Обща характеристика, структура и свойства на въглехидратите.

Въглехидрати - това са многовалентни алкохоли, които съдържат в допълнение към алкохолните групи алдехидна или кето група.

В зависимост от вида на групата в молекулата се разграничават алдози и кетози.

Въглехидратите са много разпространени в природата, особено в растителния свят, където съставляват 70–80% от масата на сухото вещество на клетките. В тялото на животните те представляват само около 2% от телесното тегло, но тук ролята им е не по-малко важна.

Въглехидратите могат да се съхраняват под формата на нишесте в растенията и гликоген в тялото на животните и хората. Тези резерви се използват при необходимост. В човешкото тяло въглехидратите се отлагат главно в черния дроб и мускулите, които са негово депо.

Сред другите компоненти на тялото на висшите животни и хората, въглехидратите представляват 0,5% от телесното тегло. Въглехидратите обаче имат голямо значениеза тялото. Тези вещества, заедно с протеини във формата протеогликаниформират основата на съединителната тъкан. Съдържащите въглехидрати протеини (гликопротеини и мукопротеини) са неразделна част от телесната слуз (защитни, обвиващи функции), плазмените транспортни протеини и имунологично активните съединения (груповоспецифични кръвни вещества). Някои въглехидрати служат като "резервно гориво" за организмите, за да получат енергия.

Функции на въглехидратите:

• Енергия – въглехидратите са един от основните източници на енергия за тялото, осигурявайки поне 60% от енергийните разходи. За дейността на мозъка, кръвните клетки и медулата на бъбреците почти цялата енергия се доставя чрез окисляването на глюкозата. При пълно разграждане се освобождават 1 г въглехидрати 4,1 kcal/mol(17,15 kJ/mol) енергия.

• Пластмаса – въглехидратите или техните производни се намират във всички клетки на тялото. Те са част от биологичните мембрани и клетъчните органели, участват в образуването на ензими, нуклеопротеини и др. В растенията въглехидратите служат главно като поддържащи материали.

• Защитен – вискозните секрети (слуз), секретирани от различни жлези, са богати на въглехидрати или техни производни (мукополизахариди и др.). Предпазват вътрешните стени на кухите органи на стомашно-чревния тракт и дихателните пътища от механични и химични въздействия и проникване на патогенни микроби.

• Регулаторен – човешката храна съдържа значително количество фибри, чиято груба структура предизвиква механично дразнене на лигавицата на стомаха и червата, като по този начин участва в регулирането на перисталтиката.

• Специфични – отделните въглехидрати изпълняват специални функции в организма: участват в провеждането на нервните импулси, образуването на антитела, осигуряване на специфичността на кръвните групи и др.

Функционалното значение на въглехидратите определя необходимостта от осигуряване на организма с тези хранителни вещества. Дневната нужда от въглехидрати за човек е средно 400 - 450 g, като се вземат предвид възрастта, вида на работата, пола и някои други фактори.

Елементарна композиция. Въглехидратите са съставени от следните химични елементи: въглерод, водород и кислород. Повечето въглехидрати имат обща формула C n (H 2 O ) n. Въглехидратите са съединения, състоящи се от въглерод и вода, което е в основата на името им. Сред въглехидратите обаче има вещества, които не отговарят на дадената формула, например рамноза C 6 H 12 O 5 и др. В същото време са известни вещества, чийто състав съответства на общата формула на въглехидратите, но по отношение от техните свойства те не им принадлежат (оцетна киселина C 2 H 12 O 2). Следователно наименованието "въглехидрати" е доста произволно и не винаги съответства на химичната структура на тези вещества.

Въглехидрати- това са органични вещества, които са алдехиди или кетони на многовалентни алкохоли.

Монозахариди

Монозахариди са многовалентни алифатни алкохоли, които съдържат алдехидна група (алдози) или кето група (кетози).

Монозахаридите са твърди, кристални вещества, които са разтворими във вода и имат сладък вкус. При определени условия те лесно се окисляват, в резултат на което алдехидните алкохоли се превръщат в киселини, в резултат на което алдехидните алкохоли се превръщат в киселини, а при редукция - в съответните алкохоли.

Химични свойства на монозахаридите :

• Окисляване до моно-, дикарбоксилни и гликуронови киселини;

• Редукция до алкохоли;

• Образуване на естери;

• Образуване на гликозиди;

• Ферментация: алкохолна, млечно кисела, лимонена киселина и маслена киселина.

Монозахариди, които не могат да бъдат хидролизирани до по-прости захари. Видът на монозахарида зависи от дължината на въглеводородната верига. В зависимост от броя на въглеродните атоми те се делят на триози, тетрози, пентози и хексози.

Триози: глицералдехид и дихидроксиацетон, те са междинни продукти от разграждането на глюкозата и участват в синтеза на мазнини. и двете триози могат да бъдат получени от алкохола глицерол чрез дехидрогениране или хидрогениране.

Тетрози:еритроза - активно участва в метаболитните процеси.

Пентози: рибозата и дезоксирибозата са компоненти на нуклеиновите киселини, рибулозата и ксилулозата са междинни продукти на окислението на глюкозата.

Хексози: най-широко са представени в животинския и растителния свят и играят голяма роля в метаболитните процеси. Те включват глюкоза, галактоза, фруктоза и др.

Глюкоза (гроздова захар) . Той е основният въглехидрат на растенията и животните. Важната роля на глюкозата се обяснява с факта, че тя е основният източник на енергия, формира основата на много олиго- и полизахариди и участва в поддържането на осмотичното налягане. Транспортирането на глюкоза в клетките се регулира в много тъкани от панкреатичния хормон инсулин. В клетката, в хода на многоетапни химични реакции, глюкозата се превръща в други вещества (междинните продукти, образувани по време на разграждането на глюкозата, се използват за синтеза на аминокиселини и мазнини), които в крайна сметка се окисляват до въглероден диоксид и вода , който освобождава енергия, използвана от тялото за поддържане на живота. Нивото на глюкозата в кръвта обикновено се използва за оценка на състоянието въглехидратния метаболизъмв организма. Когато нивото на глюкозата в кръвта се понижи или концентрацията му е висока и е невъзможно да се използва, както се случва при диабет, възниква сънливост и може да настъпи загуба на съзнание (хипогликемична кома). Скоростта, с която глюкозата навлиза в тъканите на мозъка и черния дроб, не зависи от инсулина и се определя само от концентрацията му в кръвта. Тези тъкани се наричат ​​инсулинонезависими. Без наличието на инсулин глюкозата няма да влезе в клетката и няма да се използва като гориво.

Галактоза. Пространствен изомер на глюкозата, който се различава по местоположението на ОН групата при четвъртия въглероден атом. Влиза в състава на лактозата, някои полизахариди и гликолипиди. Галактозата може да се изомеризира в глюкоза (в черния дроб, млечната жлеза).

Фруктоза (плодова захар). Намира се в големи количества в растенията, особено в плодовете. Има го много в плодовете, захарното цвекло и меда. Лесно се изомеризира до глюкоза. Пътят на разграждане на фруктозата е по-кратък и енергийно по-благоприятен от този на глюкозата. За разлика от глюкозата, той може да проникне от кръвта в тъканните клетки без участието на инсулин. Поради тази причина фруктозата се препоръчва като най-безопасният източник на въглехидрати за диабетици. Част от фруктозата навлиза в чернодробните клетки, които я превръщат в по-универсално „гориво“ - глюкоза, така че фруктозата също може да повиши нивата на кръвната захар, макар и в много по-малка степен от другите прости захари.

