Name: carbohydrate structures and types
Uploaded: 2020-11-23T11:47:33.000Z
Duration: 3 min 25 s
Channel: JoVE

פחמימות הן תרכובות המורכבות מפחמן, מימן וחמצן. מולקולות אלה מקבלות את שמן מהנוסחא האמפירית של חד סוכרים מרובים בעלי שני אטומי מימן ואטום אחד של חמצן על כל פחמן. פחמימות פשוטות הן מונומרים המכונים חד סוכרים ודימרים הנקראים דו סוכרים.פחמימות מורכבות הן פולימרים המכונים רב סוכרים. חד סוכר יכול להיות מסווג כאלדוז או קטוז לפי הקבוצה הפונקציונלית שלו. חד סוכרים בעלי קבוצת אלדהיד נקראים אלדוזות וחד סוכרים בעלי קבוצת קטון נקראים קטוזות.חד סוכרים מכילים בדרך כלל שלושה עד שבעה אטומי פחמן בשרשרת שלהם. ניתן למספר כל אחד מהפחמנים הללו החל ממספר 1 המייצג את הקצה הקרוב ביותר לפחמן הקרבוניל. סוכרים יכולי ליצור מבנים טבעתיים לא מישוריים ובטבע, מתקיימים בדרך כלל בצורה ציקלית זו.מבנים טבעתיים נוצרים כשקבוצת קרבוניל מגיבה עם קבוצת הידרוקסיל בקצה הנגדי של המולקולה באמצעות תגובת דחיסה. הפחמן הקשור לאלדהיד או לקטון הריאקטיביים מכונה גם הפחמן האנומרי. מבנים טבעתיים אלה של פחמן-חמצן יכולים להתקיים כשני אנומרים:אלפא וביתא.אנומרים הם איזומרים מבניים השונים בתצורה שלהם בפחמן הקרבונילי. בצורת אלפא, קבוצת הידרוקסיל בפחמן האנומרי וקבוצת CH2OH בפחמן האחרון בתוך הטבעת ממוקמים בצדדים מנוגדים של הטבעת, ואילו בצורת ביתא, הם ממוקמים באותו צד. מוסכמת שמות דומה משמשת לקשרים בין חד סוכרים למולקולות אחרות.קשרים הנוצרים מתחת למבנה הטבעת ידועים כקשרי אלפא, בעוד שאלה שמעל הטבעת מוכרים כקשרי ביתא. המספרים בשמותיהם של קישורים גליקוזידיים מציינים את מספרי הפחמן בחד סוכרים המעורבים בקישורים. כששני חד סוכרים נקשרים זה לזה באמצעות קישורים גליקוזידיים, הם יוצרים די-סוכרים.קישורים גליקוזידיים הם קשרים קוולנטיים הנוצרים כשקבוצת הידרוקסיל של חד סוכר אחד מגיבה עם פחמן אנומרי של חד סוכר אחר, ביציאה של מולקולת מים. רב סוכרים או פחמימות מורכבות הם שרשרת של חד סוכרים הקשורים זה לזה בקשרים קוולנטיים. שינויים בקישורים הגליקוזידיים הנמצאים במולקולות הללו יכולים ליצור סוגים שונים של רב סוכרים מאותו חד סוכר.מולקולות גלוקוז הקשורות זו לזו באמצעות קשרי ביתא-1, 4-glycosidic יוצרות תאית, רב סוכר לא מסיס במים. מולקולות גלוקוז הקשורות זו לזו באמצעות קשרי אלפא-1, 4-glycosidic יוצרות עמילוז, פולימר מסיס במים, שהוא רכיב של עמילן. עמילן ותאית הם רב סוכרים הנמצאים בצמחים.גליקוגן הוא מולקולה לא מסיסה במים העשויה מגלוקוז הקשור בקשרי אלפא-1, 4-glycosidic ומסתעף לסירוגין באמצעות קשרי אלפא-1, 6-glycosidic. גליקוגן משמש לאחסון רב סוכרים אצל בעלי חיים.

