Što je ugljikohidrati, uloga ugljikohidrata u ljudskom tijelu

Kemijska svojstva stanica koje čine žive organizme ovise prvenstveno o broju ugljikovih atoma koji čine do 50% suhe mase. Atomi ugljika nalaze se u glavnim organskim supstancama: proteinima, nukleinskim kiselinama, lipidima i ugljikohidratima. Potonja skupina uključuje spojeve ugljika i vode koji odgovaraju formuli (CH₂

klasifikacija

Ove skupine spojeva u biokemije su podijeljeni u tri klase: jednostavne šećere (monosaharidi), polimerni spojevi sa glikozidnom vezom - oligosaharida i biopolimera visoke molekularne težine - polisaharida. Tvari gornjih klasa nalaze se u različitim vrstama stanica. Na primjer, postoje glukoze i škrob u biljnim strukture, glikogen - u ljudskim hepatocitima i stanične stijenke gljiva je hitina - u vanjskim kostur člankonožaca. Sve gore navedene tvari su ugljikohidrati. Uloga ugljikohidrata u tijelu je univerzalna. Oni su glavni dobavljač energije za životne manifestacije stanice biljaka, bakterija, životinja i ljudi.

monosaharidi

Imaju opću formulu C_nH_2nO_n i podijeljeni su u skupine ovisno o broju atoma ugljika u molekuli: trioza, tetroz, pentoza, i tako dalje. U stanicama organela i citoplazmi, jednostavni šećeri imaju dvije prostorno oblikovane: cikličke i linearne. U prvom slučaju, atomi ugljika su povezani jedan s drugim preko kovalentne veze i sigma oblika zatvorene petlje, u drugom slučaju ugljikov kostur nije zatvoren i može imati grananja. Da biste utvrdili ulogu ugljikohidrata u tijelu, razmotrimo najčešće od njih - pentoze i heksoza.

Izomeri: glukoza i fruktoza

Oni imaju istu molekulsku formulu C₆H₁₂O₆, ali različite strukturne vrste molekula. Ranije smo već nazvali glavnu ulogu ugljikohidrata u živom organizmu - energiji. Gore navedene tvari se cijepaju stanicama. Kao rezultat, energija se oslobađa (17,6 kJ iz jednog grama glukoze). Osim toga, sintetizirane su 36 ATP molekule. Razgradnja glukoze javlja se na membranama (kristalima) mitohondrija i predstavlja lanac enzimskih reakcija - ciklus Krebs. To je najvažnija veza u disimilaciji koja se pojavljuje u svim stanicama heterotrofnih eukariotskih organizama, bez iznimke.

Glukoza se također stvara miositima sisavaca zbog cijepanja mišićnog tkiva glikogenog rezervata. U budućnosti, ona se koristi kao lako raspadajuća tvar, jer pružanje stanica energijom glavna je uloga ugljikohidrata u tijelu. Biljke su fototrofi i samostalno oblikuju glukozu u procesu fotosinteze. Ove reakcije nazivaju se Calvinov ciklus. Polazna tvar je ugljični dioksid, a akceptor je ribosezodifosfat. Sinteza glukoze pojavljuje se u matrici kloroplasta. Fruktoza, koja ima istu molekulsku formulu kao glukoza, sadrži u molekuli funkcionalnu skupinu ketona. To je slađe od glukoze, a nalazi se u medu, kao i sok od bobičastog voća i voća. Dakle, biološka uloga ugljikohidrata u tijelu je prije svega njihova upotreba kao brz izvor energije.

Uloga pentoza u nasljeđivanju

Stanimo na još jednu grupu monosaharida - ribose i deoksiriboze. Njihova jedinstvenost leži u činjenici da su dio polimera - nukleinskih kiselina. Za sve organizme, uključujući ne-stanične oblike života, DNA i RNA glavni su nositelji nasljednih informacija. Riboza je uključena u RNA molekule, a deoksiriboza je sadržana u nukleotidima DNA. Slijedom toga, biološka uloga ugljikohidrata u ljudskom tijelu je da oni sudjeluju u formiranju jedinica nasljednosti - gena i kromosoma.