Според химическата си структура глюкозата и галактозата са алдехидни алкохоли, фруктозата е кетонов алкохол. Разликите в структурата на глюкозата и фруктозата също характеризират разликите в някои от техните свойства. Глюкозата редуцира металите от техните оксиди; фруктозата няма това свойство. Фруктозата се абсорбира от червата приблизително 2 пъти по-бавно от глюкозата.

Когато шестият въглероден атом в хексозната молекула се окисли, хексуронови (уронови) киселини : от глюкоза - глюкуронова, от галактоза - галактуронов.

Глюкуронова киселина приема Активно участиев метаболитните процеси в организма, например при неутрализиране на токсични продукти, влиза в състава на мукополизахаридите и др. Функцията му е, че се свързва в органични ниско съдържание на вещества, които са слабо разтворими във вода. В резултат на това свързаното вещество става водоразтворимо и се екскретира с урината. Този път на елиминиране е особено важен за водатаразтворими стероидни хормони, техните разпадни продукти и също и за отделяне на продукти от разпада на лекарствени вещества.Без взаимодействие с глюкуроновата киселина се нарушава по-нататъшното разграждане и освобождаване на жлъчните пигменти от тялото.

Монозахаридите могат да имат аминогрупа .

При заместване на ОН групата на втория въглероден атом в хексозна молекула с аминогрупа се образуват аминозахари - хексозамини: глюкозамин се синтезира от глюкоза, галактозамин се синтезира от галактоза, които са част от клетъчните мембрани и лигавицитеполизахариди както в свободна форма, така и в комбинация с оцетна киселина.

Амино захари се наричат ​​монозахариди, коитоНа мястото на ОН групата има амино група (- N H 2).

Аминозахарите са най-важният компонент гликозаминогликани.

Монозахаридите образуват естери . ОН група на монозахаридна молекула; като всеки алкохол група може да реагира с киселина. Междувременно обменЗахарните естери са от голямо значение. За да го включитев метаболизма, захарта трябва да станефосфорен естер. В този случай крайните въглеродни атоми са фосфорилирани. За хексозите това са С-1 и С-6, за пентозите това са С-1 и С-5 и т.н. болкаПовече от две ОН групи не подлежат на фосфорилиране. Следователно основна роля играят моно- и дифосфатите на захарите. В името нафосфорен естер обикновено показват позицията на естерната връзка.

Олигозахариди

Олигозахариди съдържат две или повечемонозахарид. Те се намират в клетките и биологичните течности, както в свободна форма, така и в комбинация с протеини. Дизахаридите са от голямо значение за организма: захароза, малтоза, лактоза и др. Тези въглехидрати изпълняват енергийна функция. Предполага се, че като част от клетките те участват в процеса на "разпознаване" на клетките.

захароза(цвекло или тръстикова захар). Състои се от молекули глюкоза и фруктоза. Тя е е растителен продукт и най-важният компонентчаст от храната, има най-сладък вкус в сравнение с други дизахариди и глюкоза.

Съдържанието на захароза в захарта е 95%. Захарта се разгражда бързо стомашно-чревния тракт, глюкозата и фруктозата се абсорбират в кръвта и служат като източник на енергия и най-важният прекурсор на гликоген и мазнини. Често се нарича „носител на празни калории“, тъй като захарта е чист въглехидрат и не съдържа други хранителни вещества, като витамини и минерални соли.

лактоза(млечна захар)се състои от глюкоза и галактоза, синтезирани в млечните жлези по време на кърмене.В стомашно-чревния тракт се разгражда от ензима лактаза. Дефицитът на този ензим води до непоносимост към мляко при някои хора. Дефицитът на този ензим се среща при приблизително 40% от възрастното население. Несмляната лактоза служи като добро хранително вещество за чревната микрофлора. В този случай е възможно обилно образуване на газове, стомахът „набъбва“. Във ферментиралите млечни продукти по-голямата част от лактозата е ферментирала до млечна киселина, така че хората с лактазен дефицит могат да понасят ферментирали млечни продукти без неприятни последици. В допълнение, млечнокисели бактерии във ферментиралите млечни продукти потискат активността на чревната микрофлора и намаляват неблагоприятните ефекти на лактозата.

Малтоза се състои от два месглюкозни молекули и е основният структурен компонент на нишестето и гликогена.

полизахариди

полизахариди - въглехидрати с високо молекулно тегло,състоящ се от голям брой монозахариди. Имат хидрофилни свойства и при разтваряне във вода образуват колоидни разтвори.

Полизахаридите се делят на хомо- и хетерополизахариди.

Хомополизахариди. Съдържа монозахариди Има само един вид. Гак, нишесте и гликоген на гладноса направени само от молекули глюкоза, инулин - фруктоза. Хомополизахаридите са силно разклонени структура и са смес от двелимери - амилоза и амилопектин. Амилозата се състои от 60-300 глюкозни остатъци, свързани в линейна верига, използваща кислороден мост,образувани между първия въглероден атом на една молекула и четвъртия въглероден атом на друга (1,4 връзка).

АмилозаРазтворим е в гореща вода и дава син цвят с йод.

Амилопектин - разклонен полимер, състоящ се както от неразклонени вериги (1,4 връзка), така и от разклонени, които се образуват поради връзки между първия въглероден атом на една глюкозна молекула и шестия въглероден атом на друга с помощта на кислороден мост (1 ,6 облигация).

Представители на хомополизахаридите са нишесте, фибри и гликоген.

нишесте(растителен полизахарид)– състои се от няколко хиляди глюкозни остатъци, 10-20% от които са амилоза и 80-90% амилопектин. Нишестето е неразтворимо в студена вода, а когато е горещ, образува колоиден разтвор, наричан в бита нишестена паста. Нишестето представлява до 80% от въглехидратите, консумирани в храната. Източникът на нишесте са растителни продукти, главно зърнени храни: зърнени храни, брашно, хляб и картофи. Зърнените култури съдържат най-много нишесте (от 60% в елдата (ядрото) до 70% в ориза).

Целулоза, или целулоза,- най-разпространеният растителен въглехидрат на земята, произвеждан в количество от приблизително 50 кг за всеки жител на Земята. Фибрите са линеен полизахарид, състоящ се от 1000 или повече глюкозни остатъка. В организма фибрите участват в активирането на моториката на стомаха и червата, стимулират секрецията на храносмилателни сокове и създават усещане за ситост.

Гликоген(животински нишесте)е основният запасен въглехидрат на човешкото тяло. Състои се от приблизително 30 000 глюкозни остатъка, които образуват разклонена структура. Най-значителни количества гликоген се натрупват в черния дроб и мускулната тъкан, включително сърдечния мускул. Функцията на мускулния гликоген е, че той е лесно достъпен източник на глюкоза, използвана в енергийните процеси в самия мускул. Чернодробният гликоген се използва за поддържане на физиологични концентрации на глюкоза в кръвта, предимно между храненията. 12-18 часа след хранене запасите от гликоген в черния дроб са почти напълно изчерпани. Съдържанието на мускулен гликоген намалява значително само след продължителна и напрегната физическа работа. При недостиг на глюкоза тя бързо се разгражда и възстановява нормалното си ниво в кръвта. В клетките гликогенът е свързан с цитоплазмения протеин и частично с вътреклетъчните мембрани.

Хетерополизахариди (гликозаминогликани или мукополизахариди) (префиксът "муко-" показва, че за първи път са получени от муцин). Те се състоят от различни видове монозахариди (глюкоза, галактоза) и техните производни (аминозахари, хексуронови киселини). В състава им са открити и други вещества: азотни основи, органични киселини и някои други.

