabinoză (stocate în gingii de pomi fructiferi de piatră). Astfel, distribuția și rolul biologic al carbohidraților în organismul plantelor superioare este suficient de mare.

Ce sunt oligozaharidele

Dacă reziduurile moleculelor de monozaharide, de exemplu, cum ar fi glucoza sau fructoza, sunt legate prin legături covalente, se formează oligozaharide - carbohidrați polimeri. Rolul carbohidraților în organismul plantelor și al animalelor este divers. Acest lucru este valabil mai ales pentru dizaharide. Cele mai frecvente dintre acestea sunt zaharoza, lactoza, maltoza și trehaloza. Deci, sucroza, altfel numită stuf sau sfecla de zahăr, este conținută în plante sub formă de soluție și este depozitată în culturi sau tulpini radiculare. Ca urmare a hidrolizei, se formează molecule de glucoză și fructoză. Zahărul din lapte, lactoza, are origine animală. La unii oameni, intoleranța la această substanță este asociată cu hipoxecția enzimei lactase, care descompune zahărul din lapte în galactoză și glucoză. Rolul carbohidratilor este vital. De exemplu, dizaharidul de trehaloză, constând din două resturi de glucoză, face parte din hemolimfa crustaceelor, păianjenilor, insectelor. Apare de asemenea în celulele ciuperci și alge.

Un alt dizaharid - maltoză sau zahăr malț, este conținut în cariopse de orz sau secară în germinarea lor, este o moleculă constând din două resturi de glucoză. Se formează ca urmare a degradării amidonului vegetal sau animal. În intestinul subțire al oamenilor și a mamiferelor maltoza scindată de către enzima - maltase. În absența sa în sucul pancreatic apare patologie cauzata de intoleranta la glicogen sau de produse vegetale amidon alimentar. În acest caz, utilizați o dietă specială și adăugați-o în dieta enzimei în sine.

Carbohidrați complexi în natură

Acestea sunt distribuite pe scară largă, în special în lumea plantelor, sunt biopolimeri și au o masă moleculară mare. De exemplu, în amidon este egal cu 800.000, iar în celuloză - 1.600.000. Polizaharidele diferă în ceea ce privește compoziția monomerilor, gradul de polimerizare și, de asemenea, lungimea lanțurilor. Spre deosebire de zaharurile simple și oligozaharidele care se dizolvă bine în apă și au un gust dulce, polizaharidele sunt hidrofobe și fără gust. Luați în considerare rolul carbohidraților în corpul uman folosind exemplul de glicogen - amidon de animale. Acesta este sintetizat din glucoză și este rezervat în hepatocite și celule musculare scheletice, unde conținutul său este de două ori mai mare decât în ​​ficat. Formarea glicogenului este, de asemenea, capabilă de țesut gras subcutanat, neurocite și macrofage. O altă polizaharidă, amidon vegetal, este un produs al fotosintezei și se formează în plastide verzi.

Încă de la începutul civilizației umane, principalii furnizori de amidon au fost culturi agricole valoroase: orez, cartofi, porumb. Acestea sunt totuși baza dietei dietetice a marea majoritate a locuitorilor Pământului. De aceea, carbohidrații sunt atât de valoroși. Rolul carbohidraților în organism este, după cum vedem, în utilizarea lor ca substanțe organice intensive și rapid digerabile.

Există un grup de polizaharide ale căror monomeri sunt reziduurile acidului hialuronic. Ele sunt numite pectine și sunt substanțe structurale ale celulelor de plante. Mai ales bogate sunt crusta de mere, pasta de sfeclă. Substanțele celulare din pectină reglează presiunea intracelulară - turgor. În industria de cofetărie, ele sunt utilizate ca agenți de gelifiere și agenți de îngroșare în producția de soiuri de înaltă calitate de marshmallow și marmeladă. În alimentația alimentară se utilizează substanțe biologic active care elimină toxinele din intestinul gros.

