تتكون جميع الكربوهيدرات من "وحدات" فردية، وهي السكريات. حسب القدرةالتحلل المائيعلىالمونومراتيتم تقسيم الكربوهيدراتإلى مجموعتين: بسيطة ومعقدة. تسمى الكربوهيدرات التي تحتوي على وحدة واحدةالسكريات الأحادية, وحدتين -السكريات الثنائية, من وحدتين إلى عشر وحدات –السكريات قليلة التعدد, وأكثر من عشرة -السكريات.
السكريات الأحادية إنها تزيد نسبة السكر في الدم بسرعة ولها مؤشر نسبة السكر في الدم مرتفع، ولهذا يطلق عليها أيضًا اسم الكربوهيدرات السريعة. تذوب بسهولة في الماء ويتم تصنيعها في النباتات الخضراء.
تسمى الكربوهيدرات المكونة من 3 وحدات أو أكثرمعقد. الأطعمة الغنية بالكربوهيدرات المعقدة تزيد مستويات الجلوكوز تدريجيًا ولها مؤشر نسبة السكر في الدم منخفض، ولهذا السبب تسمى أيضًا بالكربوهيدرات البطيئة. الكربوهيدرات المعقدة هي نتاج تكثيف السكريات البسيطة (السكريات الأحادية)، وعلى عكس السكريات البسيطة، في عملية الانقسام المائي يمكن أن تتحلل إلى مونومرات، وتشكل المئات والآلافجزيئاتالسكريات الأحادية.
الأيزومرية الفراغية للسكريات الأحادية: ايزومرجلسرالديهيدحيث، عند عرض النموذج على مستوى، فإن مجموعة OH الموجودة في ذرة الكربون غير المتماثلة الموجودة على الجانب الأيمن تعتبر عادةً D-glyceraldehyde، وتعتبر صورة المرآة هي L-glyceraldehyde. تنقسم جميع أيزومرات السكريات الأحادية إلى أشكال D وL بناءً على تشابه موقع مجموعة OH عند آخر ذرة كربون غير متماثلة بالقرب من CH 2 مجموعات OH (تحتوي الكيتوزات على ذرة كربون غير متماثلة أقل من الألدوزات التي لها نفس العدد من ذرات الكربون). طبيعيسداسي – الجلوكوز, الفركتوز, مانوزوالجلاكتوز- حسب تكويناتها الكيميائية الفراغية يتم تصنيفها على أنها مركبات من السلسلة D.
السكريات – اسم شائعفئة من الكربوهيدرات المعقدة عالية الجزيئية،جزيئاتوالتي تتكون من العشرات أو المئات أو الآلافالمونومرات – السكريات الأحادية. من وجهة نظر المبادئ العامةهيكل في مجموعة السكريات، فمن الممكن التمييز بين عديدات السكاريد المتجانسة المصنعة من نفس النوع من وحدات السكريات الأحادية وعديدات السكاريد غير المتجانسة، والتي تتميز بوجود نوعين أو أكثر من المخلفات الأحادية.
https :// رو . ويكيبيديا . ORG / ويكي /الكربوهيدرات
1.6. الدهون - التسميات والبنية. تعدد الأشكال الدهنية.
الدهون – مجموعة كبيرة من المركبات العضوية الطبيعية ومنها الدهون والمواد الشبيهة بالدهون. تتكون جزيئات الدهون البسيطة من الكحول والأحماض الدهنيةمعقدة - من الكحول والأحماض الدهنية عالية الجزيئية والمكونات الأخرى.
تصنيف الدهون
الدهون البسيطة هي الدهون التي تشمل الكربون (C) والهيدروجين (H) والأكسجين (O) في بنيتها.
الدهون المعقدة هي الدهون التي تشتمل في بنيتها، بالإضافة إلى الكربون (C) والهيدروجين (H) والأكسجين (O)، على عناصر كيميائية أخرى. في أغلب الأحيان: الفوسفور (P)، الكبريت (S)، النيتروجين (N).
https:// رو. ويكيبيديا. ORG/ ويكي/الدهون
الأدب:
1) Cherkasova L. S.، Merezhinsky M. F.، استقلاب الدهون والدهون، مينسك، 1961؛
2) ماركمان آل، كيمياء الدهون، ج. 12، طاش، 1963 – 70؛
3) Tyutyunnikov B.N.، كيمياء الدهون، M.، 1966؛
4) ماهلر ج.، كوردس ك.، أساسيات الكيمياء البيولوجية، ترجمة. من الإنجليزية، م، 1970.
1.7. الأغشية البيولوجية. أشكال تجميع الدهون. مفهوم الحالة البلورية السائلة. الانتشار الجانبي والتخبط.
الأغشية إنها تحدد السيتوبلازم من البيئة، وتشكل أيضًا أغلفة النوى والميتوكوندريا والبلاستيدات. وهي تشكل متاهة من الشبكة الإندوبلازمية والحويصلات المسطحة المكدسة التي تشكل مجمع جولجي. تشكل الأغشية الجسيمات الحالة، وفجوات كبيرة وصغيرة من الخلايا النباتية والفطرية، وفجوات نابضة من الأوليات. كل هذه الهياكل عبارة عن مقصورات (مقصورات) مخصصة لعمليات ودورات متخصصة معينة. لذلك، بدون أغشية يكون وجود الخلية مستحيلا.
مخطط هيكل الغشاء: أ – نموذج ثلاثي الأبعاد؛ ب – صورة مستوية.
1- البروتينات الملاصقة للطبقة الدهنية (A) المغمورة فيها (B) أو المخترقة لها (C)؛ 2 – طبقات من جزيئات الدهون. 3 – البروتينات السكرية. 4 – جليكوليبيدات. 5 – قناة محبة للماء، تعمل كمسام.
المهام الأغشية البيولوجيةالأتى:
1) تحدد محتويات الخلية من البيئة الخارجية ومحتويات العضيات من السيتوبلازم.
2) توفير نقل المواد من وإلى الخلية من السيتوبلازم إلى العضيات وبالعكس.
3) تعمل كمستقبلات (استقبال وتحويل الإشارات من البيئة، والتعرف على المواد الخلوية، وما إلى ذلك).
4) وهي عوامل حفازة (توفر عمليات كيميائية قريبة من الغشاء).
5) المشاركة في تحويل الطاقة.
http:// sbio. معلومات/ صفحة. بي أتش بي? بطاقة تعريف=15
الانتشار الجانبي هي الحركة الحرارية الفوضوية لجزيئات الدهون والبروتين في مستوى الغشاء. أثناء الانتشار الجانبي، تغير جزيئات الدهون القريبة أماكنها فجأة، ونتيجة لهذه القفزات المتعاقبة من مكان إلى آخر، يتحرك الجزيء على طول سطح الغشاء.
تم تحديد حركة الجزيئات على طول سطح غشاء الخلية بمرور الوقت بشكل تجريبي باستخدام طريقة ملصقات الفلورسنت - المجموعات الجزيئية الفلورية. تجعل ملصقات الفلورسنت الجزيئات تتألق، ويمكن دراسة حركتها على طول سطح الخلية، على سبيل المثال، من خلال الدراسة تحت المجهر المعدل الذي تنتشر به بقعة الفلورسنت الناتجة عن هذه الجزيئات على سطح الخلية.
نعال الشاطئ هو انتشار جزيئات الفسفوليبيد الغشائية عبر الغشاء.
تم تحديد سرعة قفز الجزيئات من سطح الغشاء إلى سطح آخر (flip-flop) بواسطة طريقة تسمية الدوران في التجارب على الأغشية الدهنية النموذجية - الجسيمات الشحمية.
تم تمييز بعض جزيئات الفسفوليبيد التي تشكلت منها الجسيمات الشحمية بعلامات دوران ملحقة بها. تعرضت الجسيمات الشحمية لحمض الأسكوربيك، ونتيجة لذلك اختفت الإلكترونات غير المتزاوجة على الجزيئات: أصبحت الجزيئات البارامغناطيسية ذات مغناطيسية مزدوجة، والتي يمكن اكتشافها من خلال انخفاض المنطقة الواقعة تحت منحنى طيف EPR.
وبالتالي، فإن قفزات الجزيئات من سطح الطبقة الثنائية إلى سطح آخر (التخبط) تحدث بشكل أبطأ بكثير من القفزات أثناء الانتشار الجانبي. متوسط الوقت الذي يتقلب فيه جزيء الفوسفوليبيد (T ~ ساعة واحدة) أكبر بعشرات مليارات المرات من متوسط الوقت المميز لجزيء يقفز من مكان إلى آخر في مستوى الغشاء.
مفهوم الحالة البلورية السائلة
الصلبة يمكن أن يكون مثلبلوري ، لذاعديم الشكل. في الحالة الأولى، يوجد ترتيب بعيد المدى في ترتيب الجسيمات على مسافات أكبر بكثير من المسافات بين الجزيئات (الشبكة البلورية). وفي الثانية، لا يوجد ترتيب بعيد المدى في ترتيب الذرات والجزيئات.
الفرق بين جسم غير متبلوروالسائل لا يتكون في وجود أو عدم وجود نظام بعيد المدى، بل في طبيعة حركة الجزيئات. تقوم جزيئات السوائل والمواد الصلبة بحركات تذبذبية (دورانية في بعض الأحيان) حول موضع التوازن. وبعد مرور بعض الوقت المتوسط ("مدة الحياة المستقرة")، تقفز الجزيئات إلى موضع توازن آخر. والفرق هو أن "مدة الحياة المستقرة" في السائل أقل بكثير منها في الحالة الصلبة.
