Всички въглехидрати са съставени от отделни „единици“, които са захариди. Според способносттахидролизаНамономеривъглехидратите се разделятна две групи: прости и сложни. Въглехидратите, съдържащи една единица, се наричатмонозахариди, две единици -дизахариди, от две до десет единици –олигозахариди, и повече от десет -полизахариди.
Монозахариди Те бързо повишават кръвната захар и имат висок гликемичен индекс, поради което се наричат още бързи въглехидрати. Лесно се разтварят във вода и се синтезират в зелени растения.
Въглехидратите, съставени от 3 или повече единици, се наричаткомплекс. Храните, богати на сложни въглехидрати, постепенно повишават нивото на глюкозата и имат нисък гликемичен индекс, поради което се наричат още бавни въглехидрати. Сложните въглехидрати са продукти на поликондензация на прости захари (монозахариди) и, за разлика от простите, в процеса на хидролитично разцепване те могат да се разлагат на мономери, образувайки стотици и хилядимолекулимонозахариди.
Стереоизомерия на монозахаридите: изомерглицералдехидв 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 огледалното изображение се счита за L-глицералдехид. Всички изомери на монозахаридите се разделят на D- и L-форми въз основа на сходството на местоположението на OH групата при последния асиметричен въглероден атом близо до CH 2 ОН групи (кетозите съдържат един асиметричен въглероден атом по-малко от алдозите със същия брой въглеродни атоми). Естественохексози – глюкоза, фруктоза, манозаИгалактоза– според техните стереохимични конфигурации те се класифицират като съединения от серия D.
полизахариди – често срещано имеклас сложни високомолекулни въглехидрати,молекуликоито се състоят от десетки, стотици или хилядимономери – монозахариди. От гледна точка основни принципиСтруктурата в групата на полизахаридите е възможно да се разграничат хомополизахаридите, синтезирани от същия тип монозахаридни единици, и хетерополизахаридите, които се характеризират с наличието на два или повече вида мономерни остатъци.
https :// ru . уикипедия . орг / wiki /Въглехидрати
1.6. Липиди - номенклатура и структура. Липиден полиморфизъм.
Липиди – голяма група естествени органични съединения, включително мазнини и мастноподобни вещества. Простите липидни молекули са съставени от алкохол имастни киселини, сложни - от алкохол, високомолекулни мастни киселини и други компоненти.
Класификация на липидите
Прости липиди са липиди, които включват въглерод (C), водород (H) и кислород (O) в тяхната структура.
Комплексни липиди са липиди, които включват в структурата си, освен въглерод (C), водород (H) и кислород (O), други химични елементи. Най-често: фосфор (P), сяра (S), азот (N).
https:// ru. уикипедия. орг/ wiki/Липиди
Литература:
1) Черкасова Л. С., Мережински М. Ф., Метаболизъм на мазнини и липиди, Минск, 1961 г.;
2) Markman A.L., Химия на липидите, c. 12, Таш., 1963 – 70;
3) Тютюнников B.N., Химия на мазнините, М., 1966;
4) Малер Г., Кордес К., Основи на биологичната химия, прев. от английски, М., 1970.
1.7. Биологични мембрани. Форми на липидна агрегация. Концепцията за течнокристално състояние. Странична дифузия и флип флоп.
Мембрани Те ограничават цитоплазмата от околната среда и също така образуват черупките на ядрата, митохондриите и пластидите. Те образуват лабиринт от ендоплазмен ретикулум и подредени сплескани везикули, които изграждат комплекса на Голджи. Мембраните образуват лизозоми, големи и малки вакуоли на растителни и гъбични клетки и пулсиращи вакуоли на протозои. Всички тези структури са отделения (отделения), предназначени за определени специализирани процеси и цикли. Следователно без мембрани съществуването на клетка е невъзможно.