Глюкозаминогликани Те са желеобразни, лепкави вещества. Те изпълняват различни функции, включително структурни, защитни, регулаторни и др. Гликозаминогликаните, например, съставляват по-голямата част от междуклетъчното вещество на тъканите и са част от кожата, хрущяла, синовиалната течност и стъкловидното тяло на окото. В тялото те се намират в комбинация с протеини (протеогликани и гликопротиди) и мазнини (гликолипиди), в които полизахаридите съставляват основната част от молекулата (до 90% или повече). Следните са важни за тялото.

Хиалуронова киселина- основната част от междуклетъчното вещество, вид „биологичен цимент“, който свързва клетките, запълвайки цялото междуклетъчно пространство. Действа и като биологичен филтър, който улавя микробите и предотвратява проникването им в клетката и участва в обмяната на вода в тялото.

Трябва да се отбележи, че хиалуроновата киселина се разгражда под действието на специфичен ензим хиалуронидаза. В този случай структурата на междуклетъчното вещество се нарушава, в състава му се образуват "пукнатини", което води до повишаване на неговата пропускливост за вода и други вещества. Това е важно в процеса на оплождане на яйцеклетка от сперматозоиди, които са богати на този ензим. Някои бактерии съдържат и хиалуронидаза, която значително улеснява проникването им в клетката.

X ондроитин сулфати- хондроитинсулфатните киселини служат като структурни компоненти на хрущяла, връзките, сърдечните клапи, пъпната връв и др. Те насърчават отлагането на калций в костите.

Хепаринсе образува в мастоцитите, които се намират в белите дробове, черния дроб и други органи, и се освобождава в кръвта и междуклетъчната среда. В кръвта се свързва с протеините и предотвратява съсирването на кръвта, като действа като антикоагулант. Освен това хепаринът има противовъзпалителен ефект, влияе върху метаболизма на калий и натрий и изпълнява антихипоксична функция.

Специална група гликозаминогликани са съединения, съдържащи невраминови киселини и въглехидратни производни. Съединенията на невраминова киселина с оцетна киселина се наричат ​​опалови киселини. Те се намират в клетъчните мембрани, слюнката и други биологични течности.

За тези, които искат да напълнеят.

Въглехидратите ще ви помогнат.

Както знаете, една молекула мазнина е четири молекули глюкоза плюс четири молекули вода. Тоест с повишена консумация на въглехидрати в комбинация с прием на вода ще получите очаквания резултат. Ще отбележа само едно нещо, препоръчително е да се консумират повече сложни въглехидрати, т.к прости въглехидратиможе да доведе до диабет и хипертония. Надявам се, че с модерното хранене (селекция от продукти в магазините) няма да имате затруднения по този път. Основните неща за въглехидратите са по-долу, благодарение на Wikipedia.

(захари, захариди) - органични вещества, съдържащи карбонилна група и няколко хидроксилни групи. Името на класа съединения идва от думите "въглеродни хидрати" и е предложено за първи път от К. Шмид през 1844 г. Появата на това име се дължи на факта, че първото от известни на наукатавъглехидратите са описани с брутната формула Cx(H2O)y, като формално са съединения на въглерод и вода.
Въглехидратите са много широк клас. органични съединения, сред тях има вещества с много различни свойства. Това позволява на въглехидратите да изпълняват различни функции в живите организми. Съединенията от този клас съставляват около 80% от сухата маса на растенията и 2-3% от масата на животните

Прости и сложни въглехидрати

Отляво е D-глицералдехид, отдясно е дихидроксиацетон.

Въглехидратите са неразделна част от клетките и тъканите на всички живи организми, представители на растителния и животинския свят, съставляващи (по тегло) основната част от органичната материя на Земята. Източникът на въглехидрати за всички живи организми е процесът на фотосинтеза, извършван от растенията. Въз основа на способността си да хидролизират до мономери, въглехидратите се разделят на две групи: прости (монозахариди) и сложни (дизахариди и полизахариди). Сложните въглехидрати, за разлика от простите, могат да бъдат хидролизирани до образуване на монозахариди и мономери. Простите въглехидрати лесно се разтварят във вода и се синтезират в зелени растения. Сложните въглехидрати са продукти на поликондензация на прости захари (монозахариди), като по време на процеса на хидролитично разцепване те образуват стотици и хиляди монозахаридни молекули

Монозахариди

Често срещан монозахарид в природата е бета-D-глюкозата.

Монозахариди(от гръцки monos - единичен, sacchar - захар) - най-простите въглехидрати, които не се хидролизират, за да образуват по-прости въглехидрати - обикновено са безцветни, лесно разтворими във вода, слабо в алкохол и напълно неразтворими в етер, твърди прозрачни органични съединения, едно от основните групи въглехидрати, най проста формаСахара. Водните разтвори имат неутрално рН. Някои монозахариди имат сладък вкус. Монозахаридите съдържат карбонилна (алдехидна или кетонна) група, така че могат да се разглеждат като производни на многовалентни алкохоли. Монозахарид с карбонилна група в края на веригата е алдехид и се нарича алдоза. Във всяка друга позиция на карбонилната група монозахаридът е кетон и се нарича кетоза. В зависимост от дължината на въглеродната верига (от три до десет атома) се разграничават триози, тетрози, пентози, хексози, хептози и т.н. Сред тях пентозите и хексозите са най-разпространени в природата. Монозахаридите са градивните елементи, от които се синтезират дизахаридите, олигозахаридите и полизахаридите.
В природата, в свободна форма, най-често срещаната е D-глюкоза (гроздова захар или декстроза, C6H12O6) - шестатомна захар (хексоза), структурна единица (мономер) на много полизахариди (полимери) - дизахариди: (малтоза, захароза и лактоза) и полизахариди (целулоза, нишесте). Други монозахариди са известни главно като компоненти на ди-, олиго- или полизахариди и рядко се срещат в свободно състояние. Естествените полизахариди служат като основни източници на монозахариди

Дизахариди

Малтозата (малцова захар) е естествен дизахарид, състоящ се от два глюкозни остатъка

Малтоза(малцова захар) - естествен дизахарид, състоящ се от два глюкозни остатъка
Дизахаридите (от di - два, sacchar - захар) са сложни органични съединения, една от основните групи въглехидрати; при хидролиза всяка молекула се разпада на две молекули монозахариди; те са особен вид олигозахариди. По структура дизахаридите са гликозиди, в които две монозахаридни молекули са свързани помежду си чрез гликозидна връзка, образувана в резултат на взаимодействието на хидроксилни групи (два полуацетала или един полуацетал и един алкохол). В зависимост от структурата си дизахаридите се делят на две групи: редуциращи и нередуциращи. Например в молекулата на малтозата вторият монозахариден остатък (глюкоза) има свободен полуацетален хидроксил, който придава на този дизахарид редуциращи свойства. Дизахаридите, заедно с полизахаридите, са един от основните източници на въглехидрати в диетата на хората и животните.