Ce sunt glicolipidele

Acesta este un grup interesant de compuși complexi ai carbohidraților și grăsimilor, care se află în țesutul nervos. Se compune din cap și măduva spinării mamiferelor. Glicolipidele se găsesc, de asemenea, în membranele celulare. De exemplu, în bacterii participă la contacte intercellulare. Unii dintre acești compuși sunt antigeni (substanțe care detectează grupele de sânge ale sistemului Landsteiner AB0). În celulele animalelor, plantelor și oamenilor, în plus față de glicolipide, există, de asemenea, molecule independente de grăsimi. Ele îndeplinesc în primul rând funcția energetică. Când se despică un gram de grăsime, se eliberează 38,9 kJ de energie. Lipidele sunt de asemenea caracterizate printr-o funcție structurală (parte a membranelor celulare). Astfel, aceste funcții sunt efectuate de carbohidrați și grăsimi. Rolul lor în organism este extrem de ridicat.

Rolul carbohidratilor si lipidelor in organism

În celulele oamenilor și animalelor, se pot observa conversii reciproce ale polizaharidelor și grăsimilor care apar ca urmare a metabolizării. Oamenii de știință - nutriționiști au descoperit că consumul excesiv de alimente amidon duce la acumularea de grăsimi. Dacă o persoană are afectat pancreasul în ceea ce privește alocarea amilazei sau conduce un stil de viață sedentar, greutatea sa poate crește foarte mult. Merită să ne amintim că hrana bogată în carbohidrați este împărțită în principal în duoden în glucoză. Acesta este absorbit de capilarele vililor mici ale intestinului și este depus în ficat și mușchi sub formă de glicogen. Cu cât metabolismul este mai intens în organism, cu atât mai activ este împărțit la glucoză. Apoi este folosit de celule ca principalul material energetic. Aceste informații servesc drept răspuns la întrebarea despre rolul pe care carbohidrații îl joacă în corpul uman.

Importanța glicoproteinelor

Compușii din acest grup de substanțe sunt reprezentați de carbohidratul + proteina complex. Ele sunt, de asemenea, numite glicoconjugate. Acestea sunt anticorpi, hormoni, structuri membranare. Ultimele studii biochimice au stabilit că, dacă glicoproteine ​​începe să se schimbe structura sa nativă (naturală), aceasta duce la dezvoltarea acestor boli complexe, cum ar fi astmul, artrita reumatoidă, cancerul. Rolul glicoconjugatelor în metabolismul celular este mare. De exemplu, interferoni inhibă multiplicarea virusurilor, imunoglobuline protejează organismul împotriva agenților patogeni. Proteinele din sânge aparțin, de asemenea, acestui grup de substanțe. Ele oferă proprietăți protectoare și tampon. Toate funcțiile de mai sus este confirmată de faptul că rolul fiziologic al carbohidraților în organism este diversă și extrem de important.

Unde și cum se formează carbohidrații

Principalii furnizori de zaharuri simple și complexe sunt plantele verzi: alge, sporuri mai mari, gimnosperme și plante cu flori. Toate acestea conțin pigment de clorofilă în celule. Este o parte din structurile de tip tylakoid - cloroplast. Omul de știință rus K. A Timiryazev a studiat procesul de fotosinteză, ca urmare a formării carbohidraților. Rolul carbohidraților în corpul plantei este acumularea de amidon în fructe, semințe și bulbi, adică în organele vegetative. Mecanismul fotosintezei este destul de complex și constă dintr-o serie de reacții enzimatice care se produc atât în ​​lumină, cât și în întuneric. Glucoza este sintetizată din dioxid de carbon sub acțiunea enzimelor. Organismele heterotrofice folosesc plantele verzi ca sursă de alimente și energie. Astfel, plantele reprezintă prima legătură în toate lanțuri trofice și sunt numiți producători.

În celulele organismelor heterotrofice, carbohidrații sunt sintetizați pe canalele unui reticul endoplasmic neted (agranular). Apoi sunt folosite ca energie și materiale de construcție. În celulele vegetale, carbohidrații se formează suplimentar în complexul Golgi și apoi se formează un perete de celuloză. În procesul de digestie a vertebratelor, compuși bogați în carbohidrați sunt parțial defalcați în cavitatea orală și în stomac. Principalele reacții de disimilare apar în duoden. Este sucul pancreatic secretat, care conține o enzimă amilază, care împarte amidonul în glucoză. După cum sa spus deja, glucoza este absorbită în sânge în intestinul subțire și se răspândește în toate celulele. Aici este folosit ca o sursă de energie și o substanță structurală. Aceasta explică rolul carbohidraților în organism.

