Mikä on hiilihydraatit, hiilihydraattien rooli ihmiskehossa

Elävien organismien muodostavien solujen kemialliset ominaisuudet riippuvat ensisijaisesti hiilen atomien määrästä, jotka muodostavat jopa 50% kuivasta massasta. Hiiliatomit löytyvät tärkeimmistä orgaanisista aineista: proteiinit, nukleiinihapot, lipidit ja hiilihydraatit. Viimeksi mainittu ryhmä sisältää kaavan (CH 2O) _n mukaisia hiili- ja vesiliuoksia, joissa n on yhtä suuri tai suurempi kuin kolme. Hiilen, vedyn ja hapen lisäksi molekyyleihin voi kuulua fosforin, typen, rikin atomit. Tässä artikkelissa tutkitaan hiilihydraattien roolia ihmiskehossa sekä niiden rakenteen, ominaisuuksien ja toimintojen ominaisuuksia.

luokitus

Tämä biokemian yhdisteiden ryhmä jaetaan kolmeen luokkaan: yksinkertaisiin sokereihin (monosakkarideihin), polymeeriyhdisteisiin, joissa on glykosidisidos - oligosakkarideja ja biopolymeerejä, joilla on suuri molekyylipaino - polysakkarideja. Edellä mainittujen luokkien aineet löytyvät erilaisista soluista. Esimerkiksi tärkkelys ja glukoosi ovat läsnä kasvien rakenteissa, glykogeenin ihmisen maksasoluissa ja sienten solujen seinissä, kitinillä niveljalkaisten ulomman luuston sisällä. Kaikki edellä mainitut aineet ovat hiilihydraatteja. Hiilihydraattien rooli elimistössä on yleinen. Ne ovat tärkein energian toimittaja kasvissoluille, bakteereille, eläimille ja ihmisille.

monosakkaridit

Niillä on yleinen kaava C _n H _{2 n} O _n ja ne jaetaan ryhmiin molekyylin hiiliatomien lukumäärän mukaan: triosi, tetrosi, pentossi ja niin edelleen. Solujen organeleissa ja sytoplasmissa yksinkertaisilla sokereilla on kaksi spatiaalista konfiguraatiota: syklinen ja lineaarinen. Ensimmäisessä tapauksessa hiiliatomeja liitetään toisiinsa kovalenttisilla sigma-sidoksilla ja muodostavat suljetut syklit, toisessa tapauksessa hiilirunko ei ole suljettu ja voi olla haarautumista. Tarkastelemme hiilihydraattien merkitystä elimistössä, katsomme yleisimpiä niistä - pentoseja ja heksooseja.

Isomeerit: glukoosi ja fruktoosi

Niillä on sama molekyylikaava C ₆ H ₁₂ O ₆ , mutta erilaiset molekyylityypit. Aiemmin olemme jo kutsuttu hiilihydraattien tärkeimpään rooliin elävään organismiin - energiaan. Edellä mainitut aineet katkaistaan solulla. Tämän seurauksena energia vapautuu (17,6 kJ grammaa glukoosia). Lisäksi 36 ATP-molekyyliä syntetisoidaan. Glukoosin hajoaminen tapahtuu mitokondrioiden kalvoissa (kiteissä) ja on entsymaattisten reaktioiden ketju - Krebs-sykli. Se on tärkein yhteys dissimilaatiossa, joka esiintyy kaikissa heterotrofisten eukaryoottisten organismien soluissa poikkeuksetta.

Glukoosi on myös muodostettu nisäkäleireyytteihin johtuen glykogeenivaraston lihaskudoksen pilkkomisesta. Tulevaisuudessa sitä käytetään helposti hajoavana aineena, sillä solujen energian tuottaminen on hiilihydraattien päärooli elimistössä. Kasvit ovat valopotoksia ja muodostavat itsenäisesti glukoosia fotosynteesin prosessissa. Näitä reaktioita kutsutaan Calvin-sykliksi. Lähtöaine on hiilidioksidi ja akseptori on ribosédiodifosfaatti. Glukoosin synteesi tapahtuu kloroplastien matriisissa. Fruktoosi, jolla on sama molekyylikaava kuin glukoosi, sisältää molekyylissä funktionaalisen ketoniryhmän. Se on makeampi kuin glukoosi, ja sitä löytyy hunaja sekä marjoja ja hedelmiä sisältävä mehu. Siksi hiilihydraattien biologinen rooli elimistössä on ensisijaisesti käyttää niitä nopeasti energian lähteenä.