Олигозахариди

Рафиноза- естествен тризахарид, състоящ се от остатъци от D-галактоза, D-глюкоза и D-фруктоза.
Олигозахариди- въглехидрати, чиито молекули се синтезират от 2 до 10 монозахаридни остатъка, свързани с гликозидни връзки. Съответно те разграничават: дизахариди, тризахариди и т.н. Олигозахаридите, състоящи се от еднакви монозахаридни остатъци, се наричат ​​хомополизахариди, а тези, състоящи се от различни, се наричат ​​хетерополизахариди. Най-често срещаните сред олигозахаридите са дизахаридите.
Сред естествените тризахариди най-разпространената е рафинозата - нередуциращ олигозахарид, съдържащ остатъци от фруктоза, глюкоза и галактоза - открити в големи количества в захарното цвекло и много други растения

полизахариди

полизахариди- общото наименование на клас сложни високомолекулни въглехидрати, чиито молекули се състоят от десетки, стотици или хиляди мономери - монозахариди. От гледна точка основни принципиВ структурата на групата на полизахаридите е възможно да се разграничат хомополизахаридите, синтезирани от един и същи тип монозахаридни единици, и хетерополизахаридите, които се характеризират с наличието на два или повече вида мономерни остатъци.
Хомополизахаридите (гликани), състоящи се от остатъци от един монозахарид, могат да бъдат хексози или пентози, т.е. хексоза или пентоза могат да се използват като мономер. Зависи от химическа природаПолизахаридите включват глюкани (от глюкозни остатъци), манани (от маноза), галактани (от галактоза) и други подобни съединения. Групата на хомополизахаридите включва органични съединения от растителен (нишесте, целулоза, пектин), животински (гликоген, хитин) и бактериален (декстрани) произход.
Полизахаридите са необходими за живота на животинските и растителни организми. Това е един от основните източници на енергия в тялото, генериран в резултат на метаболизма. Полизахаридите участват в имунните процеси, осигуряват клетъчната адхезия в тъканите и съставляват по-голямата част от органичната материя в биосферата.

Отляво е нишестето, отдясно е гликогенът.

нишесте

(C6H10O5)n е смес от два хомополизахарида: линеен - амилоза и разклонен - ​​амилопектин, чийто мономер е алфа-глюкоза. Бяло аморфно вещество, неразтворимо в студена вода, способно да набъбва и частично разтворимо в топла вода. Молекулно тегло 105-107 Dalton. Нишесте, синтезирано различни растенияв хлоропластите, под въздействието на светлината по време на фотосинтезата, се различава до известна степен в структурата на зърната, степента на полимеризация на молекулите, структурата на полимерните вериги и физикохимичните свойства. По правило съдържанието на амилоза в нишестето е 10-30%, амилопектин - 70-90%. Молекулата на амилозата съдържа средно около 1000 глюкозни остатъка, свързани с алфа-1,4 връзки. Отделните линейни участъци на молекулата на амилопектина се състоят от 20-30 такива единици, а в точките на разклоняване на амилопектина глюкозните остатъци са свързани чрез междуверижни алфа-1,6 връзки. При частична киселинна хидролиза на нишестето се образуват полизахариди с по-ниска степен на полимеризация - декстрини (C6H10O5)p, а при пълна хидролиза - глюкоза.
Гликоген (C6H10O5)n - полизахарид, изграден от остатъци от алфа-D-глюкоза - е основният резервен полизахарид на висши животни и хора, намиращ се под формата на гранули в цитоплазмата на клетките в почти всички органи и тъкани, но най-големият количеството се натрупва в мускулите и черния дроб. Молекулата на гликогена е изградена от разклонени полиглюкозидни вериги, в линейната последователност на които глюкозните остатъци са свързани чрез алфа-1,4 връзки, а в точките на разклоняване чрез междуверижни алфа-1,6 връзки. Емпиричната формула на гликогена е идентична с формулата на нишестето. По своята химична структура гликогенът се доближава до амилопектина с по-изразено верижно разклонение, поради което понякога се нарича неточното понятие „животински нишесте“. Молекулно тегло 105-108 Dalton и по-високо. В животинските организми е структурен и функционален аналог на растителния полизахарид - нишестето. Гликогенът образува енергиен резерв, който при необходимост може бързо да се мобилизира, за да компенсира внезапната липса на глюкоза - силното разклоняване на неговата молекула води до наличието на голям брой крайни остатъци, които осигуряват способността за бързо отцепване необходимия брой глюкозни молекули. За разлика от съхранението на триглицериди (мазнини), съхранението на гликоген не е толкова голямо (калории на грам). Само гликогенът, съхраняван в чернодробните клетки (хепатоцити), може да се преобразува в глюкоза, за да захранва цялото тяло, а хепатоцитите са в състояние да натрупат до 8 процента от теглото си под формата на гликоген, което е най-високата концентрация от всеки тип клетка. Общата маса на гликоген в черния дроб на възрастни може да достигне 100-120 грама. В мускулите гликогенът се разгражда до глюкоза изключително за локална консумация и се натрупва в много по-ниски концентрации (не повече от 1% от общата мускулна маса), но общият резерв в мускулите може да надвишава резерва, натрупан в хепатоцитите.

Целулозата (фибри) е най-разпространеният структурен полизахарид флора, състоящ се от алфа-глюкозни остатъци, представени в бета-пиранозна форма. По този начин, в целулозната молекула, бета-глюкопиранозните мономерни единици са линейно свързани една с друга чрез бета-1,4 връзки. При частична хидролиза на целулозата се образува дизахаридът целобиоза, а при пълна хидролиза - D-глюкоза. В стомашно-чревния тракт на човека целулозата не се усвоява, тъй като наборът от храносмилателни ензими не съдържа бета-глюкозидаза. Въпреки това, наличието на оптимално количество растителни фибри в храната допринася за нормалното образуване на изпражнения. Имайки голяма механична якост, целулозата действа като поддържащ материал за растенията; например в дървото нейният дял варира от 50 до 70%, а памукът е почти сто процента целулоза.
Хитинът е структурен полизахарид на нисши растения, гъби и безгръбначни животни (предимно роговите мембрани на членестоноги - насекоми и ракообразни). Хитинът, подобно на целулозата в растенията, изпълнява поддържащи и механични функции в организмите на гъбите и животните. Молекулата на хитина е изградена от N-ацетил-D-глюкозаминови остатъци, свързани помежду си чрез бета-1,4-гликозинови връзки. Макромолекулите на хитина са неразклонени и тяхното пространствено разположение няма нищо общо с целулозата.
Пектинови вещества са полигалактуронова киселина, открита в плодовете и зеленчуците; остатъците от D-галактуронова киселина са свързани с алфа-1,4-гликозидни връзки. В присъствието на органични киселини те са способни да желират и се използват в хранително-вкусовата промишленост за приготвяне на желе и мармалад. Някои пектинови вещества имат противоязвен ефект и са активен компонент на редица фармацевтични лекарства, например производното на псилиума плантаглюцид.
Мурамин е полизахарид, опорно-механичен материал на бактериалната клетъчна стена. По своята химична структура представлява неразклонена верига, изградена от редуващи се остатъци на N-ацетилглюкозамин и N-ацетилмурамова киселина, свързани с бета-1,4-гликозидна връзка. Мураминът е много близък до хитина и целулозата по своята структурна организация (неразклонена верига от бета-1,4-полиглюкопиранозен скелет) и функционална роля.
Декстранови полузахариди от бактериален произход - синтезирани при условия промишлено производствомикробиологично (чрез въздействието на микроорганизми Leuconostoc mesenteroides върху разтвор на захароза) и се използват като заместители на кръвната плазма (т.нар. клинични "декстрани": Полиглюкин и др.).

Отляво е D-глицералдехид, отдясно е L-глицералдехид.

Пространствена изомерия

Изомерия - съществуване химични съединения(изомери), еднакви по състав и молекулно тегло, различаващи се по структура или разположение на атомите в пространството и в резултат на това по свойства.
Стереоизомерия на монозахаридите: изомерът на глицералдехид, в който, когато се проектира моделът върху равнина, ОН групата при асиметричния въглероден атом е разположена от дясната страна, обикновено се счита за D-глицералдехид, а огледалният образ е L-глицералдехид. Всички изомери на монозахаридите се разделят на D- и L-форми според сходството на местоположението на OH групата при последния асиметричен въглероден атом близо до CH2OH групата (кетозите съдържат един по-малко асиметричен въглероден атом от алдозите със същия брой въглеродни атоми атоми). Естествените хексози - глюкоза, фруктоза, маноза и галактоза - се класифицират като съединения от серия D въз основа на тяхната стереохимична конфигурация.