تكون الأغشية الدهنية ثنائية الطبقة سائلة في ظل الظروف الفسيولوجية؛ و"مدة الحياة المستقرة" لجزيء الدهون الفوسفورية في الغشاء هي 10 −7 – 10 −8 مع.
الجزيئات الموجودة في الغشاء لا تتوضع بشكل عشوائي، بل يتم ملاحظة ترتيب بعيد المدى في ترتيبها. توجد جزيئات الفوسفوليبيد في طبقة ثنائية، وذيولها الكارهة للماء متوازية تقريبًا مع بعضها البعض. هناك أيضًا ترتيب في اتجاه الرؤوس القطبية المحبة للماء.
تسمى الحالة الفسيولوجية التي يوجد فيها نظام بعيد المدى في التوجه المتبادل وترتيب الجزيئات، ولكن حالة التجميع سائلة،حالة الكريستال السائل. لا يمكن أن تتشكل البلورات السائلة في جميع المواد، بل في المواد من "الجزيئات الطويلة" (التي تكون أبعادها العرضية أصغر من الأبعاد الطولية). يمكن أن توجد هياكل بلورية سائلة مختلفة: خيطية (خيطية)، عندما تكون الجزيئات الطويلة موجهة بالتوازي مع بعضها البعض؛ لزج - الجزيئات متوازية مع بعضها البعض ومرتبة في طبقات؛ شمولي - توجد الجزيئات بالتوازي مع بعضها البعض في نفس المستوى، ولكن في مستويات مختلفة يكون اتجاه الجزيئات مختلفًا.
http:// شبكة الاتصالات العالمية. com.tudfiles. رو/ معاينة/1350293/
الأدب: على ال. ليميزا، إل.في. كامليوك، إن.دي. ليسوف. "دليل علم الأحياء للمتقدمين للجامعات."
1.8. احماض نووية. القواعد الحلقية غير المتجانسة، النيوكليوسيدات، النيوكليوتيدات، التسميات. التركيب المكاني للأحماض النووية - DNA، RNA (tRNA، rRNA، mRNA). الريبوسومات ونواة الخلية. طرق تحديد البنية الأولية والثانوية احماض نووية(التسلسل والتهجين).
احماض نووية – البوليمرات الحيوية للكائنات الحية المحتوية على الفوسفور، مما يوفر التخزين والنقل معلومات وراثية.
الأحماض النووية هي البوليمرات الحيوية. وتتكون جزيئاتها الكبيرة من وحدات متكررة، والتي تمثلها النيوكليوتيدات. وقد تم تسميتهم منطقيامتعدد النيوكليوتيدات. واحدة من الخصائص الرئيسية للأحماض النووية هو تكوين النوكليوتيدات الخاصة بها. يشمل تكوين النوكليوتيدات (وحدة هيكلية للأحماض النووية).ثلاثة مكونات:
– قاعدة نيتروجينية. قد يكون بيريميدين والبيورين. تحتوي الأحماض النووية على أربعة أنواع مختلفة من القواعد: اثنان منها ينتميان إلى فئة البيورينات واثنان إلى فئة البيريميدين.
– بقايا حمض الفوسفوريك.
– السكريات الأحادية - الريبوز أو 2-ديوكسيريبوز. السكر الذي هو جزء من النوكليوتيدات يحتوي على خمس ذرات كربون، أي. هو البنتوز. اعتمادا على نوع البنتوز الموجود في النوكليوتيدات، يتم التمييز بين نوعين من الأحماض النووية- الأحماض النووية الريبية (RNA)، التي تحتوي على الريبوز، والأحماض النووية الريبية منقوص الأكسجين (DNA)، تحتوي على ديوكسيريبوز.
النوكليوتيدات وهو في جوهره عبارة عن استر فوسفور للنيوكليوزيد.يحتوي على نوكليوزيد يتكون من مكونين: سكر أحادي (الريبوز أو ديوكسي ريبوز) وقاعدة نيتروجينية.
http :// sbio . معلومات / صفحة . بي أتش بي ? بطاقة تعريف =11
قواعد النيتروجين – حلقية غير متجانسةالمركبات العضوية، مشتقاتهابيريميدينوبورينامتضمن فياحماض نووية. للاختصار استخدم الحروف الكبيرة بأحرف لاتينية. وتشمل القواعد النيتروجينيةالأدينين(أ)،جوانين(ز)،السيتوزين(C) والتي توجد في كل من DNA و RNA.تيمين(T) جزء من الحمض النووي فقط، واليوراسيل(U) يحدث فقط في الحمض النووي الريبي (RNA).
الكربوهيدرات
بالانتقال إلى النظر في المواد العضوية، لا يسع المرء إلا أن يلاحظ أهمية الكربون للحياة. عند الدخول في التفاعلات الكيميائية، يشكل الكربون روابط تساهمية قوية، ويتقاسم أربعة إلكترونات. ذرات الكربون، التي تتصل ببعضها البعض، قادرة على تكوين سلاسل وحلقات مستقرة تعمل بمثابة الهياكل العظمية للجزيئات الكبيرة. يمكن للكربون أيضًا أن يشكل روابط تساهمية متعددة مع ذرات الكربون الأخرى، وكذلك مع النيتروجين والأكسجين. توفر كل هذه الخصائص تنوعًا فريدًا من الجزيئات العضوية.
يتم تصنيع الجزيئات الكبيرة، التي تشكل حوالي 90% من كتلة الخلية المجففة، من جزيئات أبسط تسمى المونومرات. هناك ثلاثة أنواع رئيسية من الجزيئات الكبيرة: السكريات والبروتينات والأحماض النووية. مونومراتها هي على التوالي السكريات الأحادية والأحماض الأمينية والنيوكليوتيدات.
الكربوهيدرات هي مواد لها الصيغة العامة C x (H 2 O) y، حيث x و y أعداد طبيعية. يشير اسم "الكربوهيدرات" إلى أن نسبة الهيدروجين والأكسجين في جزيئاتها متساوية كما في الماء.
الخلايا الحيوانية لا تحتوي على عدد كبير منالكربوهيدرات، وفي النباتات - ما يقرب من 70٪ من إجمالي كمية المواد العضوية.
تلعب السكريات الأحادية دور المنتجات الوسيطة في عمليات التنفس والتمثيل الضوئي، وتشارك في تخليق الأحماض النووية والإنزيمات المساعدة وATP والسكريات، وتعمل على إطلاقها أثناء الأكسدة أثناء التنفس. تحتوي مشتقات السكريات الأحادية - كحولات السكر، وأحماض السكر، والسكريات منزوعة الأكسجين، والسكريات الأمينية - على مهمفي عملية التنفس، وتستخدم أيضًا في تخليق الدهون والحمض النووي والجزيئات الكبيرة الأخرى.
تتكون السكريات الثنائية من تفاعل التكثيف بين اثنين من السكريات الأحادية. في بعض الأحيان يتم استخدامها كمواد مغذية احتياطية. وأكثرها شيوعًا هي المالتوز (الجلوكوز + الجلوكوز)، واللاكتوز (الجلوكوز + الجالاكتوز) والسكروز (الجلوكوز + الفركتوز). وجدت فقط في الحليب. (قصب السكر) الأكثر شيوعاً في النباتات؛ وهذا هو نفس "السكر" الذي نأكله عادة.
السليلوز هو أيضًا بوليمر الجلوكوز. ويحتوي على حوالي 50% من الكربون الموجود في النباتات. بواسطة الحجم الكليعلى الأرض، يحتل السليلوز المرتبة الأولى بين مركبات العضوية. يضمن شكل الجزيء (سلاسل طويلة ذات مجموعات OH بارزة) التصاقًا قويًا بين السلاسل المتجاورة. على الرغم من قوتها، فإن الماكروفيبريلات المكونة من هذه السلاسل تسمح بسهولة بمرور الماء والمواد المذابة فيها، وبالتالي تكون بمثابة مادة بناء مثالية لجدران الخلية النباتية. السليلوز هو مصدر قيم للجلوكوز، ولكن تحلله يتطلب إنزيم السليلوز، وهو نادر نسبيا في الطبيعة. ولذلك، فإن بعض الحيوانات فقط (على سبيل المثال، الحيوانات المجترة) تستهلك السليلوز كغذاء. تعتبر الأهمية الصناعية للسليلوز كبيرة أيضًا - حيث تُصنع الأقمشة القطنية والورق من هذه المادة.
الخواص الكيميائيةتعتمد الخلايا التي تتكون منها الكائنات الحية بشكل أساسي على عدد ذرات الكربون، التي تشكل ما يصل إلى 50% من الكتلة الجافة. توجد ذرات الكربون في المواد العضوية الرئيسية: البروتينات والأحماض النووية والدهون والكربوهيدرات. ل المجموعة الأخيرةتشمل مركبات الكربون والماء المقابلة للصيغة (CH 2 O) n، حيث n تساوي أو أكبر من ثلاثة. بالإضافة إلى الكربون والهيدروجين والأكسجين، قد تحتوي الجزيئات على ذرات الفوسفور والنيتروجين والكبريت. وفي هذا المقال سندرس دور الكربوهيدرات في جسم الإنسان، وكذلك مميزات تركيبها وخصائصها ووظائفها.
