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3.5: 脱水合成
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3.5: 脱水合成

脱水合成是指两个分子共价连接在一起,同时释放出一个水分子的化学过程。许多生理上重要的化合物是通过脱水合成而形成的,例如,复合碳水化合物、蛋白质、DNA和RNA。

脱水合成创造生命的基石

糖分子可以通过脱水合成共价连接在一起,也称为缩合反应。由此产生的稳定键称为糖苷键。为了形成键,一个反应物的羟基(-OH)和另一个反应物的氢原子形成水,而其余的氧连接这两个化合物。对于形成的每一个额外的键,另一个分子的水被释放,实际上脱水反应物。例如,单个葡萄糖分子(单体) 可以进行重复脱水合成以生成长链或支链化合物。这种具有重复相同或相似亚基的化合物称为聚合物。考虑到糖单体的多样性,以及连接位置的变化,可以构建几乎无限数量的糖聚合物。

碳水化合物在生物体内的多种功能

植物在光合作用的过程中产生二氧化碳和水的简单碳水化合物。植物将产生的糖(即能量)储存为淀粉,淀粉是由葡萄糖分子脱水合成的多糖。纤维素同样是由葡萄糖单体构成,是植物细胞壁的基石。

动物消耗复杂的碳水化合物并将其分解。然后,单糖被用于能量生产或以糖原的形式储存。糖原是一种由葡萄糖单体脱水合成的支链多糖。此外,单糖被用作小的有机构建块的原料,如核酸、氨基酸和脂肪酸。

大多数动物不能消化植物合成的纤维素。相反,不溶性纤维会通过消化系统,产生非常有益的副作用:它有助于食物的传递,并增加留在肠道中的水分。一些动物,如奶牛,肠道中有细菌,它们产生酶分解纤维素,从而使葡萄糖可供奶牛使用。

直链淀粉、糖原和纤维素都含有葡萄糖。

直链淀粉(淀粉的直链部分)、糖原和纤维素是如何由相同的碱组分组成,但它们的性质不同的呢?区别在于单个葡萄糖分子之间的连接方式。纤维素具有葡萄糖的β-1,4键,这意味着具有β-1中碳数1的葡萄糖单体(即碳数1处的羟基向上)与相邻葡萄糖单体中的碳数4相连。直链淀粉中的葡萄糖单体与α-1,4键相连。糖原还具有α-1,4键,但具有α-1,6键的附加侧链。

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