Диаграма на структурата на мембраната: а – триизмерен модел; b – планарно изображение;
1 – протеини, съседни на липидния слой (А), потопени в него (В) или проникващи през него (С); 2 – слоеве липидни молекули; 3 – гликопротеини; 4 – гликолипиди; 5 – хидрофилен канал, функциониращ като пора.
Функции биологични мембраниследното:
1) Те разграничават съдържанието на клетката от външната среда и съдържанието на органелите от цитоплазмата.
2) Осигуряват транспорт на вещества в и извън клетката, от цитоплазмата до органелите и обратно.
3) Действат като рецептори (получават и преобразуват сигнали от околната среда, разпознават клетъчни вещества и др.).
4) Те са катализатори (осигуряващи близо до мембраната химични процеси).
5) Участвайте в преобразуването на енергия.
http:// sbio. инфо/ страница. php? документ за самоличност=15
Странична дифузия е хаотичното термично движение на липидните и протеиновите молекули в равнината на мембраната. По време на страничната дифузия близките липидни молекули рязко сменят местата си и в резултат на такива последователни скокове от едно място на друго молекулата се движи по повърхността на мембраната.
Движението на молекулите по повърхността на клетъчната мембрана във времето t се определя експериментално по метода на флуоресцентни етикети - флуоресцентни молекулни групи. Флуоресцентните етикети карат молекулите да флуоресцират, чието движение по клетъчната повърхност може да бъде изследвано, например чрез изследване под микроскоп на скоростта, с която флуоресцентно петно, създадено от такива молекули, се разпространява по клетъчната повърхност.
Джапанка е дифузия на мембранни фосфолипидни молекули през мембраната.
Скоростта на прескачане на молекулите от една повърхност на мембраната към друга (flip-flop) е определена по метода на spin label в експерименти върху моделни липидни мембрани - липозоми.
Някои от фосфолипидните молекули, от които са образувани липозоми, са маркирани със спинови етикети, прикрепени към тях. Липозомите бяха изложени на аскорбинова киселина, в резултат на което несдвоените електрони на молекулите изчезнаха: парамагнитните молекули станаха диамагнитни, което можеше да бъде открито чрез намаляване на площта под кривата на EPR спектъра.
По този начин прескачането на молекули от една повърхност на двойния слой към друга (тригер) се случва много по-бавно от скоковете по време на страничната дифузия. Средното време, след което фосфолипидната молекула се преобръща (T ~ 1 час) е десетки милиарди пъти по-голямо от средното време, характерно за прескачане на молекула от едно място на друго в равнината на мембраната.
Концепцията за течнокристално състояние
Твърдото може да бъде катокристален , такааморфен. В първия случай има ред на дълги разстояния в подреждането на частиците на разстояния, много по-големи от междумолекулните разстояния (кристална решетка). Във втория няма ред на далечни разстояния в подреждането на атомите и молекулите.
Разлика между аморфно тялои течността се състои не в наличието или отсъствието на ред на дълги разстояния, а в естеството на движението на частиците. Молекулите на течности и твърди тела извършват колебателни (понякога ротационни) движения около равновесното положение. След известно средно време („време на установен живот“) молекулите скачат до друго равновесно положение. Разликата е, че "времето на установен живот" в течност е много по-малко, отколкото в твърдо състояние.
Липидните двуслойни мембрани при физиологични условия са течни; "времето на живот" на фосфолипидната молекула в мембраната е 10 −7 – 10 −8 с.
Молекулите в мембраната не са произволно разположени; в тяхното подреждане се наблюдава ред на дълги разстояния. Фосфолипидните молекули са в двуслоен слой и техните хидрофобни опашки са приблизително успоредни една на друга. Има ред и в ориентацията на полярните хидрофилни глави.