تصنيف
تنقسم هذه المجموعة من المركبات في الكيمياء الحيوية إلى ثلاث فئات: السكريات البسيطة (السكريات الأحادية)، ومركبات البوليمر ذات الرابطة الجليكوسيدية - السكريات القليلة، والبوليمرات الحيوية ذات الوزن الجزيئي العالي - السكريات. تم العثور على مواد الفئات المذكورة أعلاه في أنواع مختلفة من الخلايا. على سبيل المثال، يوجد النشا والجلوكوز في الهياكل النباتية، ويوجد الجليكوجين في خلايا الكبد البشرية وجدران الخلايا الفطرية، ويوجد الكيتين في الهيكل الخارجي للمفصليات. جميع المواد المذكورة أعلاه هي الكربوهيدرات. دور الكربوهيدرات في الجسم عالمي. وهي المورد الرئيسي للطاقة للمظاهر الحيوية للبكتيريا والحيوانات والبشر.
السكريات الأحادية
لديهم صيغة عامة C n H 2 n O n ويتم تقسيمهم إلى مجموعات اعتمادًا على عدد ذرات الكربون في الجزيء: ثلاثيات، رباعيات، بنتوزات، وما إلى ذلك. متضمنة عضيات الخليةوالسيتوبلازم، السكريات البسيطة لها اثنان التكوينات المكانية: دوري وخطي. في الحالة الأولى ترتبط ذرات الكربون ببعضها البعض بواسطة روابط سيجما تساهمية وتشكل دورات مغلقة، وفي الحالة الثانية يكون هيكل الكربون غير مغلق وقد يكون له فروع. لتحديد دور الكربوهيدرات في الجسم، دعونا نفكر في أكثرها شيوعًا - البنتوس والسداسي.
الأيزومرات: الجلوكوز والفركتوز
لديهم نفس الصيغة الجزيئية C 6 H 12 O 6، ولكنها مختلفة وجهات النظر الهيكليةجزيئات. سبق أن ذكرنا الدور الرئيسي للكربوهيدرات في الكائن الحي - الطاقة. يتم تقسيم المواد المذكورة أعلاه بواسطة الخلية. ونتيجة لذلك، يتم إطلاق الطاقة (17.6 كيلوجول من جرام واحد من الجلوكوز). وبالإضافة إلى ذلك، يتم تصنيع 36 جزيء ATP. يحدث انهيار الجلوكوز على أغشية (أعراف) الميتوكوندريا وهو عبارة عن سلسلة التفاعلات الأنزيمية- دورة كريبس. وهي الحلقة الأهم في التباين التي تحدث في جميع خلايا الكائنات حقيقية النواة غير ذاتية التغذية دون استثناء.
يتشكل الجلوكوز أيضًا في الخلايا العضلية للثدييات بسبب انهيار احتياطيات الجليكوجين في الأنسجة العضلية. وفي المستقبل يتم استخدامه كمادة سهلة التحلل، حيث أن تزويد الخلايا بالطاقة هو الدور الرئيسي للكربوهيدرات في الجسم. النباتات عبارة عن نباتات ضوئية وتنتج الجلوكوز الخاص بها أثناء عملية التمثيل الضوئي. تسمى هذه التفاعلات بدورة كالفين. المادة الأولية هي ثاني أكسيد الكربون، والمستقبل هو ثنائي فوسفات الريبولوز. يحدث تخليق الجلوكوز في مصفوفة البلاستيدات الخضراء. يحتوي الفركتوز، الذي له نفس الصيغة الجزيئية للجلوكوز، على مجموعة كيتون وظيفية في الجزيء. وهو أحلى من الجلوكوز ويوجد في العسل وفي عصير التوت والفواكه. هكذا، الدور البيولوجيالكربوهيدرات في الجسم هو في المقام الأول لاستخدامها مصدر سريعالحصول على الطاقة.
دور البنتوس في الوراثة
دعونا نتناول مجموعة أخرى من السكريات الأحادية - الريبوز وديوكسيريبوز. يكمن تفردها في حقيقة أنها جزء من البوليمرات - الأحماض النووية. بالنسبة لجميع الكائنات الحية، بما في ذلك أشكال الحياة غير الخلوية، فإن DNA و RNA هما الناقلان الرئيسيان للمعلومات الوراثية. تم العثور على الريبوز في جزيئات الحمض النووي الريبي (RNA)، ويوجد الديوكسيريبوز في نيوكليوتيدات الحمض النووي (DNA). وبالتالي، فإن الدور البيولوجي للكربوهيدرات في جسم الإنسان هو أنها تشارك في تكوين وحدات الوراثة - الجينات والكروموسومات.
أمثلة على البنتوسيس التي تحتوي على مجموعة الألدهيداتوالشائعة في النباتية، الزيلوز (الموجود في السيقان والبذور)، ألفا أرابينوز (الموجود في صمغ أشجار الفاكهة ذات النواة الحجرية). وبالتالي التوزيع والدور البيولوجي للكربوهيدرات في الجسم نباتات أعلىكبيرة بما يكفي.
ما هي السكريات قليلة
إذا كانت بقايا جزيئات السكريات الأحادية، مثل الجلوكوز أو الفركتوز، مرتبطة الروابط التساهمية، ثم تتشكل السكريات قليلة التعدد - كربوهيدرات البوليمر. دور الكربوهيدرات في جسم كل من النباتات والحيوانات متنوع. هذا ينطبق بشكل خاص على السكريات الثنائية. وأكثرها شيوعًا السكروز واللاكتوز والمالتوز والتريهالوز. وهكذا، يوجد السكروز، أو ما يسمى بسكر القصب، في النباتات على شكل محلول ويتم تخزينه في جذورها أو سيقانها. نتيجة للتحلل المائي، يتم تشكيل جزيئات الجلوكوز والفركتوز. هو من أصل حيواني. يعاني بعض الأشخاص من عدم تحمل هذه المادة بسبب نقص إفراز إنزيم اللاكتاز، الذي يكسر سكر الحليب إلى الجالاكتوز والجلوكوز. يتنوع دور الكربوهيدرات في حياة الجسم. على سبيل المثال، يعتبر ثنائي السكاريد طرهالوز، الذي يتكون من بقايا الجلوكوز، جزءًا من الدملمف في القشريات والعناكب والحشرات. ويوجد أيضًا في خلايا الفطريات وبعض الطحالب.
يوجد ثنائي السكاريد الآخر، المالتوز، أو سكر الشعير، في حبوب الجاودار أو الشعير أثناء الإنبات وهو جزيء يتكون من بقايا الجلوكوز. ويتكون نتيجة لتحلل النشا النباتي أو الحيواني. في الأمعاء الدقيقة للإنسان والثدييات، يتم تكسير المالتوز بواسطة إنزيم المالتاز. في غيابه في عصير البنكرياس، يحدث علم الأمراض بسبب عدم تحمل الجليكوجين أو نشا النبات في الأطعمة. في هذه الحالة، يتم استخدام نظام غذائي خاص ويضاف الإنزيم نفسه إلى النظام الغذائي.
الكربوهيدرات المعقدة في الطبيعة
وهي منتشرة على نطاق واسع، وخاصة في عالم النبات، وهي بوليمرات حيوية ولها وزن جزيئي كبير. على سبيل المثال، في النشا هو 800000، وفي السليلوز - 1600000. تختلف السكريات في تكوين المونومرات، ودرجة البلمرة، وطول السلاسل. على عكس السكريات البسيطة والسكريات قليلة التعدد، القابلة للذوبان بدرجة عالية في الماء ولها طعم حلو، فإن السكريات عديدة كارهة للماء ولا طعم لها. دعونا نفكر في دور الكربوهيدرات في جسم الإنسان باستخدام مثال الجليكوجين - النشا الحيواني. يتم تصنيعه من الجلوكوز ويتم حجزه في خلايا الكبد وخلايا العضلات والهيكل العظمي، حيث يكون محتواه ضعف ما هو موجود في الكبد. الأنسجة الدهنية تحت الجلد والخلايا العصبية والبلاعم قادرة أيضًا على إنتاج الجليكوجين. هناك عديد السكاريد الآخر، وهو نشا النبات، وهو نتاج عملية التمثيل الضوئي ويتشكل في البلاستيدات الخضراء.
منذ البداية الحضارة الإنسانيةكان الموردون الرئيسيون للنشا هم المحاصيل الزراعية القيمة: الأرز والبطاطس والذرة. فهي لا تزال أساس النظام الغذائي للغالبية العظمى من سكان العالم. هذا هو السبب في أن الكربوهيدرات ذات قيمة كبيرة. دور الكربوهيدرات في الجسم، كما نرى، هو استخدامها كمواد عضوية كثيفة الاستهلاك للطاقة وسريعة الهضم.
هناك مجموعة من السكريات التي تكون مونومراتها عبارة عن بقايا حمض الهيالورونيك. يطلق عليهم البكتين وهي مواد هيكلية للخلايا النباتية. قشور التفاح ولب البنجر غنية بشكل خاص بها. المواد الخلوية البكتين تنظم الضغط داخل الخلايا - التورم. في صناعة الحلويات، يتم استخدامها كعوامل تبلور ومكثفات في إنتاج أعشاب من الفصيلة الخبازية ومربى البرتقال عالية الجودة. في التغذية الغذائية يتم استخدامها بيولوجيا المواد الفعالةيزيل السموم من الأمعاء الغليظة بشكل جيد.
