Molecule de carbohidrați
Carbohidrații sunt macromolecule esențiale care se clasifică în trei subtipuri: monosacaride, dizaharide și polizaharide.
Obiective de învățare
Descrieți structura monozaharidelor, dizaharidelor și polizaharidelor
Înțelesuri esențiale
Puncte cheie
- Monosacaridele sunt zaharuri simple alcătuite din trei până la șapte atomi de carbon și pot exista sub formă de lanț liniar sau de molecule inelare.
- Glucoza, galactoza și fructoza sunt izomeri de monosaharide, ceea ce înseamnă că toate au aceeași formulă chimică, dar diferă din punct de vedere structural și chimic.
- Disacaridele se formează atunci când două monosaharide suferă o reacție de deshidratare (o reacție de condensare); ele sunt ținute împreună printr-o legătură covalentă.
- Sucoza (zahărul de masă) este cea mai frecventă dizaharidă, care este compusă din monomerii glucoză și fructoză.
- O polizaharidă este un lanț lung de monosaharide legate prin legături glicozidice; lanțul poate fi ramificat sau nebranșat și poate conține mai multe tipuri de monosaharide.
Termeni cheie
- izomer: Oricare dintre doi sau mai mulți compuși cu aceeași formulă moleculară, dar cu structură diferită.
- reacție de deshidratare: O reacție chimică în care două molecule sunt legate covalent într-o reacție care generează H2O ca al doilea produs.
- biopolimer: Orice macromoleculă a unui organism viu care este formată din polimerizarea unor entități mai mici; un polimer care apare într-un organism viu sau care rezultă din viață.
Carbohidrații pot fi reprezentați prin formula stoichiometrică (CH2O)n, unde n este numărul de carboni din moleculă. Prin urmare, raportul dintre carbon, hidrogen și oxigen este de 1:2:1 în moleculele de carbohidrați. Originea termenului „carbohidrat” se bazează pe componentele sale: carbon („carbo”) și apă („hidrat”). Carbohidrații sunt clasificați în trei subtipuri: monosacaride, dizaharide și polizaharide.
Monosacaride
Monosacaridele (mono- = „unul”; sacchar- = „dulce”) sunt zaharuri simple. În cazul monosacaridelor, numărul de carboni variază de obicei între trei și șapte. Dacă zahărul are o grupare aldehidă (grupare funcțională cu structura R-CHO), se numește aldoză, iar dacă are o grupare cetonă (grupare funcțională cu structura RC(=O)R’), se numește cetoză. În funcție de numărul de atomi de carbon din zahăr, acestea pot fi cunoscute și sub numele de triose (trei atomi de carbon), pentose (cinci atomi de carbon) și sau hexose (șase atomi de carbon). Monozaharidele pot exista sub formă de lanț liniar sau sub formă de molecule inelare; în soluțiile apoase se găsesc de obicei sub formă de inel.
Monosacaride: Monozaharidele sunt clasificate pe baza poziției grupei carbonil și a numărului de carboni din coloana vertebrală. Aldozele au o grupare carbonil (indicată în verde) la capătul lanțului de carbon, iar cetozele au o grupare carbonil la mijlocul lanțului de carbon. Triosele, pentosele și hexosele au trei, cinci și, respectiv, șase coloane vertebrale de carbon.
Monosacaride comune
Glucoza (C6H12O6) este o monosacaridă comună și o sursă importantă de energie. În timpul respirației celulare, energia este eliberată din glucoză și această energie este utilizată pentru a ajuta la producerea adenozin trifosfatului (ATP). Plantele sintetizează glucoza folosind dioxidul de carbon și apa, iar glucoza, la rândul ei, este utilizată pentru cerințele energetice ale plantei.
Galactoza (un zahăr din lapte) și fructoza (care se găsește în fructe) sunt alte monosacaride comune. Deși glucoza, galactoza și fructoza au toate aceeași formulă chimică (C6H12O6), ele diferă din punct de vedere structural și stereochimic. Acest lucru le face să fie molecule diferite, în ciuda faptului că împart aceiași atomi în aceleași proporții, și toate sunt izomeri unul altuia, sau monosacaride izomere. Glucoza și galactoza sunt aldoze, iar fructoza este o cetoză.