Pentosien rooli perinnöllisessä asemassa

Pitäkäämme vielä yksi ryhmä monosakkarideja - riboosia ja deoksiriboseja. Niiden ainutlaatuisuus on siinä, että ne ovat osa polymeerejä - nukleiinihappoja. Kaikille organismeille, mukaan lukien ei-solumuodot, DNA ja RNA ovat perinnöllisten tietojen tärkeimmät kantajat. Riboosi sisältyy RNA-molekyyleihin, ja deoksiriboosi sisältyy DNA: n nukleotideihin. Näin ollen hiilihydraattien biologinen rooli ihmiskehossa on se, että he osallistuvat perinnöllisten yksiköiden - geenien ja kromosomien muodostumiseen.

Esimerkkejä aldehydiryhmän sisältävistä pentoseistä ja yleisesti kasvin maailmassa ovat ksyloosi (varret ja siemenet), alfa-arabinoosi (löytyy kivihedelmäpuiden kumilla). Näin ollen hiilihydraattien jakautuminen ja biologinen rooli korkeiden kasvien ruumiissa on riittävän suuri.

Mitä ovat oligosakkaridit

Jos esimerkiksi monosakkaridien, esimerkiksi glukoosin tai fruktoosin, molekyylit jäännökset sitovat kovalenttiset sidokset, muodostuu oligosakkarideja - polymeerihiilihydraatteja. Hiilihydraattien rooli sekä kasvien että eläinten ruumiissa on monipuolista. Tämä koskee erityisesti disakkarideja. Yleisimpiä niistä ovat sakkaroosi, laktoosi, maltoosi ja trehaloosi. Siksi sakkaroosi, jota kutsutaan nimellä nokki tai sokerijuurikkaaksi, sisältyy kasveihin liuoksen muodossa ja se varastoidaan juurikasveihin tai varret. Hydrolyysin seurauksena muodostuu glukoosi- ja fruktoosimolekyylejä. Maitosokeri, laktoosi, on eläinperäistä. Joillakin ihmisillä tämän aineen suvaitsemattomuus liittyy entsyymin laktaasin hypoksetietoon, joka jakaa maitosokerin galaktoosiin ja glukoosiin. Hiilihydraattien merkitys on elintärkeä. Esimerkiksi trehaloosidisakkaridi, joka koostuu kahdesta glukoosin jäännöksestä, on osa äyriäisten, hämähäkkeiden, hyönteisten hemolymfy. Se esiintyy myös sienten ja joidenkin levien soluissa.

Toinen disakkaridi, maltoosi tai mallasokeri sisältyy ruisjauhoon tai ohraan niiden itämisen aikana, molekyyli, joka koostuu kahdesta glukoosin tähteestä. Se muodostuu kasvien tai eläinten tärkkelyksen hajoamisesta. Ihmisten ja nisäkkäiden ohutsuolessa maltoosi pilkkoutuu entsyymillä, jota kutsutaan maltaasiksi. Jos se puuttuu haiman mehu, patologia syntyy johtuen suvaitsemattomuudesta glykogeenin tai kasviperäisen tärkkelyksen elintarvikkeissa. Tässä tapauksessa käytä erityistä ruokavaliota ja lisää entsyymin ruokavaliota.