ما هي الجليكوليبيدات
هذه مجموعة مثيرة للاهتمام من المركبات المعقدة من الكربوهيدرات والدهون الموجودة في الأنسجة العصبية. يتكون من الرأس و الحبل الشوكيالثدييات. تم العثور على الجليكوليبيدات أيضًا في أغشية الخلايا. على سبيل المثال، في البكتيريا تشارك بعض هذه المركبات في المستضدات (المواد التي تكشف فصائل الدم في نظام لاندشتاينر AB0). في خلايا الحيوانات والنباتات والبشر، بالإضافة إلى الجليكوليبيدات، هناك أيضا جزيئات مستقلةسمين يؤدون في المقام الأول وظيفة الطاقة. عندما يتم تكسير جرام واحد من الدهون، يتم إطلاق 38.9 كيلوجول من الطاقة. تتميز الدهون أيضًا بوظيفة هيكلية (فهي جزء من أغشية الخلايا). وبالتالي، يتم تنفيذ هذه الوظائف عن طريق الكربوهيدرات والدهون. دورهم في الجسم مهم للغاية.
دور الكربوهيدرات والدهون في الجسم
في الخلايا البشرية والحيوانية، يمكن ملاحظة التحولات المتبادلة للسكريات والدهون التي تحدث نتيجة لعملية التمثيل الغذائي. وجد خبراء التغذية أن الإفراط في تناول الأطعمة النشوية يؤدي إلى تراكم الدهون. إذا كان الشخص يعاني من مشاكل في البنكرياس من حيث إفراز الأميليز أو يعيش نمط حياة خامل، فقد يزيد وزنه بشكل ملحوظ. تجدر الإشارة إلى أن الأطعمة الغنية بالكربوهيدرات يتم تقسيمها بشكل أساسي الاثنا عشريإلى الجلوكوز. يتم امتصاصه عن طريق الشعيرات الدموية في زغابات الأمعاء الدقيقة ويترسب في الكبد والعضلات على شكل جليكوجين. كلما زادت كثافة عملية التمثيل الغذائي في الجسم، كلما زاد نشاطها إلى الجلوكوز. ثم يتم استخدامه من قبل الخلايا باعتباره الرئيسي مادة حيوية. هذه المعلومةبمثابة إجابة لسؤال ما هو الدور الذي تلعبه الكربوهيدرات في جسم الإنسان.
أهمية البروتينات السكرية
يتم تمثيل مركبات هذه المجموعة من المواد بمركب الكربوهيدرات + البروتين. وتسمى أيضًا جليكوكونجوجاتس. هذه هي الأجسام المضادة والهرمونات والهياكل الغشائية. أثبتت أحدث الأبحاث البيوكيميائية: إذا بدأت البروتينات السكرية في تغيير بنيتها الأصلية (الطبيعية)، فإن ذلك يؤدي إلى تطور أمراض معقدة مثل الربو، التهاب المفصل الروماتويدي، سرطان. دور الجليكوكونجوجاتس في استقلاب الخلايا عظيم. وبالتالي، فإن الإنترفيرون يمنع تكاثر الفيروسات، والجلوبيولين المناعي يحمي الجسم من العوامل المسببة للأمراض. تنتمي بروتينات الدم أيضًا إلى هذه المجموعة من المواد. أنها توفر خصائص الحماية والتخزين المؤقت. يتم تأكيد جميع الوظائف المذكورة أعلاه من خلال حقيقة أن الدور الفسيولوجي للكربوهيدرات في الجسم متنوع ومهم للغاية.
أين وكيف تتكون الكربوهيدرات؟
الموردون الرئيسيون للسكريات البسيطة والمعقدة هم النباتات الخضراء: الطحالب، والأبواغ العليا، وعاريات البذور، والنباتات المزهرة. تحتوي جميعها على صبغة الكلوروفيل في خلاياها. وهو جزء من الثايلاكويدات - هياكل البلاستيدات الخضراء. درس العالم الروسي K. A Timiryazev عملية التمثيل الضوئي، مما يؤدي إلى تكوين الكربوهيدرات. ويتمثل دور الكربوهيدرات في جسم النبات في تراكم النشا في الفواكه والبذور والبصيلات، أي في الأعضاء الخضرية. آلية التمثيل الضوئي معقدة للغاية وتتكون من سلسلة من التفاعلات الأنزيمية التي تحدث في الضوء والظلام. يتم تصنيع الجلوكوز من ثاني أكسيد الكربونتحت تأثير الانزيمات. تستخدم الكائنات غير المتجانسة النباتات الخضراء كمصدر للغذاء والطاقة. وبالتالي فإن النباتات هي الحلقة الأولى في كل شيء وتسمى المنتجين.
في خلايا الكائنات غيرية التغذية، يتم تصنيع الكربوهيدرات على قنوات ناعمة (غير حبيبية). الشبكة الأندوبلازمية. ثم يتم استخدامها كطاقة ومواد بناء. في الخلايا النباتية، يتم تشكيل الكربوهيدرات بالإضافة إلى ذلك في مجمع جولجي، ثم تنتقل إلى تشكيل جدار الخلية السليلوز. أثناء عملية هضم الفقاريات، يتم تقسيم المركبات الغنية بالكربوهيدرات جزئيًا إلى تجويف الفموالمعدة. تحدث تفاعلات التباين الرئيسية في الاثني عشر. يفرز عصير البنكرياس الذي يحتوي على إنزيم الأميليز الذي يحلل النشا إلى جلوكوز. كما ذكرنا سابقًا، يتم امتصاص الجلوكوز في الدم في الأمعاء الدقيقة ويتم توزيعه على جميع الخلايا. هنا يتم استخدامه كمصدر للطاقة و مادة هيكلية. وهذا ما يفسر الدور الذي تلعبه الكربوهيدرات في الجسم.
مجمعات الغشاء العلوي للخلايا غيرية التغذية
وهي مميزة للحيوانات والفطريات. التركيب الكيميائيو التنظيم الجزيئييتم تمثيل هذه الهياكل بمركبات مثل الدهون والبروتينات والكربوهيدرات. دور الكربوهيدرات في الجسم هو المشاركة في بناء الأغشية. تحتوي الخلايا البشرية والحيوانية على مكون هيكلي خاص يسمى الجليكالوكسي. تتكون هذه الطبقة السطحية الرقيقة من السكريات والبروتينات السكرية المرتبطة بها تذكر الذكريات. يوفر التواصل المباشر بين الخلايا و بيئة خارجية. يحدث هنا أيضًا تصور التهيج والهضم خارج الخلية. بفضل غلافها الكربوهيدراتي، تلتصق الخلايا ببعضها لتشكل الأنسجة. وتسمى هذه الظاهرة الالتصاق. ودعنا نضيف أيضًا أن "ذيول" جزيئات الكربوهيدرات تقع فوق سطح الخلية ويتم توجيهها إلى السائل الخلالي.
تمتلك مجموعة أخرى من الكائنات غيرية التغذية، وهي الفطريات، جهازًا سطحيًا يسمى جدار الخلية. ويشمل السكريات المعقدة - الكيتين والجليكوجين. تحتوي بعض أنواع الفطر أيضًا على كربوهيدرات قابلة للذوبان مثل تريهالوز، والذي يسمى سكر الفطر.
في الحيوانات وحيدة الخلية، مثل الهدبيات، تحتوي الطبقة السطحية، أي الحبيبة، أيضًا على مجمعات من السكريات قليلة التعدد مع البروتينات والدهون. في بعض الأوليات، تكون الحبيبة رقيقة جدًا ولا تتداخل مع التغيير في شكل الجسم. وفي حالات أخرى يتكاثف ويصبح قويًا مثل الصدفة التي تؤدي وظيفة وقائية.
جدار الخلية النباتية
كما أنها تحتوي على كميات كبيرة من الكربوهيدرات، وخاصة السليلوز، والتي تتجمع على شكل حزم من الألياف. تشكل هذه الهياكل إطارًا مضمنًا في مصفوفة غروانية. وهو يتألف بشكل رئيسي من قليل السكريات والسكريات. جدران الخلايا زرع الخلاياقد تصبح خشنة. في هذه الحالة، يتم ملء الفراغات بين حزم السليلوز بكربوهيدرات أخرى - اللجنين. أنه يعزز الوظائف الداعمة لغشاء الخلية. في كثير من الأحيان، وخاصة في النباتات الخشبية المعمرة، الطبقة الخارجية، التي تتكون من السليلوز، مغطاة بمادة تشبه الدهون - سوبرين. يمنع الماء من دخول أنسجة النبات، لذلك تموت الخلايا الأساسية بسرعة وتصبح مغطاة بطبقة من الفلين.
وبتلخيص ما سبق، نرى أن الكربوهيدرات والدهون مترابطة بشكل وثيق في جدار الخلية النباتية. من الصعب التقليل من دورها في جسم الصور الضوئية، حيث توفر مجمعات الجليكوليبيد الدعم و وظائف الحماية. دعونا ندرس مجموعة متنوعة من الكربوهيدرات المميزة للكائنات الحية في مملكة دروبيانكا. وهذا يشمل بدائيات النوى، وخاصة البكتيريا. يحتوي جدارها الخلوي على كربوهيدرات - مورين. اعتمادا على هيكل الجهاز السطحي، وتنقسم البكتيريا إلى إيجابية الجرام وسالبة الجرام.