Dizaharidele
Dizaharidele (di- = „două”) se formează atunci când două monosacaride suferă o reacție de deshidratare (cunoscută și sub numele de reacție de condensare sau sinteză de deshidratare). În timpul acestui proces, gruparea hidroxil a unei monosacaride se combină cu hidrogenul unei alte monosacaride, eliberând o moleculă de apă și formând o legătură covalentă. O legătură covalentă formată între o moleculă de carbohidrat și o altă moleculă (în acest caz, între două monosacaride) este cunoscută sub numele de legătură glicozidică. Legăturile glicozidice (numite și legături glicozidice) pot fi de tip alfa sau beta.
Dizaharide: Zaharoza se formează atunci când un monomer de glucoză și un monomer de fructoză se unesc într-o reacție de deshidratare pentru a forma o legătură glicozidică. În acest proces, se pierde o moleculă de apă. Prin convenție, atomii de carbon dintr-o monozaharidă sunt numerotați de la carbonul terminal cel mai apropiat de grupul carbonil. În zaharoză, se formează o legătură glicozidică între carbonul 1 din glucoză și carbonul 2 din fructoză.
Dizaharide comune
Dizaharidele comune includ lactoza, maltoza și zaharoza. Lactoza este o dizaharidă formată din monomerii glucoză și galactoză. Se găsește în mod natural în lapte. Maltoza, sau zahărul din malț, este o dizaharidă formată printr-o reacție de deshidratare între două molecule de glucoză. Cea mai frecventă dizaharidă este zaharoza, sau zahărul de masă, care este compusă din monomerii glucoză și fructoză.
Polizaharide
Un lanț lung de monosaharide legate prin legături glicozidice este cunoscut sub numele de polizaharidă (poly- = „multe”). Lanțul poate fi ramificat sau nebranșat și poate conține diferite tipuri de monosacaride. Amidonul, glicogenul, celuloza și chitina sunt exemple primare de polizaharide.
Plantele sunt capabile să sintetizeze glucoza, iar excesul de glucoză este stocat sub formă de amidon în diferite părți ale plantei, inclusiv în rădăcini și semințe. Amidonul este forma stocată a zaharurilor în plante și este alcătuit din monomeri de glucoză care sunt uniți prin legături glicozidice α1-4 sau 1-6. Amidonul din semințe oferă hrană pentru embrion pe măsură ce acesta germinează, în timp ce amidonul consumat de oameni este descompus de enzime în molecule mai mici, cum ar fi maltoza și glucoza. Celulele pot absorbi apoi glucoza.
Polizaharide comune
Glicogenul este forma de stocare a glucozei la om și la alte vertebrate. Este alcătuit din monomeri de glucoză. Glicogenul este echivalentul animal al amidonului și este o moleculă foarte ramificată, stocată de obicei în celulele hepatice și musculare. Ori de câte ori nivelul de glucoză din sânge scade, glicogenul este descompus pentru a elibera glucoza într-un proces cunoscut sub numele de glicogenoliză.
Celuloza este cel mai abundent biopolimer natural. Peretele celular al plantelor este alcătuit în cea mai mare parte din celuloză și asigură suportul structural al celulei. Celuloza este alcătuită din monomeri de glucoză care sunt legați prin legături β 1-4 glicozidice. Fiecare alt monomer de glucoză din celuloză este răsturnat, iar monomerii sunt împachetați strâns sub forma unor lanțuri lungi și extinse. Acest lucru conferă celulozei rigiditatea și rezistența ridicată la tracțiune – care este atât de importantă pentru celulele plantelor.
Polizaharide: În celuloză, monomerii de glucoză sunt legați în lanțuri neramificate prin legături glicozidice β 1-4. Din cauza modului în care sunt unite subunitățile de glucoză, fiecare monomer de glucoză este răsturnat în raport cu următorul, rezultând o structură liniară, fibroasă.
Funcția carbohidraților
Carbohidrații îndeplinesc diverse funcții la diferite animale. Artropodele au un schelet exterior, exoscheletul, care le protejează părțile interne ale corpului. Acest exoschelet este alcătuit din chitină, care este un polizaharid care conține azot. Acesta este alcătuit din unități repetitive de N-acetil-β-d-glucozamină, un zahăr modificat. Chitina este, de asemenea, o componentă majoră a pereților celulari ai ciupercilor.
.