3.4: Что такое углеводы?

Обзор

Углеводы являются важными биологическими молекулами, состоящими из атомов углерода, водорода и кислорода, часто в соотношении 1:2:1. Они представляют собой простые или сложные структуры и имеют важное значение для метаболизма и сохранения энергии.

Конвенция наименований углеводов

Все углеводы - сахара, также называемые сахаридами. Однако, в зависимости от их длины и сложности углеводы могут быть классифицированы как моносахариды, дисахариды и полисахариды. Моносахариды также называют простыми сахарами. Полисахариды называются сложными углеводами. Это полимеры, так как они построены из повторяющихся единиц простых сахаров.

Одним из простейших сахаров является глюкоза. Он состоит из шести углеродов, 12 водородов и шести кислородов (т.е. C₆H₁₂O₆). Глюкоза имеет одну единицу сахара и, следовательно, это моносахарид. Даже такая простая молекула имеет несколько вариантов (изомеров), в зависимости от ориентации отдельных атомов в пространстве. Например, если группа гидроксила (-OH) на углероде номер пять указывает вправо, мы говорим о D-Глюкозе, если она указывает на левую, то это L-глюкоза. Эти две молекулы являются энантиомерами, зеркальными изображениями друг друга.

Представление молекулы как структурного кольца называется проекцией Haworth. Она показывает еще один вариант организации атомов в молекуле глюкозы. Возьмём углерод, который ранее содержал карбоксил группы (1 в глюкозе, 2 в фруктозе). Если группа гидроксила на этом атоме углерода направлена вниз, то она, как говорят, является формой q. Если группа гидроксила указывает вверх, то это форма К.

Моносахариды также классифицируются в зависимости от количества углерода. Например, пентозы имеют пять атомов углерода, а гексозы - шесть. Кроме того, моносахариды классифицируются по размещению их карбонил-группы (двойная связь между углеродом и кислородом). Альдоза имеет одну конечную группу альдегида (-CH'O), в то время как кетоза имеет одну группу карбонила, расположенную в середине молекулы.

Эти различные системы классификации и конвенции о наименовании могут быть объединены. Например, фруктоза – это кетохексоза – сахар с пятью углеродами, а карбоксиловая группа расположена на углероде, который находится не в конце молекулы.

Дисахарид образуется, когда два моносахаридов связаны синтезом обезвоживания. Распространенным дисахаридом является сахароза. Она сиз двух моносахаридов, глюкозы и фруктозы. Сахароза - обычный бытовой сахар, получаемый из сахарного тростника или сахарной свеклы.

Когда более двух моносахаридов связываются, они образует полисахарид. Целлюлоза является полисахаридом, который построен из мономеров глюкозы. Он нерастворим, и является строительным блоком клеточных стенок и волокон в растениях. Ваша хлопчатобумажная футболка сделана из сахара!

Углеводы в их привычной форме включают простые сахара и более сложные полимеры полисахариды. На молекулярном уровне они определяются как содержащие углерод. И компоненты воды, гидроксильную группу, водород и кислород, обычно в соотношении 1:2:1, как и глюкоза, которая имеет шесть атомов углерода, 12 водородов и шесть кислородов.

Эта одиночная молекула сахара моносахарид, категорируется количеством атомов углерода. С шестью, считается гексозой. В то время как другой распространённый сахар, рибоза, называется пентозой с пятью молекулами углерода.

И, в зависимости от положения группы карбонилов, их можно разделить на другие категории. В альдозе, как и в галактозе, есть карбонильная группа в конце сахара. И кетоза, такая как, фруктоза имеет карбонильную группу в середине.

Теперь молекула фруктозы в форме кольца, поскольку большинство сахаров, находящихся в водных растворах, могут сочетаться с молекулой глюкозы, а благодаря синтезу обезвоживания, два моносахарида образуют дисахарид, как и сахароза, обычный столовый подсластитель. Вместо этого, если глюкоза связана со многими молекулами глюкозы, могут сформироваться разные полисахариды, такие как целлюлоза или амилоза крахмала. В конечном счёте, простые сахара и полисахариды служат энергоносителями, и структурными компонентами клетки.