هيكل المجموعة الثانية أكثر تعقيدًا. تحتوي هذه البكتيريا على طبقتين: بلاستيكية وصلبة. الأول يحتوي على عديدات السكاريد المخاطية، مثل المورين. تبدو جزيئاتها وكأنها هياكل شبكية كبيرة تشكل كبسولة حول الخلية البكتيرية. وتتكون الطبقة الثانية من الببتيدوغليكان، وهو مركب من السكريات والبروتينات.
تسمح عديدات السكاريد الدهنية الموجودة في جدار الخلية للبكتيريا بالالتصاق بقوة بالركائز المختلفة، مثل مينا الأسنان أو غشاء الخلايا حقيقية النواة. بالإضافة إلى ذلك، تعمل الجليكوليبيدات على تعزيز التصاق الخلايا البكتيرية ببعضها البعض. بهذه الطريقة، على سبيل المثال، يتم تشكيل سلاسل العقديات ومجموعات المكورات العنقودية، علاوة على ذلك، تحتوي بعض أنواع بدائيات النوى على غشاء مخاطي إضافي - بيبلوس. يحتوي على السكريات ويمكن تدميره بسهولة تحت تأثير المواد القاسية التعرض للإشعاعأو التواصل مع البعض مواد كيميائية، على سبيل المثال المضادات الحيوية.
الخصائص العامة وهيكل وخصائص الكربوهيدرات.
الكربوهيدرات - هذه كحولات متعددة الهيدرات تحتوي بالإضافة إلى مجموعات الكحول على مجموعة ألدهيد أو كيتو.
اعتمادا على نوع المجموعة في الجزيء، يتم التمييز بين الألدوز والكيتوز.
تنتشر الكربوهيدرات على نطاق واسع في الطبيعة، خاصة في عالم النبات، حيث تشكل 70-80% من كتلة المادة الجافة للخلايا. في جسم الحيوان، يمثلون حوالي 2٪ فقط من وزن الجسم، لكن دورهم هنا لا يقل أهمية.
يمكن تخزين الكربوهيدرات على شكل نشا في النباتات وجليكوجين في جسم الحيوان والإنسان. وتستخدم هذه الاحتياطيات حسب الحاجة. في جسم الإنسان، يتم ترسيب الكربوهيدرات بشكل رئيسي في الكبد والعضلات، وهي مستودعها.
من بين المكونات الأخرى لجسم الحيوانات العليا والبشر، تمثل الكربوهيدرات 0.5٪ من وزن الجسم. ومع ذلك، الكربوهيدرات لديها أهمية عظيمةللجسم. هذه المواد، جنبا إلى جنب مع البروتينات في النموذج البروتيوغليكانتشكل أساس النسيج الضام. البروتينات المحتوية على الكربوهيدرات (البروتينات السكرية والبروتينات المخاطية) – عنصرمخاط الجسم (وظائف وقائية ومغلفة)، وبروتينات نقل البلازما ومناعيا المركبات النشطة(المواد الخاصة بفصيلة الدم). تعمل بعض الكربوهيدرات بمثابة "وقود احتياطي" للكائنات الحية للحصول على الطاقة.
وظائف الكربوهيدرات:
طاقة – تعتبر الكربوهيدرات أحد مصادر الطاقة الرئيسية للجسم، حيث توفر ما لا يقل عن 60% من تكاليف الطاقة. بالنسبة لنشاط الدماغ وخلايا الدم ونخاع الكلى، يتم توفير كل الطاقة تقريبًا من خلال أكسدة الجلوكوز. عند الانهيار الكامل، يتم إطلاق 1 جرام من الكربوهيدرات 4.1 سعرة حرارية/مول(17.15 كيلوجول/مول) من الطاقة.
بلاستيك – الكربوهيدرات أو مشتقاتها توجد في جميع خلايا الجسم. وهي جزء من الأغشية البيولوجية وعضيات الخلايا، وتشارك في تكوين الإنزيمات والبروتينات النووية، وما إلى ذلك. في النباتات، تعمل الكربوهيدرات بشكل أساسي كمواد داعمة.
محمي – الإفرازات اللزجة (المخاط)، التي تفرزها الغدد المختلفة، غنية بالكربوهيدرات أو مشتقاتها (عديدات السكاريد المخاطية، وغيرها). إنها تحمي الجدران الداخلية للأعضاء المجوفة في الجهاز الهضمي والممرات الهوائية من التأثيرات الميكانيكية والكيميائية واختراق الميكروبات المسببة للأمراض.
تنظيمية – يحتوي غذاء الإنسان على كمية كبيرة من الألياف، التي يسبب تركيبها الخشن تهيجاً ميكانيكياً للغشاء المخاطي للمعدة والأمعاء، وبالتالي يشارك في تنظيم عمل التمعج.
محدد – تؤدي الكربوهيدرات الفردية وظائف خاصة في الجسم: فهي تشارك في توصيل النبضات العصبية، وتكوين الأجسام المضادة، وضمان خصوصية فصائل الدم، وما إلى ذلك.
تحدد الأهمية الوظيفية للكربوهيدرات الحاجة إلى تزويد الجسم بهذه العناصر الغذائية. يبلغ متوسط الاحتياجات اليومية من الكربوهيدرات للشخص 400 - 450 جرامًا مع مراعاة العمر ونوع العمل والجنس وبعض العوامل الأخرى.
التكوين الابتدائي. تتكون الكربوهيدرات مما يلي العناصر الكيميائية: الكربون والهيدروجين والأكسجين. معظم الكربوهيدرات لها الصيغة العامة C n (H 2 O ) n، والكربوهيدرات عبارة عن مركبات تتكون من الكربون والماء، وهو أساس اسمها. ومع ذلك، من بين الكربوهيدرات هناك مواد لا تتوافق مع الصيغة المحددة، على سبيل المثال، رامنوز C 6 H 12 O 5، وما إلى ذلك، ومن المعروف أن المواد التي يتوافق تكوينها مع الصيغة العامة للكربوهيدرات، ولكن من حيث من خصائصها أنها لا تنتمي إليها (حمض الخليك C2H12O2). لذلك، فإن اسم "الكربوهيدرات" تعسفي تمامًا ولا يتوافق دائمًا التركيب الكيميائيهذه المواد.
الكربوهيدرات- هذه مواد عضوية عبارة عن ألدهيدات أو كيتونات من كحولات متعددة الهيدرات.
السكريات الأحادية
السكريات الأحادية هي كحولات أليفاتية متعددة الهيدرات تحتوي على مجموعة ألدهيد (ألدوز) أو مجموعة كيتو (كيتوز).
السكريات الأحادية هي مواد صلبة بلورية قابلة للذوبان في الماء ولها طعم حلو. في ظل ظروف معينة، تتأكسد بسهولة، ونتيجة لذلك يتم تحويل كحولات الألدهيد إلى أحماض، ونتيجة لذلك يتم تحويل كحولات الألدهيد إلى أحماض، وعند الاختزال - إلى الكحولات المقابلة.
الخواص الكيميائية للسكريات الأحادية :
الأكسدة إلى الأحماض الأحادية والثنائية الكربوكسيلية والجليكورونيك.
الحد من الكحوليات.
تشكيل استرات.
تشكيل جليكوسيدات.
التخمير: كحولي، حامض اللبنيك، حامض الستريك وحامض البيوتيريك.
السكريات الأحادية التي لا يمكن تحللها إلى سكريات أبسط. يعتمد نوع السكاريد الأحادي على طول السلسلة الهيدروكربونية. اعتمادًا على عدد ذرات الكربون، يتم تقسيمها إلى ثلاثية، ورباعية، وبنتوسية، وسداسية.
الثلاثيات: جليسرالديهيد وثنائي هيدروكسي أسيتون، وهما منتجات وسيطة لتحلل الجلوكوز ويشاركان في تخليق الدهون. يمكن تحضير كلا الثلاثيات من كحول الجلسرين عن طريق نزع الهيدروجين أو الهدرجة.
رباعيات:إريثروز – يشارك بنشاط في عمليات التمثيل الغذائي.
بنتوس: الريبوز وديوكسي ريبوز من مكونات الأحماض النووية، والريبولوز والزيلولوز هما منتجات وسيطة لأكسدة الجلوكوز.
سداسي: يتم تمثيلها على نطاق واسع في عالم الحيوان والنبات وتلعب دورًا كبيرًا في عمليات التمثيل الغذائي. وتشمل هذه الجلوكوز والجلاكتوز والفركتوز، الخ.