Supraembranare complexe de celule heterotrofice

Sunt tipice pentru animale și ciuperci. Compoziția chimică și organizarea moleculară a acestor structuri sunt reprezentate de compuși cum ar fi lipidele, proteinele și carbohidrații. Rolul carbohidraților în organism este de a participa la schimbul de energie și construirea de membrane. În celulele omului și animalelor există o componentă structurală specială numită glicocalieză. Acest strat subțire de suprafață constă din glicolipide și glicoproteine ​​legate la membrana citoplasmatică. Oferă o conexiune directă a celulelor cu mediul extern. Aici există o percepție a iritației și digestiei extracelulare. Datorită membranei lor carbohidrați, celulele se coalizează una cu cealaltă, formând țesuturi. Acest fenomen se numește aderență. De asemenea, adăugăm că "cozile" moleculelor de carbohidrați sunt deasupra suprafeței celulei și sunt direcționate către fluidul interstițial.

Un alt grup de organisme heterotrofice - fungi, are, de asemenea, un dispozitiv de suprafață, numit peretele celular. Acesta include zaharuri complexe - chitina, glicogenul. Unele specii de ciuperci conțin și carbohidrați solubili, de exemplu trehaloză, numită zahăr din ciuperci.

La animalele unicelulare, cum ar fi ciliatele, stratul de suprafață - peliculă, conține, de asemenea, complexe de oligozaharide cu proteine ​​și lipide. Unele dintre cele mai simple pelicule sunt suficient de subțiri și nu interferează cu schimbarea formei corpului. Și în altele se îngroașă și devine fermă, ca o cochilie, care îndeplinește o funcție protectoare.

Peretele celular al plantelor

De asemenea, conține o cantitate mare de carbohidrați, în special celuloză, colectată sub formă de fascicule de fibre. Aceste structuri formează un schelet imersat într-o matrice coloidală. Se compune în principal din oligo- și polizaharide. Celulele de celule ale plantelor pot fi lignate. În acest caz, spațiile dintre mănunchiurile de celuloză sunt umplute cu un alt carbohidrat - lignină. Îmbunătățește funcțiile de sprijin ale membranei celulare. Adesea, în special în plantele lemnoase perene, stratul exterior constând din celuloză este acoperit cu o substanță grasă - suberină. Împiedică intrarea apei în țesuturile plantei, astfel încât celulele subiacente mor rapid și sunt acoperite cu un dop.

Rezumând cele de mai sus, vedem că carbohidrații și grăsimile sunt strâns legate în peretele celular al plantelor. Rolul lor în corpul de fototrofe este greu de subestimat, deoarece complexele glicolipidelor oferă funcții de sprijin și protecție. Studiem varietatea de carbohidrați, caracteristică organismelor din regatul Drobyanka. Acesta include procariote, în special bacterii. Peretele lor celular conține carbohidrați - murine. În funcție de structura aparatului de suprafață, bacteriile sunt împărțite în gram-pozitive și gram-negative.

Structura celui de-al doilea grup este mai complicată. Aceste bacterii au două straturi: plastic și rigid. Primul conține mucopolizaharide, de exemplu, murine. Moleculele sale arată ca niște structuri cu ochiuri mari care formează o capsulă în jurul celulei bacteriene. Al doilea strat constă din peptidoglican, un compus de polizaharide și proteine.

Lipopolizaharidele din peretele celular permit bacteriilor să fie atașate ferm la diferite substraturi, de exemplu, la smalțul dintelui sau la membrana celulelor eucariote. În plus, glicolipidele promovează coeziunea celulelor bacteriene între ele. În acest fel, de exemplu, se formează lanțuri de streptococi, ciorchine de stafilococi, în plus, unele tipuri de procariote au o mucoasă suplimentară - peplos. Contine polizaharide in compozitia sa si este usor distrusa prin actiunea radiatiilor dure sau prin contactul cu anumite substante chimice, de exemplu antibiotice.