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

Углеводы это соединения, состоящие из углерода, водорода и кислорода. Эти молекулы получили свое название от эмпирической формулы многих моносахаридов, которые содержат два атома водорода и один атом кислорода на каждый углерод. Простые углеводы это мономеры, называемые моносахаридами, и димеры, называемые дисахаридами.Сложные углеводы это полимеры, называемые полисахаридами. Моносахарид можно классифицировать как альдозу или кетозу по его функциональной группе. Имеющие альдегидную группу называются альдозами, а те, что имеют кетоновую группу, называются кетозами.Моносахариды обычно содержат от трех до семи атомов углерода в своих цепях. Каждый из атомов углерода может быть пронумерован, начиная с номера один от конца, ближайшего к карбонильному углероду. Сахара могут образовывать неплоские кольцевые структуры и в природе в основном существуют в этой циклической форме.Кольцевые структуры образуются при взаимодействии карбонильной группы с гидроксильной на противоположном конце молекулы посредством реакции конденсации. Углерод, присоединенный к реакционноспособному альдегиду или кетону, также известен как аномерный углерод. Эти углеродно-кислородные кольцевые структуры могут существовать в виде двух аномеров:альфа и бета.Аномеры это структурные изомеры, которые различаются конфигурацией карбонильного углерода. В альфа-форме гидроксильная группа на аномерном атоме углерода и группа CH2OH на последнем атоме углерода в кольце расположены на противоположных сторонах кольца, а в бета-форме они расположены на одной стороне. Аналогичное соглашение о названиях используется для связей, соединяющих моносахариды с другими молекулами.Связи, образованные ниже кольцевой структуры, известны как альфа-связи, тогда как связи над кольцом известны как бета-связи. Цифры в названии гликозидных связей указывают номера атомов углерода моносахаридов, которые участвуют в связях. Когда два моносахарида соединяются через гликозидные связи, они образуют дисахариды.Гликозидные связи это ковалентные связи, которые образуются, когда гидроксильная группа одного моносахарида реагирует с аномерным углеродом другого моносахарида с отщеплением молекулы воды. Полисахариды или сложные углеводы являются цепочкой моносахаридов, удерживаемых вместе ковалентными связями. Вариация гликозидных связей, присутствующих в этих молекулах, может привести к получению разных типов полисахаридов из одного и того же моносахарида.Молекулы глюкозы, связанные через бета-1, 4-гликозидные связи, образуют целлюлозу, нерастворимый в воде полисахарид. Молекулы глюкозы, связанные через альфа-1, 4-гликозидные связи, образуют амилозу, водорастворимый полимер и компонент крахмала. Крахмал и целлюлоза это полисахариды, содержащиеся в растениях.Гликоген это нерастворимая в воде молекула, состоящая из глюкозы, связанной альфа-1, 4-гликозидными связями и прерывисто разветвляющихся через альфа-1, 6-гликозидные связи. Гликоген служит запасным полисахаридом у животных.