Биологична роля
В живите организми въглехидратите изпълняват следните функции:
Конструктивни и поддържащи функции. Въглехидратите участват в изграждането на различни поддържащи структури. По този начин целулозата е основният структурен компонент на клетъчните стени на растенията, хитинът изпълнява подобна функция в гъбите и също така осигурява твърдост на екзоскелета на членестоногите.
Защитна роля при растенията. Някои растения имат защитни структури (бодли, бодли и др.), състоящи се от клетъчни стени от мъртви клетки.
Пластична функция. Въглехидратите са част от сложни молекули (например пентозите (рибоза и дезоксирибоза) участват в изграждането на АТФ, ДНК и РНК).
Енергийна функция. Въглехидратите служат като източник на енергия: окисляването на 1 грам въглехидрати освобождава 4,1 kcal енергия и 0,4 g вода.
Функция за съхранение. Въглехидратите действат като резервни хранителни вещества: гликоген при животните, нишесте и инулин при растенията.
Осмотична функция. Въглехидратите участват в регулирането на осмотичното налягане в организма. Така кръвта съдържа 100-110 mg/% глюкоза, а осмотичното налягане на кръвта зависи от концентрацията на глюкоза.
Рецепторна функция. Олигозахаридите са част от рецепторната част на много клетъчни рецептори или лигандни молекули Биосинтеза
В ежедневната диета на хората и животните преобладават въглехидратите. Тревопасните получават нишесте, фибри и захароза. Месоядните получават гликоген от месото.
Телата на животните не са в състояние да синтезират въглехидрати от неорганични вещества. Те ги получават от растенията с храната и ги използват като основен източник на енергия, получена в процеса на окисление: В зелените листа на растенията въглехидратите се образуват по време на процеса на фотосинтеза - уникален биологичен процес на превръщане на неорганични вещества в захари - въглерод моноксид (IV) и вода, което се случва с участието на хлорофил поради слънчевата енергия: Метаболизмът на въглехидратите в човешкото тяло и висшите животни се състои от няколко процеса:
Хидролиза (разделяне) в стомашно-чревния тракт на хранителните полизахариди и дизахариди до монозахариди, последвано от абсорбция от чревния лумен в кръвния поток.
Гликогеногенеза (синтез) и гликогенолиза (разграждане) на гликоген в тъканите, главно в черния дроб.
Аеробна (пентознофосфатен път на окисление на глюкозата или пентозен цикъл) и анаеробна (без консумация на кислород) гликолиза са начини за разграждане на глюкозата в тялото.
Взаимно превръщане на хексози.
Аеробно окисление на продукта на гликолизата - пируват (крайният етап на въглехидратния метаболизъм).
Глюконеогенезата е синтез на въглехидрати от невъглехидратни суровини (пирогроздена киселина, млечна киселина, глицерол, аминокиселини и други органични съединения).
[редактиране] Основни източници
Основните източници на въглехидрати от храната са: хляб, картофи, тестени изделия, зърнени храни и сладкиши. Захарта е чист въглехидрат. Медът, в зависимост от произхода си, съдържа 70-80% глюкоза и фруктоза.
За обозначаване на количеството въглехидрати в храната се използва специална хлебна единица.
Освен това групата на въглехидратите включва и фибри и пектини, които са лошо смилаеми от човешкото тяло.

Списък на най-разпространените въглехидрати

• Монозахариди

• Олигозахариди

• захароза (обикновена захар, тръстикова захар или захар от цвекло)

• полизахариди

• галактоманани

• Гликозаминогликани (мукополизахариди)

• хондроитин сулфат

• Хиалуронова киселина

• хепаран сулфат

• дерматан сулфат

• кератан сулфат

Глюкозата е най-важният от всички монозахариди,тъй като е структурна единица на повечето хранителни ди- и полизахариди. По време на метаболитния процес те се разграждат на отделни молекули монозахариди, които чрез многоетапни химични реакции се превръщат в други вещества и в крайна сметка се окисляват до въглероден диоксид и вода - използвани като "гориво" за клетките. Глюкоза – необходим компонентобмен въглехидрати. Когато нивото му в кръвта намалее или концентрацията му е висока и не може да се използва, както се случва при диабет, се появява сънливост и може да настъпи загуба на съзнание (хипогликемична кома). Глюкоза "в чиста форма“, като монозахарид, се намира в зеленчуците и плодовете. Особено богати на глюкоза са гроздето - 7,8%, черешите - 5,5%, малините - 3,9%, ягодите - 2,7%, сливите - 2,5%, динята - 2,4%. Сред зеленчуците тиквата съдържа най-много глюкоза - 2,6%, бяло зеле– 2,6%, в морковите – 2,5%.

Глюкозата е по-малко сладка от най-известния дизахарид, захарозата. Ако приемем сладостта на захарозата като 100 единици, тогава сладостта на глюкозата е 74 единици.

Фруктозае един от най-често срещаните въглехидратиплодове. За разлика от глюкозата, той може да проникне от кръвта в тъканните клетки без участието на инсулин. Поради тази причина фруктозата се препоръчва като най-безопасният източник въглехидратиза пациенти с диабет. Част от фруктозата навлиза в чернодробните клетки, които я превръщат в по-универсално „гориво“ - глюкоза, така че фруктозата също може да повиши кръвната захар, макар и в много по-малка степен от другите прости захари. Фруктозата се превръща по-лесно в мазнини от глюкозата. Основното предимство на фруктозата е, че е 2,5 пъти по-сладка от глюкозата и 1,7 пъти по-сладка от захарозата. Използването му вместо захар спомага за намаляване на общата консумация въглехидрати.

Основните източници на фруктоза в храните са грозде - 7,7%, ябълки - 5,5%, круши - 5,2%, череши - 4,5%, дини - 4,3%, касис - 4,2%, малини - 3,9%, ягоди - 2,4%, пъпеши – 2,0%. Съдържанието на фруктоза в зеленчуците е ниско - от 0,1% в цвеклото до 1,6% в бялото зеле. Фруктозата се съдържа в меда - около 3,7%. Надеждно е доказано, че фруктозата, която има значително по-голяма сладост от захарозата, не причинява кариес, който се насърчава от консумацията на захар.

Галактозане се среща в свободна форма в продуктите. Образува дизахарид с глюкоза - лактоза (млечна захар) - основна въглехидратмляко и млечни продукти.

Лактозата се разгражда в стомашно-чревния тракт до глюкоза и галактоза от ензим лактаза.Дефицитът на този ензим води до непоносимост към мляко при някои хора. Несмляната лактоза служи като добро хранително вещество за чревната микрофлора. В този случай е възможно обилно образуване на газове, стомахът „набъбва“. Във ферментиралите млечни продукти по-голямата част от лактозата е ферментирала до млечна киселина, така че хората с лактазен дефицит могат да понасят ферментирали млечни продукти без неприятни последици. В допълнение, млечнокисели бактерии във ферментиралите млечни продукти потискат активността на чревната микрофлора и намаляват неблагоприятните ефекти на лактозата.

Галактозата, образувана при разграждането на лактозата, се превръща в глюкоза в черния дроб. При вроден наследствен дефицит или липса на ензима, който превръща галактозата в глюкоза, се развива сериозно заболяване - галактоземия,което води до умствена изостаналост.

Дизахарид, образуван от молекули на глюкоза и фруктоза захароза.Съдържанието на захароза в захарта е 99,5%. Любителите на сладкото също знаят, че захарта е „бяла смърт“, както пушачите знаят, че една капка никотин убива кон. За съжаление и двете истини по-често служат като повод за шеги, отколкото за сериозни размисли и практически изводи.