Monimutkaiset hiilihydraatit luonnossa

Ne jakautuvat hyvin laajalti, erityisesti kasvin maailmassa, ovat biopolymeerejä ja niillä on suuri molekyylimassa. Esimerkiksi tärkkelyksessä se on 800 000 ja selluloosassa 1 600 000. Polysakkaridit eroavat monomeerien koostumuksesta, polymeroitumisasteesta ja ketjujen pituudesta. Toisin kuin yksinkertaiset sokerit ja oligosakkaridit, jotka liukenevat hyvin veteen ja joilla on makea maku, polysakkaridit ovat hydrofobisia ja mautonta. Harkitse hiilihydraattien roolia ihmiskehossa esimerkkinä glykogeeni-eläin-tärkkelys. Se syntetisoidaan glukoosista ja varataan hepatosyytteihin ja luustolihasoluihin, joissa sen sisältö on kaksi kertaa suurempi kuin maksa. Glykogeenin muodostuminen kykenee myös ihonalaiseen rasvakudokseen, neurosyytteihin ja makrofageihin. Toinen polysakkaridi, kasvisärkkelys on fotosynteesin tuote ja muodostuu vihreistä plastideista.

Inhimillisen sivilisaation alusta lähtien tärkkelyksen tärkeimmät toimittajat olivat arvokkaita viljelykasveja: riisiä, perunaa, maissia. Ne ovat edelleen suurin osa maapallon asukkaista ruokavaliosta. Siksi hiilihydraatit ovat niin arvokkaita. Hiilihydraattien rooli elimistössä on, kuten näemme, niiden käyttöä energiaintensiivisinä ja nopeasti sulavia orgaanisia aineita.

Polysakkarideja on ryhmä, joiden monomeerit ovat hyaluronihapon tähteitä. Niitä kutsutaan pektiiniksi ja ovat kasvisolujen rakenteellisia aineita. Erityisen rikkaat ovat omenan, sokerijuurikasmassan kuori. Pektiinin solutekijät säätelevät solunsisäistä painetta - turgoria. Makeiskauteollisuudessa niitä käytetään hyytelöivinä aineina ja sakeuttamisaineina korkealaatuisten vaahtokarkkeja ja marmeladia tuotettaessa. Ravintoaineissa käytetään biologisesti aktiivisia aineita, jotka erittävät toksiinien paksusuolesta.

Mitä ovat glykolipidit

Tämä on mielenkiintoinen ryhmä monimutkaisia hiilihydraattien ja rasvojen yhdisteitä, jotka ovat hermokudoksessa. Se koostuu nisäkkäiden päästä ja selkäytimestä. Solukalvoissa esiintyy myös glykolipidejä. Esimerkiksi bakteereissa ne osallistuvat solujen välisiin yhteyksiin. Jotkut näistä yhdisteistä ovat antigeenejä (aineita, jotka havaitsevat verenryhmät Landsteiner-järjestelmässä AB0). Eläinten, kasvien ja ihmisten soluissa on glykolipidien lisäksi myös riippumattomia rasva-molekyylejä. Ne täyttävät ensisijaisesti energiafunktio. Kun jakaa yhden gramman rasvaa, vapautuu 38,9 kJ energiaa. Lipideille on ominaista myös rakenteellinen tehtävä (ne ovat osa solukalvoja). Siten nämä toiminnot suoritetaan hiilihydraateilla ja rasvoilla. Niiden rooli kehossa on poikkeuksellisen korkea.

Hiilihydraattien ja lipidien rooli kehossa

Ihmisen ja eläinten soluissa voidaan havaita polysakkaridien ja rasvojen keskinäisiä konversioita, jotka tapahtuvat aineenvaihdunnan seurauksena. Tutkijat, ravitsemusasiantuntijat totesivat, että tärkkelysruoan liiallinen kulutus johtaa rasvan kertymiseen. Jos henkilöllä on haiman häiriöitä amylaasin allokoinnissa tai johtaa istumaelämään, sen paino voi suuresti lisääntyä. On syytä muistaa, että hiilihydraattipitoinen ruoka jaetaan pääasiassa pohjukaissuoleen glukoosiksi. Pieni suolen villit kapillaarit absorboivat ja maksetaan maksaan ja lihaksiin glykogeenin muodossa. Intensiivisempi aineenvaihdunta kehossa, sitä aktiivisempi se pilkotaan glukoosiin. Sen jälkeen solut käyttävät sitä pääasiallisena energiamateriaalina. Nämä tiedot toimivat vastauksena kysymykseen siitä, mikä rooli hiilihydraateista leikkii ihmiskehossa.