Химия углеводов

Chemistry of Carbohydrates

Углеводы являются неотъемлемой частью рациона питания людей и животных. Зерновые, фрукты и овощи – это природные источники углеводов, которые обеспечивают энергию организму, особенно глюкозой, простым сахаром, который является компонентом крахмала и ингредиентом многих основных продуктов питания. Стехиометрическая формула (CH2O)n, где n — количество атомов углерода в молекуле, представляет углеводы. Другими словами, отношение углерода к водороду к кислороду составляет 1:2:1 в молекулах углеводов. Эта формула также объясняет происхождение термина «углеводы»: Компоненты – углерод («карбо») и вода («гидрат»). Углеводы можно разделить на простые и сложные. Моносахариды и дисахариды — простые углеводы. Полисахариды — это сложные углеводы. 
 Моносахариды 
 Моносахариды — простые сахары, наиболее распространённые из которых — глюкоза. В моносахаридах количество атомов углерода обычно колеблется от трех до семи. Если сахар имеет альдегидную группу (функциональную группу со структурой R-CHO), то это алдоза, и если у него есть кетонная группа (функциональная группа со структурой RC(=O)R'), то это кетоска. В зависимости от количества атомов углерода в сахарое могут быть триозы (три атомы углерода), пентазы (пять атомов углерода) и/или гексазы (шесть атомов углерода). 
 Галактоза и фруктоза являются другими распространенными моносахаридами. Глюкоза, галактоза и фруктоза являются изомерными моносахаридами (гексосами), то есть они имеют одну и ту же химическую формулу, но имеют несколько разные структуры. Глюкоза и галактоза — это алозы, а фруктоза — кетоза. 
 Моносахариды могут существовать как линейная цепь или как кольцеобразные молекулы. В водных растворах они обычно имеют кольцевые формы. Глюкоза в форме кольца может иметь два разных устройства гидроксильной группы (OH) вокруг аномерного углерода (углерод 1, который становится асимметричным в процессе формирования кольца). Если гидроксильная группа в сахароле ниже углеродного числа 1, она находится в альфа-позиции (α), а если она выше плоскости, то находится в позиции бета (β). 
 <h4>Дисахариды </h4>
 Дисахариды образуют, когда два моносахарида проходят дегидрационную реакцию (или конденсационную реакцию или синтез дегидратации). В ходе этого процесса одна гидроксильная группа моносахарида объединяется с другим водородом моносахарида, высвобождая молекулу воды и образуя ковалентную связь. Это называется гликозидной связью. Гликосидные связи (или гликозидные связи) могут быть альфа или бета-типа. Альфа-связь образуется, когда группа OH на углероде-1 первой глюкозы находится ниже плоскости кольца, а бета-связь образуется, когда группа OH на углероде-1 находится над плоскостью кольца. Наиболее распространенным дисахаридом является сахароза, или настольный сахар, который состоит из глюкозы и мономеров фруктозы. 
 <h4>Полисахариды </h4>
 Длинная цепь моносахаридов, связанных гликозидными связями, — полисахарид. Цепь может быть разветвленной или неразветвленной, и она может содержать различные типы моносахаридов. Молекулярная масса может составлять 100,000 далт или более в зависимости от количества Соединенных мономеров. Крахмал, гликоген, целлюлоза и хитин являются примерами полисахаридов. 
 Растения хранят крахмал в виде сахара. В растениях эти сахара состоят из амилозы и амилопектина (оба полимера глюкозы). Крахмал состоит из мономеров глюкозы, которые соединяются гликосидными связями α 1-4 или α 1-6. Номера 1-4 и 1-6 относятся к углероду двух остатков, которые были соединены для формирования связи. 
 Гликоген является формой хранения глюкозы у людей и других позвоночных и состоит из мономеров глюкозы. Гликоген является животным эквивалентом крахмала и представляет собой высокоразветвленную молекулу, обычно хранящуюся в клетках печени и мышц. При снижении уровня глюкозы в крови гликоген разрушается, высвобождение глюкозы происходит. 
 Целлюлоза является самым обильным натуральным биополимером. Целлюлоза в основном состоит из клеточной стенки завода. Это обеспечивает структурную поддержку ячейки. Древесина и бумага в основном целлюлозные по своей природе. Мономеры глюкозы составляют целлюлозу, связанную с β 1-4 гликозидными связями 
 Этот текст адаптирован из <a href="https://openstax.org/books/biology-2e/pages/3-2-carbohydrates"> Openstax, Biology 2e, глава 3.4: Углеводы. </a>

Углеводы являются неотъемлемой частью рациона питания человека и животных. Зерновые, фрукты и овощи являются естественными источниками углеводов, которые обеспечивают ...

Education

JoVE Core

Molecular Biology

Молекулярная биология

Unit 1

Раздел 1

Biochemistry of the Cell

Биохимия клетки

KEY TERMS AND CONCEPTS

ОСНОВНЫЕ ТЕРМИНЫ И ПОНЯТИЯ

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