Primjer pentoza sadrži aldehidnu skupinu i široko rasprostranjeni u biljnom carstvu su ksiloza (sadržane u sjemena i peteljki), alfa-arabinoze (pohranjene u desni od kamene voćaka). Dakle, distribucija i biološka uloga ugljikohidrata u tijelu viših biljaka dovoljno su velika.

Što su oligosaharidi

Ako ostaci molekula monosaharida, na primjer, kao što su glukoza ili fruktoza, vezani kovalentnim vezama, formiraju se oligosaharidi - polimerni ugljikohidrati. Uloga ugljikohidrata u tijelu biljaka i životinja je različita. To se posebno odnosi na disaharide. Najčešći među njima su saharoza, laktoza, maltoza i trehaloza. Dakle, saharoza, inače naziva reed ili šećerna repa, nalazi se u biljkama u obliku otopine i pohranjuje se u korijenima ili stablima. Kao rezultat hidrolize nastaju molekule glukoze i fruktoze. Mliječni šećer, laktoza, ima životinjsko podrijetlo. U nekim ljudima, netrpeljivost prema ovoj supstanciji povezana je s hipoksekretijom enzima laktaze, koji razgrađuje mliječni šećer u galaktozu i glukozu. Uloga ugljikohidrata je od vitalnog značaja. Na primjer, trehalozni disaharid, koji se sastoji od dva ostatka glukoze, dio je hemolima u rakova, paukova i insekata. Također se javlja u stanicama gljiva i nekim algama.

Još disaharid - Maltoza ili slad šećer, nalazi se u caryopses ječma i raži, u svom klijanja, to je molekula koja se sastoji od dva ostatka glukoze. Stvara se kao rezultat propadanja biljnog ili životinjskog škroba. U tankom crijevu čovjeka i sisavaca, maltoza se cijepa djelovanjem enzima zvanog maltaza. U odsutnosti u soku gušterače, patologija proizlazi zbog netolerancije u prehrambenim proizvodima glikogena ili biljnog škroba. U tom slučaju koristite posebnu prehranu i dodajte prehranu samog enzima.

Složeni ugljikohidrati u prirodi

Oni se jako distribuiraju, posebno u biljnom svijetu, biopolimeri i imaju veliku molekularnu masu. Na primjer, u škrobu je jednak 800.000, a u celulozu - 1.600.000. Polisaharidi se razlikuju u sastavu monomera, stupnju polimerizacije, kao i duljini lanaca. Za razliku od jednostavnih šećera i oligosaharida koji se dobro otapaju u vodi i imaju slatki okus, polisaharidi su hidrofobni i neukusni. Razmotriti ulogu ugljikohidrata u ljudskom tijelu primjenom primjera glikogena - životinjskog škroba. Sintetiziran je iz glukoze i rezerviran je u hepatocitima i stanicama skeletnih mišića, gdje je njegov sadržaj dva puta veći nego u jetri. Tvorba glikogena je također sposobna za subkutano masno tkivo, neurocite i makrofage. Drugi polisaharid, biljni škrob, proizvod je fotosinteze i nastaje u zelenim plastidama.

Od samog početka ljudske civilizacije glavni dobavljači škroba bili su vrijedni poljoprivredni usjevi: riža, krumpir, kukuruz. Oni su i dalje temelj prehrambene prehrane velika većina stanovnika Zemlje. Zato su ugljikohidrati toliko vrijedni. Uloga ugljikohidrata u tijelu je, kao što vidimo, u njihovoj uporabi kao energetski intenzivne i brzo probavljive organske tvari.

Postoji skupina polisaharida čiji su monomeri ostaci hijaluronske kiseline. Pozvani su pektini i strukturni su sastojci biljnih stanica. Posebno su bogati kora jabuka, celuloza repa. Stanične tvari pektina reguliraju intracelularni tlak - turgor. U slastičarnoj se industriji koriste kao sredstva za geliranje i zgušnjivače u proizvodnji kvalitetnih sorti marshmallowa i marmelade. U prehrambenoj prehrani koriste se biološki aktivne tvari koje izlučuju toksine iz debelog crijeva.

