Химия на въглехидратите - определение, структура; функция

Изображение: “Isomerism-ball-V2.de.svg” от Isomerism-ball.svg. Лиценз: CC BY 3.0

Какво представляват въглехидратите? Структура и функция на въглехидратите

Въглехидратите са алдехидите или кетоните на полиалкохоли (алкохоли с няколко карбоксилни групи), които имат въглерод и вода в съотношение 1: 1. Химичната формула е Cn (H20) n. За хексоза с 6 въглеродни атома емпиричната формула ще бъде C6 (H20) 6.

Броят на въглехидратите, свързани с Physikum, е много ограничен и с няколко трика можете да ги научите и разберете много бързо.

Монозахариди (или прости захари) могат да бъдат допълнително класифицирани чрез преброяване на техните въглеродни атоми.
Най-подходящите монозахариди за метаболизма (и физиката) са Hexoses (6 въглеродни атома) и Пентози (5-въглеродни атоми). В малка степен въглехидратите с повече или по-малко въглеродни атоми също играят роля, напр. глицералдехид (3 въглеродни атома), еритроза (4 въглеродни атома) или седухептолоза (7 въглеродни атома), от които последните два представляват междинен продукт в хексозо-монофосфатния път на глюкозата (виж по-долу). С изключение на седухептолозата обаче във Physikum нямаше въпроси за тетрози, триози или хептози, поради което и тук не се разглеждат по-нататък.

Хиралност и изомеризъм на монозахаридите

D-глюкоза в проекцията на Ben's Fischer; Yikrazuul (Собствена работа) [Обществено достояние], чрез Wikimedia Commons

D и L номенклатурата на захарите винаги се отнася до позицията на OH групата върху атом С5 в проекцията на Fischer (т.е. 2-ри атом C от дъното). Ако OH групата е вляво, това е L захар, ако е вдясно, това е D (лат. Dexter = дясно) захар. Всички захари, които се появяват в човешкото тяло, са D-захари.

3 от 4-те най-важни хексози за тялото са Изомери и следователно много сходни помежду си, което от една страна улеснява обучението, но от друга страна са необходими специални грижи, за да се избегне объркването им.

Екскурс: взаимоотношения на стереохимия и изомерия на най-важните въглехидрати

Тази блок-схема може да се използва за идентифициране на всички изомери, не само тези на въглехидратите, но и всички изомери в органичната химия.

Изображение: “Isomerism-ball-V2.de.svg” от Isomerism-ball.svg. Лиценз: CC BY 3.0

Конституционни изомери = структурни изомери (една и съща емпирична формула, различни модели на свързване)
Стереоизомерия (една и съща емпирична формула, еднакъв модел на връзка, различно пространствено разположение)
По-съобразителен (могат да бъдат преобразувани един в друг чрез завъртане на заместителите на C-C единични връзки (форма на вана/форма на стол)
Конфигурационни изомери (Същият модел на връзка, различно разположение на заместителите около центъра)
Цис/транс изомери (Не може да се преобразува един в друг чрез завъртане на заместителите, под. Са противоположни (транс) или от една и съща страна (cis) (често с двойни връзки)
Хиралност (С атом асиметрично заместен)
Енантиомери (молекули с огледално изображение)
Диастереомери (не (напълно) огледални молекули)

При запомняне на структурната формула на най-важната хексоза, глюкоза, От което могат да се синтезират всички останали хексози и чрез чийто разграждане (гликолиза) се покриват 50% от дневните енергийни нужди на човек, човек може да се задоволи с пожарната. "Ta Tü Ta Ta„Кодът за задоволяващите желанието молекули глюкоза е, ако си спомняте, че започвайки с 1-ия хирален въглероден атом,„ tü “означава група OH вляво и„ ta “за група OH вдясно.

"DL-галактоза" от NEUROtiker - собствена работа. Лицензиран под публичното достояние чрез Wikimedia Commons.

The Галактоза е епимер на глюкоза и се различава само в 1 хирален център (С4). Ако свържете OH групите, ще получите „галактически боец“, един вид космически кораб.