Физиологично състояние, при което има ред на дълги разстояния във взаимната ориентация и подреждане на молекулите, но състоянието на агрегиране е течно, се наричатечнокристално състояние. Течните кристали не могат да се образуват във всички вещества, а във вещества от „дълги молекули“ (чиито напречни размери са по-малки от надлъжните). Могат да съществуват различни течнокристални структури: нематични (нишковидни), когато дългите молекули са ориентирани успоредно една на друга; смектичен - молекулите са успоредни една на друга и са подредени на слоеве; Холистичен - молекулите са разположени успоредно една на друга в една и съща равнина, но в различните равнини ориентацията на молекулите е различна.
http:// www. studfiles. ru/ предварителен преглед/1350293/
Литература: НА. Лемеза, Л.В.Камлюк, Н.Д. Лисов. „Наръчник по биология за постъпващите в университети.“
1.8. Нуклеинова киселина. Хетероциклични бази, нуклеозиди, нуклеотиди, номенклатура. Пространствена структура на нуклеиновите киселини – ДНК, РНК (тРНК, рРНК, иРНК). Рибозомите и клетъчното ядро. Методи за определяне на първична и вторична структура нуклеинова киселина(секвениране, хибридизация).
Нуклеинова киселина – фосфорсъдържащи биополимери на живи организми, осигуряващи съхранение и предаване наследствена информация.
Нуклеиновите киселини са биополимери. Техните макромолекули се състоят от многократно повтарящи се единици, които са представени от нуклеотиди. И логично бяха кръстениполинуклеотиди. Една от основните характеристики на нуклеиновите киселини е техният нуклеотиден състав. Съставът на нуклеотида (структурна единица на нуклеиновите киселини) включватри компонента:
– Азотна основа. Може да бъде пиримидин и пурин. Нуклеиновите киселини съдържат основи от 4 различни типа: две от тях принадлежат към класа на пурините и две към класа на пиримидините.
– Остатък от фосфорна киселина.
– Монозахарид - рибоза или 2-дезоксирибоза. Захарта, която е част от нуклеотида, съдържа пет въглеродни атома, т.е. е пентоза. В зависимост от вида пентоза, присъстваща в нуклеотида, се разграничават два вида нуклеинови киселини– рибонуклеинови киселини (РНК), които съдържат рибоза идезоксирибонуклеинови киселини (ДНК), съдържащи дезоксирибоза.
Нуклеотид В основата си той е фосфорен естер на нуклеозид.Съдържа нуклеозид се състои от два компонента: монозахарид (рибоза или дезоксирибоза) и азотна основа.
http :// sbio . инфо / страница . php ? документ за самоличност =11
Азотни основи – хетероцикличенорганични съединения, производнипиримидинИпуринавключен внуклеинова киселина. За съкращение използвайте главни букви с латински букви. Азотните основи включватаденин(А),гуанин(G),цитозин(C), които се намират както в ДНК, така и в РНК.Тимин(T) е част само от ДНК иурацил(U) се среща само в РНК.
Въглехидрати
Преминавайки към разглеждането на органичните вещества, не можем да не отбележим значението на въглерода за живота. Когато влиза в химични реакции, въглеродът образува силни ковалентни връзки, споделяйки четири електрона. Въглеродните атоми, свързвайки се един с друг, са в състояние да образуват стабилни вериги и пръстени, които служат като скелети на макромолекули. Въглеродът може също да образува множество ковалентни връзки с други въглеродни атоми, както и с азот и кислород. Всички тези свойства осигуряват уникално разнообразие от органични молекули.
Макромолекулите, които съставляват около 90% от масата на дехидратирана клетка, се синтезират от по-прости молекули, наречени мономери. Има три основни вида макромолекули: полизахариди, протеини и нуклеинови киселини; техните мономери са съответно монозахариди, аминокиселини и нуклеотиди.
Въглехидратите са вещества с обща формула C x (H 2 O) y, където x и y са естествени числа. Името "въглехидрати" показва, че в техните молекули водородът и кислородът са в същото съотношение, както във водата.
Животинските клетки съдържат не голям бройвъглехидрати, а в растенията - почти 70% от общото количество органични вещества.