Захарта се разгражда бързо в стомашно-чревния тракт, глюкозата и фруктозата се абсорбират в кръвта и служат като източник на енергия и най-важният прекурсор на гликоген и мазнини. Често се нарича „носител на празни калории“, тъй като захарта е чиста въглехидрати не съдържа други хранителни вещества, като витамини, минерални соли. От растителните продукти най-много захароза има в цвеклото - 8,6%, прасковите - 6,0%, пъпешите - 5,9%, сливите - 4,8%, мандарините - 4,5%. В зеленчуците, с изключение на цвеклото, значително съдържание на захароза се отбелязва в морковите - 3,5%. В други зеленчуци съдържанието на захароза варира от 0,4 до 0,7%. В допълнение към самата захар, основните източници на захароза в храната са сладко, мед, сладкарски изделия, сладки напитки и сладолед.

Когато две молекули глюкоза се комбинират, тя се образува малтоза- малцова захар. Съдържа мед, малц, бира, меласа и хлебни и сладкарски изделия, произведени с добавка на меласа.

Всички полизахариди, присъстващи в човешката храна, с редки изключения, са полимери на глюкозата.

Нишестето е основният смилаем полизахарид.Той представлява до 80% от консумираните в храната въглехидрати.

Източникът на нишесте са растителни продукти, главно зърнени храни: зърнени храни, брашно, хляб и картофи. Зърнените култури съдържат най-много нишесте: от 60% в елдата (ядрото) до 70% в ориза. От зърнените храни най-малко нишесте се съдържа в овесените ядки и продуктите от тяхната преработка: овесени ядки, овесени люспи Херкулес - 49%. пастасъдържат от 62 до 68% нишесте, хляб от ръжено брашно, в зависимост от вида - от 33% до 49%, пшеничен хляб и други продукти от пшенично брашно - от 35 до 51% нишесте, брашно - от 56 (ръж) до 68% (пшеница от най-висок клас). В бобовите растения също има много нишесте – от 40% в лещата до 44% в граха. Поради тази причина сухият грах, боб, леща, нахут се класифицират като зърнени бобови растения.Отделно се отличават соята, която съдържа само 3,5% нишесте и соевото брашно (10-15,5%). Поради високото съдържание на нишесте в картофите (15-18%), в диетологията те не се класифицират като зеленчуци, където основните въглехидратиса представени от монозахариди и дизахариди, а нишестените храни наравно със зърнените и бобовите култури.

В ерусалимски артишок и някои други растения въглехидратисъхранявани под формата на полимер на фруктозата - инулин. Хранителни продуктис добавка на инулин се препоръчва при диабет и особено за неговата профилактика (не забравяйте, че фруктозата натоварва панкреаса по-малко от другите захари).

Гликоген- „животинска скорбяла“ - състои се от силно разклонени вериги от глюкозни молекули. Намира се в малки количества в животински продукти (в черния дроб 2-10%, в мускулната тъкан - 0,3-1%).

Захарен диабет (ЗД)- ендокринно заболяване, характеризиращо се със синдром на хронична хипергликемия, което е следствие от недостатъчно производство или действие на инсулин, което води до нарушаване на всички видове метаболизъм, особено въглехидратния метаболизъм, увреждане на кръвоносните съдове (ангиопатия), нервната система (невропатия), както и други органи и системи. Според дефиницията на СЗО (1985) - диабет- състояние на хронична...

Въглехидратиса вещества с обща формула C n (H 2 O) m, където n и m могат да имат различни значения. Името "въглехидрати" отразява факта, че водородът и кислородът присъстват в молекулите на тези вещества в същото съотношение, както в молекулата на водата. В допълнение към въглерод, водород и кислород, въглехидратните производни могат да съдържат и други елементи, като азот.

Въглехидратите са една от основните групи органични вещества в клетките. Те са първичните продукти на фотосинтезата и началните продукти на биосинтезата на други органични вещества в растенията (органични киселини, алкохоли, аминокиселини и др.), а също така се намират в клетките на всички други организми. В животинската клетка съдържанието на въглехидрати е в рамките на 1-2%, в растителните клетки в някои случаи може да достигне 85-90% от масата на сухото вещество.

Има три групи въглехидрати:

• монозахариди или прости захари;
• олигозахариди - съединения, състоящи се от 2-10 молекули прости захари, свързани последователно (например дизахариди, тризахариди и др.).
• полизахаридите се състоят от повече от 10 молекули прости захари или техни производни (нишесте, гликоген, целулоза, хитин).

Монозахариди (прости захари)

В зависимост от дължината на въглеродния скелет (броя на въглеродните атоми) монозахаридите се разделят на триози (С 3), тетрози (С 4), пентози (С 5), хексози (С 6), хептози (С 7).

Монозахаридните молекули са или алдехидни алкохоли (алдози), или кето алкохоли (кетози). Химичните свойства на тези вещества се определят основно от алдехидните или кетонните групи, които изграждат техните молекули.

Монозахаридите са силно разтворими във вода и имат сладък вкус.

Когато се разтворят във вода, монозахаридите, започвайки с пентози, придобиват форма на пръстен.

Циклични структури на пентози и хексози - техните обичайни форми: във всяка този моментсамо малка част от молекулите съществуват в "отворена верига" форма. Олиго- и полизахаридите също включват циклични форми на монозахариди.

В допълнение към захарите, в които всички въглеродни атоми са свързани с кислородни атоми, има частично редуцирани захари, най-важната от които е дезоксирибозата.

Олигозахариди

Когато се хидролизират, олигозахаридите образуват няколко молекули прости захари. В олигозахаридите молекулите на простите захари са свързани чрез така наречените гликозидни връзки, свързващи въглеродния атом на една молекула чрез кислород с въглеродния атом на друга молекула.

Най-важните олигозахариди включват малтоза (малцова захар), лактоза (млечна захар) и захароза (захар от тръстика или цвекло). Тези захари се наричат ​​още дизахариди. По своите свойства дизахаридите са блокове на монозахаридите. Те се разтварят добре във вода и имат сладък вкус.

полизахариди

Това са високомолекулни (до 10 000 000 Da) полимерни биомолекули, състоящи се от голям брой мономери - прости захари и техните производни.

Полизахаридите могат да се състоят от монозахариди от един и същи или различни видове. В първия случай те се наричат ​​хомополизахариди (нишесте, целулоза, хитин и др.), Във втория - хетерополизахариди (хепарин). Всички полизахариди са неразтворими във вода и нямат сладък вкус. Някои от тях са способни на подуване и слуз.

Най-важните полизахариди са следните.

Целулоза- линеен полизахарид, състоящ се от няколко прави успоредни вериги, свързани с водородни връзки. Всяка верига е образувана от β-D-глюкозни остатъци. Тази структура предотвратява проникването на вода и е много издръжлива, което осигурява стабилността на растителните клетъчни мембрани, които съдържат 26-40% целулоза.

Целулозата служи като храна за много животни, бактерии и гъбички. Въпреки това повечето животни, включително хората, не могат да усвояват целулозата, защото в стомашно-чревния им тракт липсва ензимът целулаза, който разгражда целулозата до глюкоза. В същото време целулозните влакна играят важна роля в храненето, тъй като придават обемна и груба консистенция на храната и стимулират чревната подвижност.

Нишесте и гликоген. Тези полизахариди са основните форми на съхранение на глюкоза в растенията (нишесте), животните, хората и гъбите (гликоген). Когато се хидролизират, в организмите се образува глюкоза, която е необходима за жизнените процеси.