الجلوكوز (سكر العنب) . وهو الكربوهيدرات الرئيسي للنباتات والحيوانات. يتم تفسير الدور المهم للجلوكوز بحقيقة أنه المصدر الرئيسي للطاقة، ويشكل الأساس للعديد من السكريات والسكريات، ويشارك في الحفاظ على الضغط الأسموزي. يتم تنظيم نقل الجلوكوز إلى الخلايا في العديد من الأنسجة بواسطة هرمون الأنسولين البنكرياسي. في خلية خلال مراحل متعددة التفاعلات الكيميائيةيتم تحويل الجلوكوز إلى مواد أخرى (تُستخدم المنتجات الوسيطة التي تتشكل أثناء تحلل الجلوكوز في تخليق الأحماض الأمينية والدهون)، والتي تتأكسد في النهاية إلى ثاني أكسيد الكربون والماء، مما يؤدي إلى إطلاق الطاقة التي يستخدمها الجسم لدعم الحياة. عادة ما يتم استخدام مستوى الجلوكوز في الدم للحكم على حالة استقلاب الكربوهيدرات في الجسم. عندما ينخفض مستوى الجلوكوز في الدم أو يرتفع تركيزه ويتعذر استخدامه كما يحدث مع مرض السكري، يحدث النعاس وقد يحدث فقدان الوعي (غيبوبة نقص السكر في الدم). إن معدل دخول الجلوكوز إلى أنسجة المخ والكبد لا يعتمد على الأنسولين ويتم تحديده فقط من خلال تركيزه في الدم. وتسمى هذه الأنسجة مستقلة عن الأنسولين. وبدون وجود الأنسولين، لن يدخل الجلوكوز إلى الخلية ولن يستخدم كوقود.
الجالاكتوز. أيزومر مكاني للجلوكوز، يختلف في موقع مجموعة OH عند ذرة الكربون الرابعة. وهو جزء من اللاكتوز وبعض السكريات والجليكوليبيدات. يمكن أن يتحول الجالاكتوز إلى جلوكوز (في الكبد والغدة الثديية).
الفركتوز (سكر الفاكهة). ويوجد بكميات كبيرة في النباتات وخاصة الفواكه. ويوجد بكثرة في الفواكه وبنجر السكر والعسل. يتصاوغ بسهولة إلى الجلوكوز. يكون مسار تحلل الفركتوز أقصر وأكثر ملاءمة من حيث الطاقة من مسار الجلوكوز. على عكس الجلوكوز، فإنه يمكن أن يخترق الدم إلى خلايا الأنسجة دون مشاركة الأنسولين. لهذا السبب، يوصى بالفركتوز باعتباره المصدر الأكثر أمانًا للكربوهيدرات لمرضى السكر. يدخل بعض الفركتوز إلى خلايا الكبد، التي تحوله إلى "وقود" أكثر تنوعًا - الجلوكوز، لذلك يمكن للفركتوز أيضًا أن يزيد مستويات السكر في الدم، وإن كان بدرجة أقل بكثير من السكريات البسيطة الأخرى.
بواسطة التركيب الكيميائيالجلوكوز والجلاكتوز عبارة عن كحول ألدهيد، والفركتوز هو كحول كيتوني. الاختلافات في بنية الجلوكوز والفركتوز تميز أيضًا الاختلافات في بعض خصائصها. يقوم الجلوكوز باختزال المعادن من أكاسيدها، بينما لا يمتلك الفركتوز هذه الخاصية. يتم امتصاص الفركتوز من الأمعاء بمعدل أبطأ بحوالي مرتين من امتصاص الجلوكوز.
عند أكسدة ذرة الكربون السادسة في جزيء السداسي، أحماض الهيكسورونيك (اليورونيك). : من الجلوكوز - الجلوكورونيك، من الجالاكتوز - galacturonic.
حامض سكري يلعب دورًا نشطًا في عمليات التمثيل الغذائي في الجسم، على سبيل المثال في تحييد المنتجات السامة، وهو جزء من عديدات السكاريد المخاطية، وما إلى ذلك. وتتمثل وظيفته في أنه يتحد في مكونات عضوية منخفضة مع المواد التي تكون ضعيفة الذوبان في الماء. ونتيجة لذلك، تصبح المادة المرتبطة قابلة للذوبان في الماء وتفرز في البول. طريق الإزالة هذا مهم بشكل خاص للمياهالهرمونات الستيرويدية القابلة للذوبان، ومنتجات تحللها، و أيضًا لإطلاق منتجات تكسير المواد الطبية.بدون التفاعل مع حمض الجلوكورونيك، يتم تعطيل المزيد من تحلل وإطلاق الصبغات الصفراوية من الجسم.
قد تحتوي السكريات الأحادية على مجموعة أمينية .
عند استبدال مجموعة OH من ذرة الكربون الثانية في جزيء الهكسوز بمجموعة أمينية، يتم تشكيل السكريات الأمينية - الهكسوزامين: يتم تصنيع الجلوكوزامين من الجلوكوز، ويتم تصنيع الجالاكتوزامين من الجالاكتوز، والتي هي جزء من أغشية الخلايا والأغشية المخاطيةالسكريات سواء في شكل حر أو بالاشتراك مع حمض الخليك.
السكريات الأمينية وتسمى السكريات الأحادية ذلكبدلاً من مجموعة OH توجد مجموعة أمينية (-ن ح 2).
السكريات الأمينية هي العنصر الأكثر أهمية الجليكوزامينوجليكان.
السكريات الأحادية تشكل استرات . مجموعة OH من جزيء أحادي السكاريد؛ مثل أي كحول يمكن أن تتفاعل المجموعة مع الحمض. في هذه الأثناء تبادلاسترات السكر لها أهمية كبيرة. لتشغيلهفي عملية التمثيل الغذائي، يجب أن يصبح السكراستر الفوسفور. في هذه الحالة، تتم فسفرة ذرات الكربون الطرفية. بالنسبة للسداسيات فهي C-1 وC-6، وبالنسبة للبنتوس فهي C-1 وC-5، وما إلى ذلك. ألمأكثر من مجموعتين من OH لا تخضع للفسفرة. ولذلك، فإن الدور الرئيسي يلعبه أحادي وثنائي فوسفات السكريات. باسميشير إستر الفوسفور عادةً إلى موضع رابطة الإستر.
السكريات قليلة التعدد
السكريات قليلة التعدد تحتوي على اثنين أو أكثرالسكريات الأحادية. وهي موجودة في الخلايا والسوائل البيولوجية، سواء في شكل حر أو بالاشتراك مع البروتينات. تعتبر السكريات ذات أهمية كبيرة للجسم: السكروز، المالتوز، اللاكتوز، إلخ. تؤدي هذه الكربوهيدرات وظيفة الطاقة. من المفترض أنهم، كجزء من الخلايا، يشاركون في عملية "التعرف" على الخلايا.
السكروز(البنجر أو قصب السكر). يتكون من جزيئات الجلوكوز والفركتوز. هي تكون هو منتج نباتي وأهم مكوناتهيتميز الطعام بأنه أحلى طعمًا مقارنة بالسكريات الثنائية والجلوكوز الأخرى.
نسبة السكروز في السكر 95%. يتحلل السكر بسرعة الجهاز الهضمييتم امتصاص الجلوكوز والفركتوز في الدم ويعملان كمصدر للطاقة وأهم سلائف الجليكوجين والدهون. ويطلق عليه غالباً "حامل السعرات الحرارية الفارغة"، لأن السكر عبارة عن كربوهيدرات نقية ولا يحتوي على عناصر غذائية أخرى، مثل الفيتامينات والأملاح المعدنية.
اللاكتوز(سكر الحليب)يتكون من الجلوكوز والجلاكتوز، ويتم تصنيعهما في الغدد الثديية أثناء الرضاعة.في الجهاز الهضمي يتم تكسيره بواسطة إنزيم اللاكتاز. يؤدي نقص هذا الإنزيم إلى عدم تحمل الحليب لدى بعض الأشخاص. يحدث نقص هذا الإنزيم في حوالي 40% من السكان البالغين. يعتبر اللاكتوز غير المهضوم مفيدًا العناصر الغذائيةللبكتيريا المعوية. في هذه الحالة، من الممكن تكوين غازات وفيرة، والمعدة "تتضخم". في منتجات الحليب المخمر معظميتم تخمير اللاكتوز إلى حمض اللاكتيك، لذلك يمكن للأشخاص الذين يعانون من نقص اللاكتاز أن يتحملوا منتجات الحليب المخمر دون عواقب غير سارة. بالإضافة إلى ذلك، تعمل بكتيريا حمض اللاكتيك الموجودة في منتجات الحليب المخمر على قمع نشاط البكتيريا المعوية وتقليل الآثار الضارة لللاكتوز.
المالتوز يتكون من موجزيئات الجلوكوز وهو المكون الهيكلي الرئيسي للنشا والجليكوجين.
السكريات
السكريات - الكربوهيدرات ذات الوزن الجزيئي العالي،تتكون من عدد كبير من السكريات الأحادية. لديهم خصائص محبة للماء، وعندما تذوب في الماء، تشكل محاليل غروية.
وتنقسم السكريات إلى هومو وهيتعديدات السكاريد.
عديدات السكاريد المتجانسة. يحتوي على السكريات الأحادية نعم نوع واحد فقط . صيام الجاك والنشا والجليكوجينمصنوعة فقط من جزيئات الجلوكوز، الأنسولين - الفركتوز. عديدات السكاريد المتجانسة متفرعة للغاية هيكل وخليط من اثنينالكلس - الأميلوز والأميلوبكتين. يتكون الأميلوز من 60-300 بقايا جلوكوز مرتبطة به سلسلة خطية باستخدام جسر الأكسجين،تتشكل بين ذرة الكربون الأولى لجزيء واحد وذرة الكربون الرابعة لجزيء آخر (رابطة 1,4).