Монозахаридите играят ролята на междинни продукти в процесите на дишане и фотосинтеза, участват в синтеза на нуклеинови киселини, коензими, АТФ и полизахариди и служат като освободени при окисление по време на дишане. Производни на монозахариди - захарни алкохоли, захарни киселини, дезоксизахари и аминозахари - имат важнов процеса на дишане, а също така се използват в синтеза на липиди, ДНК и други макромолекули.
Дизахаридите се образуват при реакция на кондензация между два монозахарида. Понякога се използват като резервни хранителни вещества. Най-често срещаните от тях са малтоза (глюкоза + глюкоза), лактоза (глюкоза + галактоза) и захароза (глюкоза + фруктоза). среща се само в млякото. (тръстикова захар) най-често срещана в растенията; това е същата „захар“, която обикновено ядем.
Целулозата също е полимер на глюкозата. Съдържа около 50% от въглерода, съдържащ се в растенията. от обща масана Земята целулозата е на първо място сред органични съединения. Формата на молекулата (дълги вериги с изпъкнали –OH групи) осигурява силна адхезия между съседни вериги. Въпреки цялата си здравина, макрофибрилите, състоящи се от такива вериги, лесно пропускат водата и веществата, разтворени в нея, и следователно служат като идеален строителен материал за стените на растителните клетки. Целулозата е ценен източник на глюкоза, но нейното разграждане изисква ензима целулаза, който е относително рядък в природата. Следователно само някои животни (например преживни) консумират целулоза като храна. Промишленото значение на целулозата също е голямо - от това вещество се произвеждат памучни тъкани и хартия.
Химични свойстваклетките, които изграждат живите организми, зависят основно от броя на въглеродните атоми, съставляващи до 50% от сухата маса. Въглеродните атоми се намират в основните органични вещества: протеини, нуклеинови киселини, липиди и въглехидрати. ДА СЕ последна групавключват съединения на въглерод и вода, съответстващи на формулата (CH2O)n, където n е равно на или по-голямо от три. Освен въглерод, водород и кислород, молекулите могат да съдържат атоми на фосфор, азот и сяра. В тази статия ще проучим ролята на въглехидратите в човешкото тяло, както и характеристиките на тяхната структура, свойства и функции.
Класификация
Тази група съединения в биохимията се разделя на три класа: прости захари (монозахариди), полимерни съединения с гликозидна връзка - олигозахариди и биополимери с високо молекулно тегло - полизахариди. Веществата от горните класове се намират в различни видове клетки. Например нишестето и глюкозата се намират в растителните структури, гликогенът се намира в човешките хепатоцити и клетъчните стени на гъбичките, а хитинът се намира в екзоскелета на членестоногите. Всички горепосочени вещества са въглехидрати. Ролята на въглехидратите в организма е универсална. Те са основният доставчик на енергия за жизнените прояви на бактерии, животни и хора.
Монозахариди
Те имат обща формула C n H 2 n O n и са разделени на групи в зависимост от броя на въглеродните атоми в молекулата: триози, тетрози, пентози и т.н. Включени клетъчни органелии цитоплазмата, простите захари имат две пространствени конфигурации: циклични и линейни. В първия случай въглеродните атоми са свързани помежду си чрез ковалентни сигма връзки и образуват затворени цикли; във втория случай въглеродният скелет не е затворен и може да има разклонения. За да определим ролята на въглехидратите в организма, нека разгледаме най-често срещаните от тях - пентози и хексози.
Изомери: глюкоза и фруктоза
Те имат еднаква молекулна формула C 6 H 12 O 6, но различна структурни изгледимолекули. По-рано вече споменахме основната роля на въглехидратите в живия организъм - енергията. Горните вещества се разграждат от клетката. В резултат на това се освобождава енергия (17,6 kJ от един грам глюкоза). Освен това се синтезират 36 молекули АТФ. Разграждането на глюкозата става върху мембраните (кристи) на митохондриите и представлява верига ензимни реакции- цикъл на Кребс. Това е най-важната връзка в дисимилацията, която се среща във всички клетки на хетеротрофните еукариотни организми без изключение.