Glykoproteiinien merkitys

Tämän aineen ryhmän yhdisteitä edustaa monimutkainen hiilihydraatti + proteiini. Niitä kutsutaan myös glykokonjugaateiksi. Nämä ovat vasta-aineita, hormoneja, kalvarakenteita. Uusimmat biokemialliset tutkimukset ovat osoittaneet, että jos glykoproteiinit alkavat muuttaa alkuperäistä (luonnollista) rakennettaan, tämä johtaa sellaisten monimutkaisten sairauksien kehittymiseen kuin astma, nivelreuma, syöpä. Glykokonjugaattien rooli solujen aineenvaihdunnassa on suuri. Niinpä interferonit estävät virusten lisääntymisen, immunoglobuliinit suojaavat kehoa patogeenisiltä aineilta. Veriproteiinit kuuluvat myös tähän aineryhmään. Ne tarjoavat suojaavia ja puskuroivia ominaisuuksia. Kaikki edellä mainitut toiminnot vahvistavat, että hiilihydraattien fysiologinen rooli elimistössä on monipuolinen ja erittäin tärkeä.

Missä ja miten hiilihydraatit muodostavat

Yksinkertaisten ja monimutkaisten sokereiden tärkeimmät toimittajat ovat vihreät kasvit: levät, korkeammat itiöt, kuntosukat ja kukkaviljelmät. Ne kaikki sisältävät pigmenttiklorofylliä soluissa. Se on osa thylakoideja - kloroplastirakenteita. Venäjän tiedemies K. Timiryazev opiskeli fotosynteesin prosessia, jonka seurauksena hiilihydraatteja muodostuu. Hiilihydraattien rooli kasvin ruumiissa on kerätä tärkkelystä hedelmissä, siemenissä ja sipuleissa, eli kasvavissa elimissä. Fotosynteesin mekanismi on melko monimutkainen ja koostuu joukosta entsymaattisia reaktioita, joita esiintyy sekä valossa että pimeässä. Glukoosi syntetisoidaan hiilidioksidista entsyymien vaikutuksen alaisena. Heterotrofiset organismit käyttävät vihreitä kasveja ravinnon ja energian lähteenä. Näin kasvit ovat ensimmäinen linkki kaikissa trofiaketjuissa ja niitä kutsutaan tuottajiksi.

Heterotrooppisten organismien soluissa hiilihydraatit syntetisoidaan sileän (agranulaarisen) endoplasmisen verkkokanavan kanavilla. Sitten niitä käytetään energia- ja rakennusmateriaaleina. Kasvisoluissa hiilihydraatteja muodostetaan edelleen Golgi-kompleksissa ja sitten muodostetaan selluloosasoluseinää. Selkärankaisten ruoansulatuskanavassa hiilihydraattien sisältämät yhdisteet osittain hajoavat suuontelossa ja mahassa. Disimilaation pääasialliset reaktiot esiintyvät pohjukaissuolessa. Se erittää haiman mehua, joka sisältää entsyymi-amylaasia, jakaa tärkkelyksen glukoosiksi. Kuten jo mainittiin, glukoosi imeytyy veriin ohutsuolessa ja levittyy kaikkiin soluihin. Täällä sitä käytetään energianlähteenä ja rakenteellisena aineena. Tämä selittää hiilihydraattien roolin kehossa.