כימיה של פחמימות

Chemistry of Carbohydrates

<div style="direction:rtl">פחמימות הן חלק חיוני מהתזונה של בני אדם ובעלי חיים. דגנים, פירות וירקות הם מקורות טבעיים של פחמימות המספקות אנרגיה לגוף, במיוחד באמצעות גלוקוז, סוכר פשוט המהווה מרכיב של עמילן ומרכיב במזונות עיקריים רבים. הנוסחה הסטוכיומטרית (CH2O)n, שבה n הוא מספר הפחמנים במולקולה מייצגת פחמימות. במילים אחרות, היחס בין פחמן למימן לחמצן הוא 1:2:1 במולקולות פחמימות. נוסחה זו מסבירה גם את מקור המונח "פחמימה": המרכיבים הם פחמן ("פחמימה") ומים ("הידרט"). ניתן לסווג פחמימות לפשוטות ומורכבות. חד סוכרים ודו סוכרים הם פחמימות פשוטות. פוליסכרידים הם פחמימות מורכבות. חד סוכרים חד סוכרים הם סוכרים פשוטים, שהנפוץ שבהם הוא הגלוקוז. בחד-סוכרים, מספר הפחמנים נע בדרך כלל בין שלושה לשבעה. אם לסוכר יש קבוצת אלדהיד (הקבוצה הפונקציונלית עם המבנה R-CHO), הוא אלדוזה, ואם יש לו קבוצת קטון (הקבוצה הפונקציונלית בעלת המבנה RC(=O)R'), הוא קטוז. בהתאם למספר הפחמנים בסוכר, הם יכולים להיות טריוזים (שלושה פחמנים), פנטוזים (חמישה פחמנים) ו/או הקסוזים (שישה פחמנים). גלקטוז ופרוקטוז הם חד-סוכרים נפוצים אחרים. גלוקוז, גלקטוז ופרוקטוז הם חד-סוכרים איזומריים (הקסוזות), כלומר יש להם אותה נוסחה כימית אך יש להם מבנים מעט שונים. גלוקוז וגלקטוז הם אלדוסים, ופרוקטוז הוא קטוז. חד סוכרים יכולים להתקיים כשרשרת ליניארית או כמולקולות בצורת טבעת. בתמיסות מימיות, הם בדרך כלל בצורת טבעת. לגלוקוז בצורת טבעת יכולים להיות שני הסדרים שונים של קבוצות הידרוקסיל (OH) סביב הפחמן האנומרי (פחמן 1 שהופך ללא-סימטרי בתהליך יצירת הטבעת). אם קבוצת ההידרוקסיל נמצאת מתחת לפחמן מספר 1 בסוכר, היא נמצאת במצב אלפא (α), ואם היא מעל המישור, היא במצב בטא (β). <h4>דו סוכרים</h4> דו-סוכרים נוצרים כאשר שני חד-סוכרים עוברים תגובת התייבשות (או תגובת עיבוי או סינתזת התייבשות). במהלך תהליך זה, קבוצת ההידרוקסיל של חד-סוכר אחד מתחברת עם מימן של חד-סוכר אחר, משחררת מולקולת מים ויוצרת קשר קוולנטי. זה נקרא קשר גליקוזידי. קשרים גליקוזידים (או קישורים גליקוזידיים) יכולים להיות מסוג אלפא או בטא. קשר אלפא נוצר כאשר קבוצת OH בפחמן-1 של הגלוקוז הראשון נמצאת מתחת למישור הטבעת, וקשר בטא נוצר כאשר קבוצת OH בפחמן-1 נמצאת מעל מישור הטבעת. הדו-סוכר הנפוץ ביותר הוא סוכרוז, או סוכר שולחן, המורכב מגלוקוז ומונומרים פרוקטוז. <h4>פוליסכרידים</h4> שרשרת ארוכה של חד סוכרים המקושרים בקשרים גליקוזידיים היא פוליסכריד. השרשרת עשויה להיות מסועפת או לא מסועפת, והיא עשויה להכיל סוגים שונים של חד סוכרים. המשקל המולקולרי עשוי להיות 100,000 דלטון או יותר בהתאם למספר המונומרים המחוברים. עמילן, גליקוגן, תאית וצ'יטין הם דוגמאות לפוליסכרידים. צמחים אוגרים עמילן בצורה של סוכרים. בצמחים, תערובת עמילוז ועמילופקטין (שניהם פולימרים של גלוקוז) מורכבת מהסוכרים הללו. עמילן כולל מונומרים של גלוקוז המחוברים בקשרים גליקוזידיים α 1-4 או α 1-6. המספרים 1-4 ו-1-6 מתייחסים למספר הפחמן של שני השרידים שהתחברו ליצירת הקשר. גליקוגן הוא צורת האחסון של גלוקוז בבני אדם ובעלי חוליות אחרים והוא מורכב ממונומרים של גלוקוז. גליקוגן הוא המקביל לבעלי חיים של עמילן והוא מולקולה מסועפת מאוד המאוחסנת בדרך כלל בתאי הכבד והשריר. בכל פעם שרמות הגלוקוז בדם יורדות, הגליקוגן מתפרק לשחרור גלוקוז. תאית היא הביופולימר הטבעי הנפוץ ביותר. תאית מורכבת בעיקר מדופן התא של הצמח. זה מספק לתא תמיכה מבנית. עץ ונייר הם בעיקר תאית באופי. מונומרים של גלוקוז כוללים תאית שמקשרים בין β 1-4 את הקשרים הגליקוזידיים. טקסט זה מותאם מ <a href="https://openstax.org/books/biology-2e/pages/3-2-carbohydrates">Openstax, Biology 2e, Chapter 3.4: Carbohydrates.</a></div>