Глюкозата се образува и в миоцитите на бозайниците поради разграждането на запасите от гликоген в мускулната тъкан. В бъдеще се използва като лесно разпадащо се вещество, тъй като осигуряването на клетките с енергия е основната роля на въглехидратите в тялото. Растенията са фототрофи и произвеждат собствена глюкоза по време на фотосинтезата. Тези реакции се наричат цикъл на Калвин. Изходният материал е въглероден диоксид, а акцепторът е риболозодифосфат. Синтезът на глюкоза се извършва в матрицата на хлоропласта. Фруктозата, имаща същата молекулна формула като глюкозата, съдържа кетонна функционална група в молекулата. Той е по-сладък от глюкозата и се намира в меда, както и в сока от горски плодове и плодове. По този начин, биологична ролявъглехидрати в тялото е преди всичко да ги използва като бърз източникполучаване на енергия.
Ролята на пентозите в наследствеността
Нека се спрем на друга група монозахариди - рибоза и дезоксирибоза. Тяхната уникалност се състои в това, че те са част от полимери - нуклеинови киселини. За всички организми, включително неклетъчните форми на живот, ДНК и РНК са основните носители на наследствена информация. Рибозата се намира в молекулите на РНК, а дезоксирибозата се намира в нуклеотидите на ДНК. Следователно биологичната роля на въглехидратите в човешкото тяло е, че те участват в образуването на наследствени единици - гени и хромозоми.
Примери за пентози, съдържащи алдехидна групаи общ в флора, са ксилоза (намира се в стъблата и семената), алфа-арабиноза (намира се в гумата на костилковите овощни дървета). По този начин разпределението и биологичната роля на въглехидратите в тялото висши растениядостатъчно голям.
Какво представляват олигозахаридите
Ако остатъците от монозахаридни молекули, като глюкоза или фруктоза, са свързани ковалентни връзки, тогава се образуват олигозахариди - полимерни въглехидрати. Ролята на въглехидратите в организма както на растенията, така и на животните е разнообразна. Това важи особено за дизахаридите. Най-често срещаните сред тях са захароза, лактоза, малтоза и трехалоза. Така захарозата, наричана иначе тръстикова захар, се намира в растенията под формата на разтвор и се съхранява в техните корени или стъбла. В резултат на хидролизата се образуват молекули глюкоза и фруктоза. е от животински произход. Някои хора изпитват непоносимост към това вещество поради хипосекреция на ензима лактаза, който разгражда млечната захар на галактоза и глюкоза. Ролята на въглехидратите в живота на тялото е разнообразна. Например, дизахаридът трехалоза, състоящ се от два глюкозни остатъка, е част от хемолимфата на ракообразни, паяци и насекоми. Намира се и в клетките на гъбите и някои водорасли.
Друг дизахарид, малтоза или малцова захар, се намира в зърната на ръж или ечемик по време на покълването и представлява молекула, състояща се от два глюкозни остатъка. Образува се в резултат на разграждането на растително или животинско нишесте. В тънките черва на хората и бозайниците малтозата се разгражда от ензима малтаза. При липсата му в панкреатичния сок възниква патология поради непоносимост към гликоген или растително нишесте в храните. В този случай се използва специална диета и самият ензим се добавя към диетата.