Хитинобразувани от β-глюкозни молекули, в които алкохолната група при втория въглероден атом е заменена с азотсъдържаща група NHCOCH3. Неговите дълги успоредни вериги, подобно на целулозните вериги, са събрани в снопове.

Хитинът е основният структурен елемент на обвивката на членестоногите и клетъчните стени на гъбите.

Функции на въглехидратите

Енергия. Глюкозата е основният източник на енергия, отделена в клетките на живите организми по време на клетъчното дишане (1 g въглехидрати освобождава 17,6 kJ енергия при окисление).

Структурни. Целулозата е включена в клетъчни мембранирастения; Хитинът е структурен компонент на обвивката на членестоногите и клетъчните стени на гъбите.

Някои олигозахариди са част от цитоплазмената мембрана на клетката (под формата на гликопротеини и гликолипиди) и образуват гликокаликса.

Метаболитен. Пентозите участват в синтеза на нуклеотиди (рибозата е част от РНК нуклеотидите, дезоксирибозата е част от ДНК нуклеотидите), някои коензими (например NAD, NADP, коензим А, FAD), AMP; участват във фотосинтезата (рибулозодифосфатът е акцептор на CO 2 в тъмната фаза на фотосинтезата).

Пентозите и хексозите участват в синтеза на полизахаридите; Глюкозата е особено важна в тази роля.

, в зависимост от произхода си, съдържа 70-80% захари Освен това в групата на въглехидратите спадат и тези, които са трудно усвоими от човешкия организъмфибри и пектини.

От всички хранителни вещества, консумирани от хората, въглехидратите несъмнено са основният източник на енергия. Средно те съставляват 50 до 70% от калорийното съдържание на ежедневните диети. Въпреки факта, че човек консумира значително повече въглехидрати, отколкото мазнини и протеини, техните резерви в тялото са малки. Това означава, че тялото трябва да се снабдява редовно с тях.

Нуждата от въглехидрати зависи в много голяма степен от енергийния разход на организма. Средно за възрастен мъж, занимаващ се предимно с умствен или лек физически труд, дневната нужда от въглехидрати варира от 300 до 500 g. За работниците и спортистите тя е много по-висока. За разлика от протеините и до известна степен мазнините, количеството въглехидрати в диетите може да бъде значително намалено без вреда за здравето.Тези, които искат да отслабнат, трябва да обърнат внимание на това: въглехидратите имат главно енергийна стойност. При окисляване на 1 g въглехидрати в организма се освобождават 4,0–4,2 kcal. Следователно за тяхна сметка е най-лесно да се регулира калорийният прием.

Въглехидрати(захариди) е общото наименование за широк клас естествени органични съединения. Обща формуламонозахаридите могат да бъдат записани като C n (H 2 O) n. В живите организми най-често срещаните захари са тези с 5 (пентози) и 6 (хексози) въглеродни атоми.

Въглехидратите се разделят на групи:

Простите въглехидрати лесно се разтварят във вода и се синтезират в зелени растения. В допълнение към малките молекули в клетката се срещат и големи молекули; те са полимери. Полимерите са сложни молекули, състоящи се от отделни „единици“, свързани една с друга. Такива „единици“ се наричат ​​мономери. Вещества като нишесте, целулоза и хитин са полизахариди - биологични полимери.

Монозахаридите включват глюкоза и фруктоза, които придават сладост на плодовете и плодовете. Хранителната захарна захароза се състои от глюкоза и фруктоза, ковалентно свързани една с друга. Съединения като захароза се наричат ​​дизахариди. Поли-, ди- и монозахаридите се наричат общ термин- въглехидрати. Въглехидратите включват съединения, които имат различни и често напълно различни свойства.

Таблица: Разнообразие от въглехидрати и техните свойства.

Въглехидратна група	Примери за въглехидрати	Къде се срещат?	Имоти
монозахари	рибоза	РНК
	дезоксирибоза	ДНК
	глюкоза	Захар от цвекло
	фруктоза	Плодове, мед
	галактоза	Съдържа лактоза в млякото
олигозахариди	малтоза	Малцова захар	Сладък на вкус, водоразтворим, кристален,
	захароза	тръстикова захар
	лактоза	Млечна захар в млякото
Полизахариди (изградени от линейни или разклонени монозахариди)	нишесте	Въглехидрати за съхранение на растения	Не е сладък, бял, неразтворим във вода.
	гликоген	Резервно животинско нишесте в черния дроб и мускулите
	Фибри (целулоза)
	хитин
	муреин	вода . За много човешки клетки (например мозъчни и мускулни клетки) глюкозата, пренасяна от кръвта, служи като основен източник на енергия, а много подобно вещество в животинските клетки - са полимери на глюкозата; те служат за нейното съхранение вътре клетката. 2. Структурна функциятоест те участват в изграждането на различни клетъчни структури. Полизахарид целулозаобразува клетъчните стени на растителните клетки, характеризиращи се с твърдост и твърдост, той е един от основните компоненти на дървото. Други компоненти са хемицелулоза, която също принадлежи към полизахаридите, и лигнин (не е от въглехидратна природа). Хитинизпълнява и структурни функции. Хитинът изпълнява поддържащи и защитни функции. Клетъчните стени на повечето бактерии се състоят от пептидогликан муреин– това съединение съдържа остатъци както от монозахариди, така и от аминокиселини. 3. Въглехидратите играят защитна роля в растенията (клетъчни стени, защитни образувания, състоящи се от клетъчни стени на мъртви клетки - тръни, бодли и др.). Общата формула на глюкозата е C 6 H 12 O 6, това е алдехиден алкохол. Глюкозата се съдържа в много плодове, растителни сокове и нектар от цветя, както и в кръвта на хора и животни. Нивото на кръвната захар се поддържа на определено ниво (0,65–1,1 g/l).Ако се намали изкуствено, мозъчните клетки започват да изпитват остро гладуване, което може да доведе до припадък, кома и дори смърт. Продължителното повишаване на нивата на кръвната захар също не е от полза: това води до развитие на захарен диабет. Бозайниците, включително хората, могат да синтезират глюкоза от определени аминокиселини и продукти от разграждането на самата глюкоза - например млечна киселина. Те не знаят как да получат глюкоза от мастни киселини, за разлика от растенията и микробите. Взаимни превръщания на вещества. Излишни протеини------въглехидрати Излишни мазнини--------------въглехидрати

§ 1. КЛАСИФИКАЦИЯ И ФУНКЦИИ НА ВЪГЛЕХИДРАТИТЕ

Още в древни времена човечеството се запознава с въглехидратите и се научава да ги използва в своите Ежедневието. Памук, лен, дърво, нишесте, мед, тръстикова захар са само част от въглехидратите, изиграли важна роля в развитието на цивилизацията. Въглехидратите са сред най-често срещаните органични съединения в природата. Те са неразделна част от клетките на всеки организъм, включително бактерии, растения и животни. При растенията въглехидратите представляват 80–90% от сухата маса, при животните - около 2% от телесното тегло. Техният синтез от въглероден диоксид и вода се извършва от зелени растения, използващи енергията на слънчевата светлина ( фотосинтеза ). Общото стехиометрично уравнение за този процес е:

След това глюкозата и другите прости въглехидрати се превръщат в повече сложни въглехидратинапример нишесте и целулоза. Растенията използват тези въглехидрати за освобождаване на енергия чрез процеса на дишане. Този процес е по същество обратен на фотосинтезата:

Интересно да се знае! Зелените растения и бактерии годишно абсорбират приблизително 200 милиарда тона въглероден диоксид от атмосферата чрез процеса на фотосинтеза. В този случай в атмосферата се отделят около 130 милиарда тона кислород и се синтезират 50 милиарда тона органични въглеродни съединения, главно въглехидрати.