Heterotrooppisten solujen Supramembrane-kompleksit

Ne ovat tyypillisiä eläimille ja sienille. Näiden rakenteiden kemiallista koostumusta ja molekyyliorganisaatiota edustavat yhdisteet, kuten lipidit, proteiinit ja hiilihydraatit. Hiilihydraattien rooli kehossa on osallistuminen energian aineenvaihduntaan ja kalvojen rakentamiseen. Ihmisten ja eläinten soluissa on erityinen rakenteellinen komponentti, jota kutsutaan glykosyyttiseksi. Tämä ohut pintakerros koostuu glykopolyideista ja glykoproteiineista, jotka on liitetty sytoplasmakalvoon. Se tarjoaa suoran yhteyden soluihin ulkoisen ympäristön kanssa. Täällä on käsitys ärsytyksestä ja solunulkoisesta ruoansulatuksesta. Hiilihydraattikalvonsa ansiosta solut tarttuvat toisiinsa muodostaen kudoksia. Tätä ilmiötä kutsutaan tarttuvaksi. Lisäsimme myös, että hiilihydraattimolekyylien "jäljet" ovat solun pinnan yläpuolelle ja suuntautuvat interstitiaaliseen nesteeseen.

Toinen ryhmä heterotrofisia eliöitä - sieniä, on myös pintalaite nimeltä soluseinä. Se sisältää monimutkaisia sokereita - kitsiiniä, glykogeenia. Jotkut sienilajit sisältävät myös liukenevia hiilihydraatteja, esimerkiksi trehaloosia, jota kutsutaan sienten sokeriksi.

Yksisoluisissa eläimissä, kuten keloissa, pintakerros - pelikone, sisältää myös komplekseja oligosakkarideista, joilla on proteiineja ja lipidejä. Jotkut yksinkertaisimmista pellicleistä ovat riittävän ohut ja eivät häiritse kehon muotoa. Ja toisissa se sakeutuu ja muuttuu lujaksi, kuten kuori, suojaavalla toiminnolla.

Kasvien soluseinämä

Se sisältää myös runsaasti hiilihydraatteja, erityisesti selluloosaa, joka on kerätty kuitukimppujen muodossa. Nämä rakenteet muodostavat luuran, joka upotetaan kolloidiseen matriisiin. Koostuu pääasiassa oligo- ja polysakkarideista. Kasvisolujen soluseinät voidaan louhintaa. Tällöin selluloosan nippujen väliset välekset täytetään toisella hiilihydraatti - ligniinillä. Se vahvistaa solukalvon tukitoimintoja. Usein monivuotisissa puumaisissa kasveissa selluloosasta koostuva ulompi kerros peitetään rasvaisella aineella - suberiini. Se estää veden pääsyn kasvien kudoksiin, joten taustalla olevat solut kuolevat nopeasti ja peitetään pistokkeella.

Yhteenvetona edellä todetaan, että hiilihydraatit ja rasvat liittyvät läheisesti kasvien soluseinään. Niiden rooli valokuvamateriaalissa on vaikea aliarvioida, koska glykolipidikompleksit tarjoavat tuki- ja suojaustoimintoja. Tutkitaan erilaisia hiilihydraatteja, jotka ovat tyypillisiä Drobyanan valtakunnan organismeille. Se sisältää prokaryootteja, erityisesti bakteereja. Niiden soluseinä sisältää hiilihydraatti-hiiren. Pintamateriaalin rakenteesta riippuen bakteerit jaetaan grampositiivisiksi ja gram-negatiivisiksi.

Toisen ryhmän rakenne on monimutkaisempi. Näillä bakteereilla on kaksi kerrosta: muovi ja jäykkä. Ensimmäinen sisältää mukopolysakkarideja, esimerkiksi hiiren. Sen molekyylit näyttävät suurilta silmärakenteilta, jotka muodostavat kapselin bakteerisolun ympärille. Toinen kerros koostuu peptidoglykaaneista, polysakkaridien ja proteiinien yhdisteistä.

soluseinä lipopolysakkaridit avulla bakteerit tarttuvat lujasti erilaisille alustoille, kuten kiillettä tai eukaryoottisen solukalvon. Lisäksi, glykolipidit tarttuvuuden edistämiseksi bakteerisolujen toisiinsa. Näin muodostettu, esimerkiksi, streptokokit ketju klusteri stafylokokit, lisäksi, jotkut lajit prokaryooteissa on muita limakalvon - Peplos. Se sisältää koostumukseltaan polysakkaridien ja tuhoutuvat herkästi vaikea säteilyllä tai kosketuksessa tiettyjen kemikaalien, kuten antibiootteja.