Сложни въглехидрати в природата
Те са много разпространени, особено в растителния свят, биополимери са и имат голямо молекулно тегло. Например в нишестето е 800 000, а в целулозата - 1 600 000. Полизахаридите се различават по състава на мономерите, степента на полимеризация и дължината на веригите. За разлика от простите захари и олигозахариди, които са силно разтворими във вода и имат сладък вкус, полизахаридите са хидрофобни и безвкусни. Нека разгледаме ролята на въглехидратите в човешкото тяло, използвайки примера на гликоген - животинско нишесте. Синтезира се от глюкоза и се съхранява в хепатоцитите и клетките на скелетната мускулатура, където съдържанието му е два пъти по-високо от това в черния дроб. Подкожната мастна тъкан, невроцитите и макрофагите също са способни да произвеждат гликоген. Друг полизахарид, растителното нишесте, е продукт на фотосинтезата и се образува в зелени пластиди.
От самото начало човешката цивилизацияОсновните доставчици на нишесте бяха ценни селскостопански култури: ориз, картофи, царевица. Те все още са в основата на диетата на огромното мнозинство от жителите на света. Ето защо въглехидратите са толкова ценни. Ролята на въглехидратите в организма е, както виждаме, в използването им като енергоемки и бързо усвоими органични вещества.
Има група полизахариди, чиито мономери са остатъци от хиалуронова киселина. Наричат се пектини и са структурни вещества на растителните клетки. Особено богати на тях са ябълковите кори и пулпата от цвекло. Клетъчните вещества пектини регулират вътреклетъчното налягане - тургор. В сладкарската промишленост се използват като желиращи агенти и сгъстители при производството на висококачествени блатове и мармалади. В диетичното хранене се използват както биологично активни вещества, добре премахва токсините от дебелото черво.
Какво представляват гликолипидите
Това е интересна група от сложни съединения на въглехидрати и мазнини, открити в нервна тъкан. Състои се от главата и гръбначен мозъкбозайници. Гликолипидите също се намират в клетъчни мембрани. Например, в бактериите те участват в някои от тези съединения са антигени (вещества, които откриват кръвни групи от системата Landsteiner AB0). В клетките на животните, растенията и човека, освен гликолипидите, има и независими молекулидебел Те изпълняват предимно енергийна функция. Когато един грам мазнина се разгради, се освобождават 38,9 kJ енергия. Липидите се характеризират и със структурна функция (те са част от клетъчните мембрани). Така тези функции се изпълняват от въглехидрати и мазнини. Тяхната роля в организма е изключително важна.
Ролята на въглехидратите и липидите в организма
В човешки и животински клетки могат да се наблюдават взаимни трансформации на полизахариди и мазнини, възникващи в резултат на метаболизма. Диетолозите са установили, че прекомерната консумация на нишестени храни води до натрупване на мазнини. Ако човек има проблеми с панкреаса по отношение на секрецията на амилаза или води заседнал начин на живот, теглото му може да се увеличи значително. Струва си да запомните, че богатите на въглехидрати храни се разграждат главно в дванадесетопръстникакъм глюкоза. Той се абсорбира от капилярите на въси на тънките черва и се отлага в черния дроб и мускулите под формата на гликоген. Колкото по-интензивен е метаболизмът в тялото, толкова по-активно се разгражда до глюкоза. След това се използва от клетките като основен енергиен материал. Тази информацияслужи като отговор на въпроса каква роля играят въглехидратите в човешкото тяло.
Значението на гликопротеините
Съединенията от тази група вещества са представени от комплекс въглехидрат + протеин. Те се наричат още гликоконюгати. Това са антитела, хормони, мембранни структури. Последните биохимични изследвания установиха: ако гликопротеините започнат да променят естествената си (естествена) структура, това води до развитие на такива сложни заболявания като астма, ревматоиден артрит, рак. Ролята на гликоконюгатите в клетъчния метаболизъм е голяма. Така интерфероните потискат възпроизвеждането на вируси, имуноглобулините предпазват тялото от патогенни агенти. Кръвните протеини също принадлежат към тази група вещества. Те осигуряват защитни и буферни свойства. Всички горепосочени функции се потвърждават от факта, че физиологичната роля на въглехидратите в организма е разнообразна и изключително важна.
Къде и как се образуват въглехидратите?