פחמימות הן חלק חיוני מהתזונה אצל בני אדם ובעלי חיים. דגנים, פירות וירקות הם מקורות טבעיים של פחמימות המספקות ...

Education

JoVE Core

Molecular Biology

ביולוגיה מולקולרית

Unit 1

יחידה 1

Biochemistry of the Cell

ביוכימיה של התא

KEY TERMS AND CONCEPTS

מונחים ומושגים מרכזיים

carbohydrate structures and types

Carbohydrates are biomolecules built from carbon, hydrogen, and oxygen. Their chemistry helps explain how simple sugars join together and how larger carbohydrate molecules form.

The smallest carbohydrates are monosaccharides, or single sugar units. These can link to make disaccharides, which contain two sugar units, and polysaccharides, which are long chains of many sugar units.

Carbohydrates play an important role in biology because they are part of the structures and processes found in living things. Understanding their basic chemistry makes it easier to identify how these molecules are grouped and how their forms differ.

Carbohydrate Structures and Types

the periodic table and organismal elements

the-periodic-table-and-organismal-elements

Element Groups in Living Things

Living things are built from elements found on the periodic table. This page focuses on the elements that make up organisms and how they are grouped in biology. These organismal elements are usually divided into major, minor, and trace categories. Major elements make up most of the mass of living matter. Minor elements are needed in smaller amounts. Trace elements are present in very small amounts but still play important roles. The periodic table helps show where these elements fit and how...

functional groups

Functional Groups in Organic Molecules

Functional groups are the parts of organic molecules that give them specific chemical behavior. They help determine how a compound reacts and what properties it has. In organic chemistry, these groups are used to classify molecules in a clear way. Hydrocarbons are one common class of organic compounds. They contain only carbon and hydrogen. Alcohols, aldehydes, and ketones are other classes that are identified by their functional groups. These groups make each class behave differently from the...

polymers

Polymer Structures and Uses

Polymers are large molecules built from repeating smaller units called monomers. Their long-chain structure gives them many different properties and makes them useful in everyday materials. Polymers can form in two main ways. In addition polymerization, monomers join together without losing any atoms. In condensation polymerization, monomers link while a small molecule is released. These two pathways help explain how many common plastics and related materials are made. The structure of a...

what are lipids?