Животните не са способни да синтезират въглехидрати от въглероден диоксид и вода. Приемайки въглехидрати с храната, животните използват натрупаната в тях енергия за поддържане на жизнените процеси. Нашите храни като печива, картофи, зърнени храни и др. се характеризират с високо съдържание на въглехидрати.

Името "въглехидрати" е историческо. Първите представители на тези вещества са описани с общата формула C m H 2 n O n или C m (H 2 O) n. Другото име на въглехидратите е Сахара – се обяснява със сладкия вкус на най-простите въглехидрати. По своята химична структура въглехидратите са сложна и разнообразна група от съединения. Сред тях има както доста прости съединения с молекулно тегло около 200, така и гигантски полимери, чието молекулно тегло достига няколко милиона. Наред с въглеродните, водородните и кислородните атоми, въглехидратите могат да съдържат атоми на фосфор, азот, сяра и по-рядко други елементи.

Класификация на въглехидратите

Всички известни въглехидрати могат да бъдат разделени на две големи групи – прости въглехидратиИ сложни въглехидрати. Отделна група се състои от смесени полимери, съдържащи въглехидрати, напр. гликопротеини– комплекс с протеинова молекула, гликолипиди –комплекс с липиди и др.

Простите въглехидрати (монозахариди или монозахариди) са полихидроксикарбонилни съединения, които не са способни да образуват по-прости въглехидратни молекули при хидролиза. Ако монозахаридите съдържат алдехидна група, те принадлежат към класа на алдозите (алдехидни алкохоли), ако съдържат кетонна група, те принадлежат към класа на кетозите (кето алкохоли). В зависимост от броя на въглеродните атоми в монозахаридната молекула се разграничават триози (С 3), тетрози (С 4), пентози (С 5), хексози (С 6) и др.:

Най-често срещаните съединения в природата са пентози и хексози.

Комплексвъглехидрати ( полизахариди, или полиоза) са полимери, изградени от монозахаридни остатъци. При хидролизиране те образуват прости въглехидрати. В зависимост от степента на полимеризация се разделят на нискомолекулни ( олигозахариди, чиято степен на полимеризация обикновено е по-малка от 10) и високо молекулно тегло. Олигозахаридите са подобни на захар въглехидрати, които са разтворими във вода и имат сладък вкус. Въз основа на способността им да редуцират метални йони (Cu 2+, Ag +), те се разделят на възстановителенИ невъзстановителен. Полизахаридите, в зависимост от техния състав, също могат да бъдат разделени на две групи: хомополизахаридиИ хетерополизахариди. Хомополизахаридите са изградени от монозахаридни остатъци от същия тип, а хетерополизахаридите са изградени от остатъци от различни монозахариди.

Горното с примери за най-често срещаните представители на всяка група въглехидрати може да бъде представено в следната диаграма:

Функции на въглехидратите

Биологичните функции на полизахаридите са много разнообразни.

Функция за съхранение на енергия и съхранение

Въглехидратите съдържат по-голямата част от калориите, консумирани от човек чрез храната. Основният въглехидрат, доставян с храната, е нишестето. Съдържа се в хлебни изделия, картофи, като част от зърнени култури. Човешката диета също съдържа гликоген (в черния дроб и месото), захароза (като добавки към различни ястия), фруктоза (в плодовете и меда) и лактоза (в млякото). Полизахаридите, преди да бъдат усвоени от тялото, трябва да бъдат хидролизирани с помощта на храносмилателни ензими до монозахариди. Само в тази форма те се абсорбират в кръвта. С кръвния поток монозахаридите навлизат в органи и тъкани, където се използват за синтезиране на собствени въглехидрати или други вещества или се разграждат за извличане на енергия от тях.

Енергията, освободена в резултат на разграждането на глюкозата, се съхранява под формата на АТФ. Има два процеса за разграждане на глюкозата: анаеробни (при липса на кислород) и аеробен (при наличие на кислород). В резултат на анаеробния процес се образува млечна киселина

които при тежки физическа дейностнатрупва се в мускулите и причинява болка.

В резултат на аеробния процес глюкозата се окислява до въглероден оксид (IV) и вода:

В резултат на аеробно разграждане на глюкозата се освобождава много повече енергия, отколкото в резултат на анаеробно разграждане. Като цяло окислението на 1 g въглехидрати освобождава 16,9 kJ енергия.

Глюкозата може да претърпи алкохолна ферментация. Този процес се извършва от дрожди при анаеробни условия:

Алкохолната ферментация се използва широко в промишлеността за производство на вина и етилов алкохол.

Човекът се научи да използва не само алкохолна ферментация, но също така намери използването на млечнокисела ферментация, например за получаване на млечнокисели продукти и мариновани зеленчуци.

В човешкото или животинско тяло няма ензими, които да хидролизират целулозата, но целулозата е основният компонент на храната за много животни, особено преживни. Стомасите на тези животни съдържат големи количества бактерии и протозои, които произвеждат ензима целулаза, катализирайки хидролизата на целулозата до глюкоза. Последният може да претърпи допълнителни трансформации, в резултат на което се образуват маслена, оцетна и пропионова киселина, които могат да се абсорбират в кръвта на преживните животни.

Въглехидратите изпълняват и резервна функция. Така нишестето, захарозата, глюкозата в растенията и гликогенпри животните те са енергийният резерв на техните клетки.

Конструктивни, поддържащи и защитни функции

Целулозата в растенията и хитинпри безгръбначните и гъбите изпълняват опорни и защитни функции. Полизахаридите образуват капсула в микроорганизмите, като по този начин укрепват мембраната. Липополизахаридите на бактериите и гликопротеините на повърхността на животинските клетки осигуряват селективност на междуклетъчното взаимодействие и имунологичните реакции на тялото. Рибоза сервира строителен материалза РНК и дезоксирибоза за ДНК.

Изпълнява защитна функция хепарин. Този въглехидрат, като инхибитор на кръвосъсирването, предотвратява образуването на кръвни съсиреци. Намира се в кръвта и съединителната тъкан на бозайниците. Бактериалните клетъчни стени, образувани от полизахариди, държани заедно от къси аминокиселинни вериги, предпазват бактериалните клетки от неблагоприятни ефекти. При ракообразните и насекомите въглехидратите участват в изграждането на екзоскелета, който изпълнява защитна функция.

Регулаторна функция

Фибрите подобряват чревната подвижност, като по този начин подобряват храносмилането.

Интересна е възможността въглехидратите да се използват като източник на течно гориво – етанол. От древни времена дървесината се използва за отопление на домове и готвене на храна. IN модерно обществотози вид гориво се заменя с други видове - нафта и въглища, които са по-евтини и удобни за използване. Въпреки това, растителните суровини, въпреки някои неудобства при употреба, за разлика от нефта и въглищата, са възобновяем източник на енергия. Но използването му в двигатели с вътрешно горене е трудно. За тези цели е за предпочитане да се използва течно гориво или газ. От нискокачествена дървесина, слама или други растителни материали, съдържащи целулоза или нишесте, може да се получи течно гориво - етанол. За да направите това, първо трябва да хидролизирате целулоза или нишесте, за да получите глюкоза:

и след това подлага получената глюкоза на алкохолна ферментация за получаване на етилов алкохол. След пречистване може да се използва като гориво в двигатели с вътрешно горене. Трябва да се отбележи, че в Бразилия за тази цел годишно се произвеждат милиарди литри алкохол от захарна тръстика, сорго и маниока и се използват в двигатели с вътрешно горене.