Основните доставчици на прости и сложни захари са зелените растения: водорасли, висши спори, голосеменни и цъфтящи растения. Всички те съдържат пигмента хлорофил в клетките си. Влиза в състава на тилакоидите – структурите на хлоропластите. Руският учен К. А. Тимирязев изучава процеса на фотосинтеза, в резултат на който се образуват въглехидрати. Ролята на въглехидратите в растителния организъм е натрупването на нишесте в плодовете, семената и луковиците, тоест във вегетативните органи. Механизмът на фотосинтезата е доста сложен и се състои от поредица от ензимни реакции, които протичат както на светлина, така и на тъмно. Глюкозата се синтезира от въглероден двуокиспод действието на ензими. Хетеротрофните организми използват зелените растения като източник на храна и енергия. По този начин растенията са първата връзка във всичко и се наричат производители.
В клетките на хетеротрофните организми въглехидратите се синтезират по гладки (агрануларни) канали ендоплазмения ретикулум. След това се използват като енергия и строителни материали. В растителните клетки въглехидратите се образуват допълнително в комплекса на Голджи и след това отиват за образуване на целулозна клетъчна стена. По време на храносмилането на гръбначните животни съединенията, богати на въглехидрати, се разграждат частично устната кухинаи стомаха. Основните дисимилационни реакции протичат в дванадесетопръстника. Той отделя панкреатичен сок, съдържащ ензима амилаза, който разгражда нишестето до глюкоза. Както бе споменато по-рано, глюкозата се абсорбира в кръвта в тънките черва и се разпределя във всички клетки. Тук се използва като източник на енергия и структурно вещество. Това обяснява ролята на въглехидратите в тялото.
Надмембранни комплекси на хетеротрофни клетки
Те са характерни за животни и гъби. Химичен съставИ молекулярна организацияТези структури са представени от съединения като липиди, протеини и въглехидрати. Ролята на въглехидратите в организма е да участват в изграждането на мембраните. Човешките и животинските клетки имат специален структурен компонент, наречен гликокаликс. Този тънък повърхностен слой се състои от гликолипиди и гликопротеини, свързани с цитоплазмена мембрана. Той осигурява директна комуникация между клетките и външна среда. Възприемането на дразнения и извънклетъчното храносмилане също се появяват тук. Благодарение на въглехидратната си обвивка, клетките се слепват, образувайки тъкан. Това явление се нарича адхезия. Нека добавим също, че „опашките“ на въглехидратните молекули са разположени над повърхността на клетката и са насочени към интерстициалната течност.
Друга група хетеротрофни организми, гъбите, също имат повърхностен апарат, наречен клетъчна стена. Включва сложни захари - хитин, гликоген. Някои видове гъби също съдържат разтворими въглехидрати като трехалоза, наречена гъбена захар.
При едноклетъчните животни, като ресничестите, повърхностният слой, пеликулата, също съдържа комплекси от олигозахариди с протеини и липиди. При някои протозои ципата е доста тънка и не пречи на промяната във формата на тялото. А в други се удебелява и става здрава, като черупка, изпълняваща защитна функция.
Стена на растителна клетка
Освен това съдържа големи количества въглехидрати, особено целулоза, събрани под формата на снопчета влакна. Тези структури образуват рамка, вградена в колоидна матрица. Състои се основно от олиго- и полизахариди. Клетъчни стени растителни клеткиможе да стане лигнифициран. В този случай пространствата между целулозните снопчета се запълват с друг въглехидрат - лигнин. Подобрява поддържащите функции на клетъчната мембрана. Често, особено при многогодишните дървесни растения, външният слой, състоящ се от целулоза, е покрит с мастноподобно вещество - суберин. Той предотвратява навлизането на вода в растителните тъкани, така че подлежащите клетки бързо умират и се покриват със слой корк.
