3.5: Dehydration Synthesis
3.5: Synthèse de déshydratation
Overview
Dehydration synthesis is the chemical process in which two molecules are covalently linked together with the release of a water molecule. Many physiologically important compounds are formed by dehydration synthesis, for example, complex carbohydrates, proteins, DNA, and RNA.
Dehydration Synthesis Creates the Building Blocks of Life
Sugar molecules can be covalently linked together by dehydration synthesis, also called condensation reaction. The resulting stable bond is called a glycosidic bond. To form the bond, a hydroxyl (-OH) group from one reactant and a hydrogen atom from the other form water, while the remaining oxygen links the two compounds. For each additional bond that is formed, another molecule of water is released, literally dehydrating the reactants. For example, individual glucose molecules (monomers) can undergo repeated dehydration synthesis to create a long chain or branched compound. Such a compound, with repeating identical or similar subunits, is called a polymer. Given the diverse set of sugar monomers, and variation in the location of the linkage, a virtually unlimited number of sugar polymers can be built.
The Multiple Functions of Carbohydrates in Living Organisms
Plants produce simple carbohydrates from carbon dioxide and water in a process called photosynthesis. Plants store the resulting sugars (i.e., energy) as starch, a polysaccharide that is created from glucose molecules by dehydration synthesis. Cellulose is likewise built from glucose monomers and is the building block of the cell wall in plants.
Animals consume complex carbohydrates and break them down. The monosaccharides are then used for energy production or stored in the form of glycogen. Glycogen is a branched polysaccharide made from glucose monomers by dehydration synthesis. Furthermore, monosaccharides are used as raw material for small organic building blocks like nucleic acids, amino acids, and fatty acids.
Most animals cannot digest cellulose that is synthesized by plants. Instead, the insoluble fiber passes through the digestive system with very beneficial side effects: it helps pass food along and increases the amount of water that is retained in the intestine. Some animals, such as cows, have bacteria in their gut that produce enzymes to break down cellulose, thereby making glucose available to the cow.
Amylose, Glycogen, and Cellulose All Consist of Glucose
How can amylose (the linear part of starch), glycogen, and cellulose all be made of the same base component but differ in their properties? The difference lies in the type of linkage between individual glucose molecules. Cellulose has β-1,4 linkages of glucose, meaning that a glucose monomer with carbon number one in β-form (i.e., the hydroxyl group at carbon number one is pointing up) is linked to carbon number 4 in the neighboring glucose monomer. The glucose monomers in amylose are connected with α-1,4 linkages. Glycogen also has α-1,4 linkages, but additional side chains with α-1,6 linkage.
Aperçu
La synthèse de déshydratation est le processus chimique dans lequel deux molécules sont associées avec la libération d’une molécule d’eau. De nombreux composés physiologiquement importants sont formés par la synthèse de la déshydratation, par exemple, les glucides complexes, les protéines, l’ADN et l’ARN.
La synthèse de déshydratation crée les éléments constitutifs de la vie
Les molécules de sucre peuvent être associées par la synthèse de déshydratation, également appelée réaction de condensation. L’obligation stable qui en résulte est appelée liaison glycosidique. Pour former le lien, un groupe d’hydroxyle (-OH) d’un réactif et d’un atome d’hydrogène de l’autre forment de l’eau, tandis que l’oxygène restant relie les deux composés. Pour chaque lien supplémentaire qui se forme, une autre molécule d’eau est libérée, déshydratant littéralement les réactifs. Par exemple, les molécules de) glucose individuelles (monomères) peuvent subir une synthèse répétée de déshydratation pour créer une longue chaîne ou un composé ramifié. Un tel composé, avec des sous-unités identiques ou similaires répétées, est appelé polymère. Compte tenu de l’ensemble diversifié de monomères de sucre, et la variation dans l’emplacement de la liaison, un nombre pratiquement illimité de polymères de sucre peut être construit.
Les multiples fonctions des glucides dans les organismes vivants
Les plantes produisent des glucides simples à partir de dioxyde de carbone et d’eau dans un processus appelé photosynthèse. Les plantes stockent les sucres qui en résultent (c.-à-d. l’énergie) comme amidon, un polysaccharide qui est créé à partir de molécules de glucose par synthèse de déshydratation. La cellulose est également construite à partir de monomères de glucose et est le bloc de construction de la paroi cellulaire dans les plantes.
Les animaux consomment des glucides complexes et les décomposent. Les monosaccharides sont ensuite utilisés pour la production d’énergie ou stockés sous forme deglycogène. Le glycogène est un polysaccharide ramifié fabriqué à partir de monomères de glucose par synthèse de déshydratation. En outre, les monosaccharides sont utilisés comme matière première pour les petits blocs organiques comme les acides nucléiques, les acides aminés et les acides gras.
La plupart des animaux ne peuvent pas digérer la cellulose qui est synthétisée par les plantes. Au lieu de cela, la fibre insoluble passe à travers le système digestif avec des effets secondaires très bénéfiques: il aide à transmettre les aliments le long et augmente la quantité d’eau qui est retenue dans l’intestin. Certains animaux, comme les vaches, ont des bactéries dans leur intestin qui produisent des enzymes pour décomposer la cellulose, rendant ainsi le glucose disponible à la vache.
Amylose, glycogène et cellulose se composent tous de glucose
Comment l’amylose (la partie linéaire de l’amidon), le glycogène et la cellulose peuvent-elles être faites du même composant de base, mais diffèrent dans leurs propriétés ? La différence réside dans le type de lien entre les molécules de glucose individuelles. La cellulose a des liaisons β-1,4 de glucose, ce qui signifie qu’un monomère de glucose avec le carbone numéro un sous forme β (c.-à-d. le groupe hydroxyle au carbone numéro un est pointé vers le haut) est lié au numéro de carbone 4 dans le monomère voisin de glucose. Les monomères de glucose dans l’amylose sont reliés aux liens α-1,4. Le glycogène a également des liaisons α-1,4, mais des chaînes latérales supplémentaires avec un lien α-1,6.