Što su glikolipidi

Ovo je zanimljiva skupina složenih spojeva ugljikohidrata i masti, koji su u živčanom tkivu. Sastoji se od glave i kičmene moždine sisavaca. Glikolipidi se također nalaze u staničnim membranama. Na primjer, u bakterijama sudjeluju u međustaničnim kontaktima. Neki od tih spojeva su antigeni (tvari koje otkrivaju krvne grupe iz Landsteiner sustava AB0). U stanicama životinja, biljaka i ljudi, pored glikolipida, postoje i nezavisne molekule masti. Oni ispunjavaju prvenstveno energetsku funkciju. Kad se podijeli jedan gram masnoća, oslobađa se energija od 38,9 kJ. Lipidi su također karakterizirani strukturnom funkcijom (dijelom staničnih membrana). Dakle, ove funkcije izvode ugljikohidrati i masti. Njihova uloga u tijelu je izuzetno visoka.

Uloga ugljikohidrata i lipida u tijelu

U stanicama ljudi i životinja mogu se promatrati međusobne konverzije polisaharida i masti koje nastaju kao posljedica metabolizma. Znanstvenici-nutricionisti otkrili su da pretjerana konzumacija škroba hrane dovodi do nakupljanja masnoća. Ako osoba ima umanjenu gušteraču u smislu raspodjele amilaze ili vodi sjedilački način života, njezina se težina može uvelike povećati. Važno je zapamtiti da je hrana bogata ugljikohidratima uglavnom podijeljena u dvanaesniku do glukoze. Apsorbira ih kapilare tankog crijeva i odlazi u jetru i mišiće u obliku glikogena. Što je intenzivniji metabolizam u tijelu, to je aktivniji i podijeljen na glukozu. Tada se stanice koriste kao glavni energetski materijal. Ova informacija služi kao odgovor na pitanje uloge koju ugljikohidrati igraju u ljudskom tijelu.

Važnost glikoproteina

Spojevi ove skupine tvari predstavljaju složeni ugljikohidrat + protein. Oni se također nazivaju glikokonjugati. To su protutijela, hormoni, membranske strukture. Najnoviji biokemijske studije su utvrdile da li glikoproteini počinju mijenjati svoj izvorni (prirodni) strukturu, što dovodi do razvoja tih kompleksnih bolesti kao što su astma, reumatoidni artritis, rak. Uloga glikokonjugata u metabolizmu stanica je velika. Dakle, interferoni potiskuju reprodukciju virusa, imunoglobulini štite tijelo od patogenih uzročnika. Krvni proteini također pripadaju ovoj skupini tvari. Oni pružaju zaštitna i puferska svojstva. Sve gore navedene funkcije potvrđuju činjenicu da je fiziološka uloga ugljikohidrata u tijelu raznovrsna i izuzetno važna.

Gdje i kako su ugljikohidrati formirani

Glavni dobavljači jednostavnih i složenih šećera su zelene biljke: alge, više spore, gymnosperms i cvjetnice. Svi sadrže klorofil pigmenta u stanicama. To je dio thylakoids - kloroplast strukture. Ruski znanstvenik K. Timiryazev proučavao je proces fotosinteze, zbog čega nastaju ugljikohidrati. Uloga ugljikohidrata u tijelu biljke jest nakupljanje škroba u voću, sjemenu i žarulju, tj. U vegetativnim organima. Mehanizam fotosinteze je prilično složen i sastoji se od niza enzimatskih reakcija koje se javljaju kako u svjetlu tako iu mraku. Glukoza se sintetizira iz ugljičnog dioksida pod djelovanjem enzima. Heterotrofični organizmi koriste zelene biljke kao izvor hrane i energije. Tako su biljke prva veza u svemu trofični lanci i zovu se proizvođači.

U stanicama heterotrofnih organizama, ugljikohidrati se sintetiziraju na kanalima glatkog (agranularnog) endoplazmatskog retikuluma. Zatim se koriste kao energija i građevinski materijali. U biljnim stanicama ugljikohidrati su dodatno formirani u kompleksu Golgi, a zatim nastaju da tvore staničnu stjenku celuloze. U procesu probave kralježnjaka, spojevi bogati ugljikohidratima djelomično su razbijeni u usnoj šupljini i želucu. Glavne reakcije disimilacije javljaju se u duodenumu. Izlučuje se sok od gušterače koji sadrži enzim amilazu, razdvajajući škrob u glukozu. Kao što je već rečeno, glukoza se apsorbira u krv u tankom crijevu i širi se kroz sve stanice. Ovdje se koristi kao izvor energije i strukturne tvari. To objašnjava ulogu ugljikohidrata u tijelu.