أميلوزوهو قابل للذوبان في الماء الساخن ويعطي اللون الأزرق مع اليود.
أميلوبكتين - بوليمر متفرع يتكون من سلاسل غير متفرعة (1,4 رابطة) وسلاسل متفرعة تتشكل بسبب الروابط بين ذرة الكربون الأولى لجزيء الجلوكوز وذرة الكربون السادسة لجزيء آخر بمساعدة جسر الأكسجين (1 ،6 السندات).
ممثلو عديدات السكاريد المتجانسة هي النشا والألياف والجليكوجين.
نشاء(السكريات النباتية)- يتكون من عدة آلاف من بقايا الجلوكوز، 10-20% منها أميلوز، و80-90% أميلوبكتين. النشا غير قابل للذوبان في ماء باردوعندما يكون ساخناً يشكل محلولاً غروانياً يسمى معجون النشا في الحياة اليومية. يمثل النشا ما يصل إلى 80٪ من الكربوهيدرات المستهلكة في الطعام. مصدر النشا هو المنتجات النباتية، وخاصة الحبوب: الحبوب والدقيق والخبز والبطاطس. تحتوي الحبوب على معظم النشا (من 60% في الحنطة السوداء (النواة) إلى 70% في الأرز).
السليلوزأو السليلوز،- أكثر أنواع الكربوهيدرات النباتية شيوعًا على وجه الأرض، وينتج بكمية تقارب 50 كجم لكل ساكن على وجه الأرض. الألياف عبارة عن عديد السكاريد الخطي الذي يتكون من 1000 أو أكثر من بقايا الجلوكوز. وفي الجسم، تشارك الألياف في تنشيط حركة المعدة والأمعاء، وتحفز إفراز العصارات الهضمية، وتخلق الشعور بالشبع.
الجليكوجين(النشا الحيواني)هي الكربوهيدرات المخزنة الرئيسية في جسم الإنسان، وتتكون من حوالي 30.000 بقايا جلوكوز هيكل متفرع. تتراكم أهم كميات الجليكوجين في الكبد والأنسجة العضلية، بما في ذلك عضلة القلب. وظيفة الجليكوجين العضلي هي أنه مصدر متاح بسهولة للجلوكوز المستخدم في عمليات الطاقة في العضلات نفسها. يستخدم الجليكوجين في الكبد للحفاظ على تركيزات الجلوكوز في الدم الفسيولوجية، في المقام الأول بين الوجبات. وبعد 12 إلى 18 ساعة من تناول الطعام، ينضب مخزون الجليكوجين في الكبد بالكامل تقريبًا. يتناقص محتوى الجليكوجين العضلي بشكل ملحوظ فقط بعد ممارسة التمارين الطويلة والمضنية. عمل بدني. عندما يكون هناك نقص في الجلوكوز، فإنه يتحلل بسرعة ويستعيد مستواه الطبيعي في الدم. في الخلايا، يرتبط الجليكوجين بالبروتين السيتوبلازمي وجزئيًا بالأغشية داخل الخلايا.
عديدات السكاريد المتغايرة (الجليكوزامينوجليكان أو عديدات السكاريد المخاطية) (تشير البادئة "muco-" إلى أنها مشتقة لأول مرة من الميوسين). وهي تتكون من أنواع مختلفة من السكريات الأحادية (الجلوكوز، الجالاكتوز) ومشتقاتها (السكريات الأمينية، والأحماض الهيكسورونيك). كما تم العثور على مواد أخرى في تركيبها: القواعد النيتروجينية، الأحماض العضويةوبعض الآخرين.
الجليكوزامينوجليكان وهي مواد لزجة تشبه الهلام. يؤدون وظائف مختلفة فيبما في ذلك الهيكلية والوقائية والتنظيمية وما إلى ذلك. على سبيل المثال، يشكل الجليكوزامينوجليكان الجزء الأكبر من المادة بين الخلايا للأنسجة وهي جزء من الجلد والغضاريف والسائل الزليلي والجسم الزجاجي للعين. توجد في الجسم مع البروتينات (البروتيوغليكان والجليكوبروتيدات) والدهون (الجليكوليبيدات)، حيث تمثل السكريات الجزء الأكبر من الجزيء (ما يصل إلى 90٪ أو أكثر). ما يلي مهم للجسم.
حمض الهيالورونيك- الجزء الرئيسي من المادة بين الخلايا، وهو نوع من "الأسمنت البيولوجي"، الذي يربط الخلايا، ويملأ المساحة بين الخلايا بأكملها. كما أنه يعمل بمثابة مرشح بيولوجي يحبس الميكروبات ويمنع تغلغلها في الخلية، ويشارك في تبادل الماء في الجسم.
تجدر الإشارة إلى أن حمض الهيالورونيك يتحلل تحت تأثير إنزيم معين، الهيالورونيداز. في هذه الحالة، يتم انتهاك بنية المادة بين الخلايا، وتتشكل "شقوق" في تركيبتها، مما يؤدي إلى زيادة نفاذيتها للماء والمواد الأخرى. وهذا مهم في عملية تلقيح البويضة بواسطة الحيوانات المنوية الغنية بهذا الإنزيم. تحتوي بعض البكتيريا أيضًا على الهيالورونيداز، مما يسهل بشكل كبير اختراقها للخلية.
X كبريتات الأندرويتين- تعمل أحماض الكبريتيك الكوندرويتين كمكونات هيكلية للغضاريف والأربطة وصمامات القلب والحبل السري وما إلى ذلك. فهي تعزز ترسب الكالسيوم في العظام.
الهيبارينيتشكل في الخلايا البدينة الموجودة في الرئتين والكبد والأعضاء الأخرى، ويتم إطلاقه في الدم والبيئة بين الخلايا. في الدم، يرتبط بالبروتينات ويمنع تخثر الدم، ويعمل كمضاد للتخثر. بالإضافة إلى ذلك، للهيبارين تأثير مضاد للالتهابات، ويؤثر على استقلاب البوتاسيوم والصوديوم، ويؤدي وظيفة مضادة لنقص الأكسجين.
مجموعة خاصة من الجليكوزامينوجليكان هي مركبات تحتوي على أحماض النورامينيك ومشتقات الكربوهيدرات. تسمى مركبات حمض النورامينيك مع حمض الأسيتيك بالأحماض الأوبالية. تم العثور عليها في أغشية الخلاياواللعاب وغيرها السوائل البيولوجية.
§ 1. تصنيف ووظائف الكربوهيدرات
حتى في العصور القديمة، تعرفت البشرية على الكربوهيدرات وتعلمت كيفية استخدامها في طعامها الحياة اليومية. القطن والكتان والخشب والنشا والعسل وقصب السكر ليست سوى بعض من الكربوهيدرات التي لعبت دورًا مهمًا في تطور الحضارة. تعتبر الكربوهيدرات من بين المركبات العضوية الأكثر شيوعًا في الطبيعة. وهي مكونات لا يتجزأ من خلايا أي كائن حي، بما في ذلك البكتيريا والنباتات والحيوانات. في النباتات، تمثل الكربوهيدرات 80-90٪ من الكتلة الجافة، وفي الحيوانات - حوالي 2٪ من وزن الجسم. يتم تصنيعها من ثاني أكسيد الكربون والماء بواسطة النباتات الخضراء باستخدام الطاقة ضوء الشمس (البناء الضوئي ). المعادلة الكيميائية العامة لهذه العملية هي:
يتم بعد ذلك تحويل الجلوكوز والكربوهيدرات البسيطة الأخرى إلى المزيد الكربوهيدرات المعقدةعلى سبيل المثال النشا والسليلوز. تستخدم النباتات هذه الكربوهيدرات لإطلاق الطاقة من خلال عملية التنفس. هذه العملية هي في الأساس عكس عملية التمثيل الضوئي:
ومن المثير للاهتمام أن نعرف! تمتص النباتات الخضراء والبكتيريا سنويًا ما يقرب من 200 مليار طن من ثاني أكسيد الكربون من الغلاف الجوي من خلال عملية التمثيل الضوئي. في هذه الحالة، يتم إطلاق حوالي 130 مليار طن من الأكسجين في الغلاف الجوي ويتم تصنيع 50 مليار طن من مركبات الكربون العضوية، وخاصة الكربوهيدرات.
الحيوانات غير قادرة على تصنيع الكربوهيدرات من ثاني أكسيد الكربون والماء. من خلال تناول الكربوهيدرات مع الطعام، تستخدم الحيوانات الطاقة المتراكمة فيها للحفاظ على العمليات الحيوية. محتوى عاليتتميز الكربوهيدرات بأنواع طعامنا مثل المخبوزات والبطاطس والحبوب وما إلى ذلك.
اسم "الكربوهيدرات" تاريخي. تم وصف الممثلين الأوائل لهذه المواد صيغة ملخصة C m H 2 n O n أو C m (H 2 O) n. اسم آخر للكربوهيدرات هو الصحراء - يفسر بالطعم الحلو لأبسط الكربوهيدرات. من حيث تركيبها الكيميائي، الكربوهيدرات هي مجموعة معقدة ومتنوعة من المركبات. من بينها هناك عدد غير قليل اتصالات بسيطةبوزن جزيئي يبلغ حوالي 200، وبوليمرات عملاقة، الكتلة الجزيئيةوالتي تصل إلى عدة ملايين. إلى جانب ذرات الكربون والهيدروجين والأكسجين، قد تحتوي الكربوهيدرات على ذرات الفوسفور والنيتروجين والكبريت، وعناصر أخرى أقل شيوعًا.