Lipids in Cells: Fats and Membranes

Lipids are a group of biomolecules found in living things. They are known for their role in energy storage and in building cell membranes. This makes them important in many parts of biology. Fats are one common type of lipid. Other lipids include phospholipids and steroids. Each group has a different structure and a different job in the body. Phospholipids are especially important because they help form cell membranes. Steroids also belong to the lipid group, and they have their own distinct...

structure of lipids

Types of Lipids and Their Structure

Lipids are a major group of biological molecules, and their structure helps explain their different forms. Many lipids are built from fatty acids, which are long hydrocarbon chains with a carboxyl group. The carbon chain is hydrophobic, meaning it does not mix well with water, while the carboxyl group is the acidic end. Triglycerides are one common lipid type. They consist of a glycerol molecule joined to three fatty acid chains. Saturated triglycerides have fatty acids with only single...

chemistry of carbohydrates

Carbohydrates are biomolecules built from carbon, hydrogen, and oxygen. Their chemistry helps explain how simple sugars join together and how larger carbohydrate molecules form. The smallest carbohydrates are monosaccharides, or single sugar units. These can link to make disaccharides, which contain two sugar units, and polysaccharides, which are long chains of many sugar units. Carbohydrates play an important role in biology because they are part of the structures and processes found in...

nucleic acids

Nucleic Acids and Genetic Information

Nucleic acids carry genetic information in cells. They include DNA and RNA, which are made from nucleotide building blocks. These molecules store, copy, and help use the instructions needed for life. DNA is the main long-term storage molecule for genetic information. RNA helps carry and use that information in cells. Together, these nucleic acids connect the code in a cell to the proteins it can make.

intermolecular forces

Forces Between Molecules

Forces between molecules help explain why matter behaves the way it does. These intermolecular attractions act between separate molecules, not within a single molecule. They are often much weaker than the bonds that hold atoms together inside a molecule, but they still affect many properties of liquids and solids. Several common types of intermolecular forces are covered in this topic. These include dipole-dipole forces, hydrogen bonding, ion-dipole forces, and van der Waals forces. Van der...

noncovalent attractions in biomolecules

How Biomolecules Hold Their Shape

Biomolecules hold their shape through noncovalent attractions. These interactions occur within and between molecules and help control the structure and stability of complexes. They are different from covalent bonds because they do not involve sharing electrons. Four main noncovalent interactions are important in biology: hydrogen bonds, van der Waals forces, ionic bonds, and hydrophobic interactions. Hydrogen bonds form when a hydrogen atom is covalently bonded to a strongly electronegative...

pH Scale and Acid-Base Balance

pH measures how acidic or basic an aqueous solution is. It is a key way to describe the balance between acids and bases in water-based solutions. The pH scale shows this balance with low values for acidic solutions and high values for basic solutions. Neutral solutions fall in the middle of the scale. Understanding pH helps explain how different substances behave in water. It also helps compare solutions that are more acidic, more basic, or neutral.

hydrolysis of atp

ATP Hydrolysis and Energy Release

ATP hydrolysis is a key chemical reaction in cells that releases energy. ATP, or adenosine triphosphate, is the molecule cells use to store and transfer energy for many processes. During hydrolysis, water breaks the bond in ATP’s terminal phosphate group. This reaction converts ATP into ADP, or adenosine diphosphate, and inorganic phosphate. The released energy can then be used to drive cellular work. High school biology students often see ATP hydrolysis as part of energy transfer in living...

key terms and concepts

Explore carbohydrate structures, from monosaccharides to polysaccharides, and learn how carbon, hydrogen, and oxygen form key biomolecules in living things.

Carbohydrate Structures and Types | JoVE K12

molecular biology

JoVE Core Molecular Biology showcases the molecular processes of the cell through clear and concise animated video lessons. Additionally, in scientist-in-action videos, these concepts' application is demonstrated through real experiments in modern laboratories.

Carbohydrate Structures and Types

Description

Transcript