3.5: Синтез дегидрирования

Обзор

Синтез обезвоживания – это химический процесс, в котором две молекулы ковалентно связаны с высвобождением молекулы воды. Многие физиологически важные соединения образуются в результате синтеза обезвоживания, например, сложные углеводы, белки, ДНК и РНК.

Синтез обезвоживания создает строительные блоки жизни

Молекулы сахара могут быть ковалентно связаны друг с другом синтезом обезвоживания, также называемым реакцией конденсации. Полученная стабильная связь называется гликозидной связью. Чтобы сформировать связь, гидроксил (-OH) группа из одного реагента и атом водорода из другого образуют воду, в то время как остальной кислород связывает эти два соединения. Для каждой дополнительной связи, которая образуется, высвобождается другая молекула воды, буквально обезвоживающая реагенты. Например, отдельные молекулы глюкозы (мономеры)могут подвергаться повторно синтезу обезвоживания для создания длинной цепи или разветвленного соединения. Такое соединение, с повторяющимися идентичными или аналогичными подразделениями, называется полимером. Учитывая разнообразный набор сахарных мономеров и различия в расположении связи, можно построить практически неограниченное количество сахарных полимеров.

Многочисленные функции углеводов в живых организмах

Растения производят простые углеводы из двуокиси углерода и воды в процессе, называемом фотосинтезом. Растения хранят полученные сахара (т.е. энергию) в качестве крахмала - полисахарида, который создается из молекул глюкозы путем синтеза обезвоживания. Целлюлоза также построена из мономеров глюкозы и является строительным блоком клеточной стенки в растениях.

Животные потребляют сложные углеводы и разбивают их. Моносахариды затем используются для производства энергии или хранятся в виде гликогена.. Гликоген - разветвленной полисахарид из мономеров глюкозы, получаемый путем синтеза обезвоживания. Кроме того, моносахариды используются в качестве сырья для небольших органических строительных блоков, таких как нуклеиновые кислоты, аминокислоты и жирные кислоты.

Большинство животных не могут переварить целлюлозу, которая синтезируется растениями. Вместо этого, нерастворимое волокно проходит через пищеварительную систему с очень полезными побочными эффектами: это помогает передвигать пищу и увеличивает количество воды, которая сохраняется в кишечнике. Некоторые животные, такие как коровы, имеют бактерии в кишечнике, которые производят ферменты, чтобы расщепить целлюлозу, тем самым делая глюкозу доступной для коровы.

Амилоза, гликоген и целлюлоза состоят из глюкозы

Как амилоза (линейная часть крахмала), гликоген и целлюлоза могут быть сделаны из одного базового компонента, но отличаются по своим свойствам? Разница заключается в типе связи между отдельными молекулами глюкозы. Целлюлоза имеет 1,4 связи глюкозы, а это означает, что мономер глюкозы с углеродом номер один в форме З (т.е. гидроксиловая группа на углерод номер один указывает вверх) связан с углеродом номер 4 в соседнем мономере глюкозы. Мономеры глюкозы в амилозе связаны с связями No1,4. Гликоген также имеет связи No 1,4, но дополнительные боковые цепи с связью No 1,6.

Синтез обезвоживания это процесс, в котором конкретные мономеры, небольшие субъединицы идентичных или достаточно похожих молекул, могут собираться в более длинные цепи, которые называются полимерами. Например, индивидуальные моносахариды, такие как глюкоза, ковалентно связаны вместе с помощью удаления двух водородов и одного кислорода, формируя воду в качестве побочного продукта. Реагенты будут продолжать терять воду, таким образом, происходит обезвоживание, в то время как они синтезируются в полимер, углевод типа амилозы.

Таким образом, этот процесс создаёт широкий набор возможностей кроме преобразования сахара в сложные крахмалы.

Dehydration Synthesis – Chemical reaction that forms covalent bonds by removing water molecules. Glycosidic Bond – Covalent bond formed between sugar molecules during carbohydrate synthesis. Peptide Bond – Link between amino acids formed by removing water during protein synthesis. Ester Bond – Bond formed between glycerol and fatty acids in lipids through water loss. Phosphodiester Bond – Linkage between nucleotides in DNA and RNA formed during polymerization.

Define dehydration synthesis – Describe how this chemical reaction forms macromolecules by linking monomers. (e.g., dehydration synthesis) Contrast macromolecule synthesis – Show the types of bonds formed during synthesis of carbohydrates, proteins, lipids, and nucleic acids. (e.g., peptide bond) Explore bonding – Identify how water is removed and new covalent bonds are formed in each macromolecule type. (e.g., glycosidic linkage) Explain mechanism or process – Outline the step-by-step process of dehydration synthesis, including water release and bond formation. Apply in context – Connect dehydration synthesis to biological processes like biosynthesis and digestion at the cellular level.

Questions that this Dehydration Synthesis Video will help you answer: How does dehydration synthesis help build biological macromolecules? What are the bonds formed in proteins, lipids, and nucleic acids during dehydration synthesis? What role does water play in dehydration synthesis reactions?

Students – Understand how all major biomolecules are synthesized. Educators – Demonstrates a core biochemical process across macromolecule types. Researchers – Reinforces the link between structure and synthesis in molecular biology. Science Enthusiasts – Connects chemistry and biology through real-life molecular assembly.