تصنيف الكربوهيدرات
يمكن تقسيم جميع الكربوهيدرات المعروفة إلى قسمين مجموعات كبيرة – الكربوهيدرات البسيطة و الكربوهيدرات المعقدة. وتتكون مجموعة منفصلة من البوليمرات المختلطة التي تحتوي على الكربوهيدرات، على سبيل المثال، البروتينات السكرية- معقد مع جزيء البروتين، جليكوليبيدات –معقدة مع الدهون، الخ.
الكربوهيدرات البسيطة (السكريات الأحادية أو السكريات الأحادية) هي مركبات متعددة الهيدروكسي كربونيل غير قادرة على تكوين جزيئات كربوهيدرات أبسط عند التحلل المائي. إذا كانت السكريات الأحادية تحتوي على مجموعة ألدهيد، فإنها تنتمي إلى فئة الألدوز (كحولات الألدهيد)، وإذا كانت تحتوي على مجموعة الكيتون، فإنها تنتمي إلى فئة الكيتوزيات (كحولات الكيتو). اعتمادًا على عدد ذرات الكربون في جزيء السكاريد الأحادي، يتم التمييز بين ثلاثيات (C 3)، ورباعي (C 4)، وخماسي (C 5)، وسداسي (C 6)، وما إلى ذلك:
المركبات الأكثر شيوعًا الموجودة في الطبيعة هي البنتوزات والهكسوزات.
معقدالكربوهيدرات ( السكريات، أو بقعة شعر بيضاء) عبارة عن بوليمرات مبنية من بقايا السكريات الأحادية. عندما تتحلل، فإنها تشكل الكربوهيدرات البسيطة. اعتمادًا على درجة البلمرة، يتم تقسيمها إلى وزن جزيئي منخفض ( قليلات السكاريد، درجة البلمرة التي عادة ما تكون أقل من 10) و وزن جزيئي مرتفع. السكريات قليلة التعدد هي كربوهيدرات شبيهة بالسكر قابلة للذوبان في الماء ولها طعم حلو. بناءً على قدرتها على تقليل أيونات المعادن (Cu 2+، Ag +)، يتم تقسيمها إلى التصالحيةو غير التصالحية. يمكن أيضًا تقسيم السكريات، اعتمادًا على تركيبها، إلى مجموعتين: عديدات السكاريد المتجانسةو عديدات السكاريد المتغايرة. يتم بناء عديدات السكاريد المتجانسة من بقايا السكريات الأحادية من نفس النوع، ويتم بناء عديدات السكاريد غير المتجانسة من بقايا السكريات الأحادية المختلفة.
ما ورد أعلاه مع أمثلة للممثلين الأكثر شيوعًا لكل مجموعة من الكربوهيدرات يمكن عرضه في الرسم البياني التالي:
وظائف الكربوهيدرات
الوظائف البيولوجية للسكريات متنوعة للغاية.
وظيفة الطاقة والتخزين
تحتوي الكربوهيدرات على الجزء الأكبر من السعرات الحرارية التي يستهلكها الإنسان من خلال الطعام. الكربوهيدرات الرئيسية التي يتم توفيرها مع الطعام هي النشا. وهو موجود في منتجات المخبزالبطاطس كجزء من الحبوب. يحتوي النظام الغذائي البشري أيضًا على الجليكوجين (في الكبد واللحوم)، والسكروز (كمضافات إلى أطباق مختلفة)، والفركتوز (في الفواكه والعسل)، واللاكتوز (في الحليب). يجب أن يتم تحلل السكريات، قبل أن يمتصها الجسم، بمساعدة الإنزيمات الهاضمة إلى سكريات أحادية. فقط في هذا الشكل يتم امتصاصهم في الدم. مع مجرى الدم، تدخل السكريات الأحادية إلى الأعضاء والأنسجة، حيث يتم استخدامها لتصنيع الكربوهيدرات الخاصة بها أو غيرها من المواد، أو يتم تفكيكها لاستخراج الطاقة منها.
يتم تخزين الطاقة المنطلقة نتيجة لتحلل الجلوكوز في شكل ATP. هناك عمليتان لتحلل الجلوكوز: اللاهوائية (في غياب الأكسجين) والهوائية (في وجود الأكسجين). نتيجة للعملية اللاهوائية، يتم تشكيل حمض اللبنيك
والتي في شديدة النشاط البدنييتراكم في العضلات ويسبب الألم.
نتيجة للعملية الهوائية، يتأكسد الجلوكوز إلى أول أكسيد الكربون (IV) والماء:
نتيجة للتحلل الهوائي للجلوكوز، يتم إطلاق طاقة أكبر بكثير من نتيجة التحلل اللاهوائي. بشكل عام، أكسدة 1 جرام من الكربوهيدرات تطلق 16.9 كيلوجول من الطاقة.
قد يخضع الجلوكوز ل التخمر الكحولي. تتم هذه العملية بواسطة الخميرة تحت الظروف اللاهوائية:
يستخدم التخمير الكحولي على نطاق واسع في الصناعة لإنتاج النبيذ والكحول الإيثيلي.
لم يتعلم الإنسان استخدام التخمير الكحولي فحسب، بل وجد أيضًا استخدام تخمير حمض اللاكتيك، على سبيل المثال، للحصول على منتجات حمض اللاكتيك والخضروات المخللة.
لا توجد إنزيمات في جسم الإنسان أو الحيوان يمكنها تحليل السليلوز مائيًا، ومع ذلك، فإن السليلوز هو المكون الرئيسي لغذاء العديد من الحيوانات، وخاصة الحيوانات المجترة. في معدة هذه الحيوانات كميات كبيرةيحتوي على البكتيريا والأوالي التي تنتج الإنزيم السليوليز، تحفيز التحلل المائي للسليلوز إلى الجلوكوز. يمكن أن يخضع الأخير لمزيد من التحولات، ونتيجة لذلك يتم تشكيل أحماض الزبدة والخليك والبروبيونيك، والتي يمكن امتصاصها في دم الحيوانات المجترة.
تؤدي الكربوهيدرات أيضًا وظيفة احتياطية. وهكذا النشا والسكروز والجلوكوز في النباتات و الجليكوجينفي الحيوانات هم احتياطي الطاقة لخلاياهم.
الوظائف الهيكلية والدعم والحماية
السليلوز في النباتات و الكيتينفي اللافقاريات والفطريات تؤدي وظائف الدعم والحماية. تشكل السكريات كبسولة في الكائنات الحية الدقيقة، وبالتالي تقوية الغشاء. توفر عديدات السكاريد الدهنية للبكتيريا والبروتينات السكرية الموجودة على سطح الخلايا الحيوانية انتقائية للتفاعل بين الخلايا والتفاعلات المناعية للجسم. يعمل الريبوز كمادة بناء للحمض النووي الريبوزي (RNA)، وديوكسيريبوز للحمض النووي (DNA).
يؤدي وظيفة وقائية الهيبارين. هذه الكربوهيدرات، كونها مثبطًا لتخثر الدم، تمنع تكوين جلطات الدم. وهو موجود في الدم والأنسجة الضامة للثدييات. جدران الخلايا البكتيرية التي تتكون من السكريات، والتي يتم ربطها معًا بواسطة سلاسل قصيرة من الأحماض الأمينية، تحمي الخلايا البكتيرية من التأثيرات الضارة. في القشريات والحشرات، تشارك الكربوهيدرات في بناء الهيكل الخارجي، الذي يؤدي وظيفة وقائية.
الوظيفة التنظيمية
تعمل الألياف على تعزيز حركة الأمعاء، وبالتالي تحسين عملية الهضم.
إن إمكانية استخدام الكربوهيدرات كمصدر للوقود السائل – الإيثانول – أمر مثير للاهتمام. مع لفترة طويلةكانوا يستخدمون الخشب لتدفئة منازلهم وطهي الطعام. في مجتمع حديثيتم استبدال هذا النوع من الوقود بأنواع أخرى - النفط والفحم، وهي أرخص وأكثر ملاءمة للاستخدام. ومع ذلك، فإن المواد الخام النباتية، على الرغم من بعض المضايقات في الاستخدام، على عكس النفط والفحم، هي مصدر متجدد للطاقة. لكن استخدامه في المحركات الاحتراق الداخليصعب. ولهذه الأغراض يفضل استخدام الوقود السائل أو الغاز. يمكن الحصول على الوقود السائل من الخشب أو القش أو المواد النباتية الأخرى التي تحتوي على السليلوز أو النشا منخفض الجودة - الإيثانول. للقيام بذلك، يجب عليك أولا تحلل السليلوز أو النشا للحصول على الجلوكوز:
ثم يتم إخضاع الجلوكوز الناتج للتخمير الكحولي لإنتاج الكحول الإيثيلي. وبعد تنقيته، يمكن استخدامه كوقود في محركات الاحتراق الداخلي. وتجدر الإشارة إلى أنه يتم في البرازيل لهذا الغرض إنتاج مليارات اللترات من الكحول سنويا من قصب السكر والذرة الرفيعة والكسافا واستخدامها في محركات الاحتراق الداخلي.