Обобщавайки горното, виждаме, че въглехидратите и мазнините са тясно свързани помежду си в клетъчната стена на растението. Тяхната роля в тялото на фототрофите е трудно да се подценява, тъй като гликолипидните комплекси осигуряват подкрепа и защитни функции. Нека да проучим разнообразието от въглехидрати, характерни за организмите от царството на Дробянка. Това включва прокариоти, по-специално бактерии. Клетъчната им стена съдържа въглехидрат - муреин. В зависимост от структурата на повърхностния апарат бактериите се делят на грам-положителни и грам-отрицателни.
Структурата на втората група е по-сложна. Тези бактерии имат два слоя: пластмасов и твърд. Първият съдържа мукополизахариди, като муреин. Молекулите му изглеждат като големи мрежести структури, които образуват капсула около бактериалната клетка. Вторият слой се състои от пептидогликан, съединение от полизахариди и протеини.
Липополизахаридите на клетъчната стена позволяват на бактериите да се прикрепят здраво към различни субстрати, като зъбния емайл или мембраната на еукариотните клетки. В допълнение, гликолипидите насърчават адхезията на бактериалните клетки една към друга. По този начин се образуват например вериги от стрептококи и клъстери от стафилококи, освен това някои видове прокариоти имат допълнителна лигавица - пеплос. Съдържа полизахариди и лесно се разрушава под въздействието на сурови излагане на радиацияили в контакт с някои химикали, например антибиотици.
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. Протеини, съдържащи въглехидрати (гликопротеини и мукопротеини) – компоненттелесна слуз (защитни, обвиващи функции), плазмени транспортни протеини и имунологично активни съединения(вещества, специфични за кръвната група). 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 освобождава 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 работа, пол и някои други фактори.
Елементарна композиция. Въглехидратите се състоят от следното химически 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 химическа структуратези вещества.
Въглехидрати- това са органични вещества, които са алдехиди или кетони на многовалентни алкохоли.
Монозахариди
Монозахариди – това 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 клетка по време на многоетапно химична реакцияГлюкозата 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, освобождавайки енергия, използвана от тялото за поддържане на живота. Нивото на глюкозата в кръвта обикновено се използва за оценка на състоянието на въглехидратния метаболизъм в 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.
от химическа структураглюкозата 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 участва активно в метаболитните процеси в организма, например в неутрализирането 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.
Аминозахари 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 гликогена и мазнините. 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 веществоза чревната микрофлора. В този случай е възможно обилно образуване на газове, стомахът „набъбва“. Във ферментирали млечни продукти повечето отлактозата се ферментира 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 храни 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 около 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 отделянето 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 остатъци, 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 забележимо само след продължително и изтощително натоварване. 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 първо 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 киселинии някои други.
Глюкозаминогликани Те са желеобразни, лепкави вещества. Те изпълняват различни функции ввключително структурни, защитни, регулаторни и т.н. 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 клетъчни мембрани, слюнка и други биологични течности.
§ 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 всякакви организми, включително бактерии, растения и животни. В растенията въглехидратите представляват 80-90% от сухата маса, в животните - около 2% от телесното тегло. Техният синтез от въглероден диоксид и вода се извършва от зелени растения, използващи енергия слънчева 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. Високо съдържаниевъглехидратите характеризират такива видове храна като печива, картофи, зърнени храни и др.
Името "въглехидрати" е историческо. Описани са първите представители на тези вещества обобщена 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 доста прости връзкис молекулно тегло около 200 и гигантски полимери, молекулна масакоято 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 въглехидрати И 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 бъде обект на 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.
Няма ензими в човешкото или животинско тяло, които да хидролизират целулозата, но целулозата е основният компонент на храната за много животни, особено преживни. В стомаха на тези животни големи количествасъдържа бактерии и протозои, които произвеждат ензими 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. Рибозата служи като строителен материал за РНК, а дезоксирибозата 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. СЪС за дълго времеТе използвали дърва за отопление на домовете си и за приготвяне 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 вътрешно горенетруден. 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.