Supramembranski kompleksi heterotrofnih stanica

Tipični su za životinje i gljive. Kemijski sastav i molekularna struktura tih struktura predstavljeni su spojevima kao što su lipidi, proteini i ugljikohidrati. Uloga ugljikohidrata u tijelu je da sudjeluje u razmjena energije i izgradnju membrana. U stanicama čovjeka i životinja nalazi se posebna strukturna komponenta nazvana glikokaliza. Ovaj tanki površinski sloj se sastoji od glikolipida i glikoproteina vezanih na citoplazmatsku membranu. Omogućuje izravnu vezu stanica s vanjskim okruženjem. Ovdje postoji percepcija iritacije i ekstracelularne probave. Zbog njihove ugljikohidratne membrane, stanice se međusobno povezuju, tvoreći tkiva. Taj fenomen se zove adhezijom. Također dodamo da su "repovi" ugljikohidratnih molekula iznad površine stanice i usmjereni su na intersticijsku tekućinu.

Druga skupina heterotrofnih organizama - gljiva, također ima površinski uređaj, nazvan stanični zid. To uključuje složene šećere - kitin, glikogen. Neke vrste gljiva također sadrže topljive ugljikohidrate, na primjer trehalozu, nazvanu šećer od gljiva.

U jednostaničnim životinjama, kao što su ciliati, površinski sloj - pelikula, također sadrži komplekse oligosaharida s proteinima i lipidima. Neke od najjednostavnijih pelikula su dovoljno tanke i ne ometaju promjenu u obliku tijela. U drugima se zgušnjava i postaje čvrsta, poput ljuske, koja obavlja zaštitnu funkciju.

Stanična zid biljaka

Također sadrži veliku količinu ugljikohidrata, posebno celulozu, sakupljenih u obliku snopova vlakana. Ove strukture tvore kostur uronjen u koloidnu matricu. Sastoji se uglavnom od oligo- i polisaharida. Stanične stijenke biljnih stanica mogu biti lignificirane. U tom slučaju, prostori između snopova celuloze ispunjeni su drugim ugljikohidratima - ligninom. Ojačava podržavajuće funkcije stanične membrane. Često, posebno u višegodišnjim drvenastim biljkama, vanjski sloj koji se sastoji od celuloze prekriven je masnom tvari - suberinom. Sprječava ulazak vode u biljna tkiva, tako da se stanice umiru brzo i prekrivaju utikačem.

Sažimajući gore, vidimo da su ugljikohidrati i masti blisko povezani u staničnoj zoni biljaka. Njihova uloga u tijelu fototrofija je teško podcijeniti jer glikolipidni kompleksi pružaju podršku i zaštitne funkcije. Proučavamo raznolikost ugljikohidrata, karakterističnih za organizme kraljevstva Drobyanka. To uključuje prokariote, osobito bakterije. Njihov stanični zid sadrži ugljikohidrate - mišje. Ovisno o strukturi površinskog aparata, bakterije su podijeljene u gram-pozitivne i gram-negativne.

Struktura druge skupine je složenija. Ove bakterije imaju dva sloja: plastična i krutih. Prvi sadrži mukopolisaharide, na primjer, mišje. Njegove molekule izgledaju poput velikih mrežastih struktura koje tvore kapsule oko bakterijske stanice. Drugi sloj se sastoji od peptidoglikana, spoja polisaharida i proteina.

Lipopolisaharidi stanične stijenke omogućuju da se bakterije čvrsto pričvrste na različite supstrate, na primjer na caklinu zuba ili na membranu eukariotskih stanica. Dodatno, glikolipidi promiču koheziju bakterijskih stanica između sebe. Na taj način stvaraju se, na primjer, lanci streptokoka, hrpe stafilokoka, štoviše, neke vrste prokariota imaju dodatnu sluznicu - peplos. Sadrži polisaharide u svom sastavu i lako je uništen djelovanjem teškog zračenja ili kontaktom s nekim kemikalijama, na primjer antibioticima.