The Маноза също е епимер на глюкоза и се различава само по 2-ри въглероден атом. Можете също да запомните "Вторият човек е Епимер.“, Което означава, че 2-рият въглероден атом на манозата е епимер към глюкозата.

Последната захар в групата на 4-те най-важни захари за организма и физикум това Фруктоза, се различава най-много от глюкозата, тъй като тя има своята карбонилна група в С2 атома и следователно една Кетоза е. Фруктозата образува фураноза като пръстен, вместо останалите 3 хексози, които образуват пираноза.

Затварянето на пръстена до един Пираноза се появява в алдозите чрез реакция между функционалната алдехидна група на C1 и OH групата на C5. Получената молекула също се нарича Хемиацетален. Новосъздадената карбоксилна група в новия хирален център е силно реактивна, тъй като дава на захарта нейните редуциращи способности, дори има свое име: гликозидна OH група.

A Полукетал (напр. фруктоза) се образува, когато кето групата на С2 на кетоза реагира с хидроксилната група на С5, което води до пираноза вместо Фураноза.

Пиранози или фуранози обикновено се пишат в Формула на Хауърт, по този начин се добавя друго правило за номенклатура, но то е също толкова просто, колкото номенклатурата D/L.

Ако OH групата на 1-ви въглероден атом е отдолу, това е α-молекула, ако е отгоре, това е β.

Правилото "FLOH" е полезно за превръщането на захарта от проекцията на Fischer във формулата на Haworth и обратно, което гласи: "Какво в F.е тя лмастила е, е Оben at З.aworth.".

са α- и β-глюкози Аномери и могат да бъдат преобразувани един в друг чрез формата с отворена верига. Тъй като обаче в α-глюкозата OH групите на атомите C1 и C2 са по-близо една до друга, отколкото в β-глюкозата и в природата е гарантирано, че преобладават възможно най-ниските енергийни условия, равновесието е на страната на β-глюкозата отложено.

В Конформация на стола цис-транс изомерията и пространствената структура на молекулите се разпознават най-добре.

Въпросът често е кои OH групи са аксиални или екваториални. Тук хидроксилните групи ще бъдат подравнени екваториално, аксиалното положение винаги може да бъде разпознато по вертикалната връзка (тук водородните атоми).

Най-важната пентоза от всички е D-рибозата, чието точно формиране се осигурява от пътя на пентозата фосфат. Пентозите са основни компоненти на рибонуклеиновите киселини.

Форми на свързване на захари

Захарите могат както помежду си, така и с други молекули гликозидни връзки Прави се разлика между О-гликозидна връзка и N-гликозидна връзка.
A О-гликозидни Свързването възниква, когато аномерните въглеродни атоми на две молекули реагират. Номенклатурата на тези връзки отново се състои от α или β конформация и именуване на номерата на съответните аномерни центрове.

Както при монозахаридите, α-β конформацията е свързана с положението „отгоре“ (β) или „отдолу“ (α).

The N-гликозидни Свързването описва свързването на захар не с друга OH група, а с NH група на друга молекула. Най-честата поява на това свързване е с аспарагин, но също така и свързването на ДНК рибоза с основи като В. Аденин трябва да се отбележи под ключовата дума "n-гликозидни връзки".

Систематика на въглехидратите

Аз дизахариди

Въпреки че има невероятно голям брой дизахариди, само три са от съществено значение за Physikum, включително тяхната структурна формула и всички особености като разцепване и форма на връзка.

Захароза (фруктоза + глюкоза)
Лактоза (галактоза + глюкоза)
Малтоза (глюкоза + глюкоза)

Захароза

Важното за захарозата е тя не намалява е, защото всички аномерни карбоксилни групи участват в връзката.

Лактоза, млечната захар

Разцепването на клинично значимата лактоза е изключение за човешкото тяло. The β-гликозидни Свързването с лактоза е единствената β-гликозидна връзка, която може да бъде нарушена от хората. С метаболитния дефект на Непоносимост към лактоза това разцепване на β-гликозидната връзка вече не е възможно. Типичните оплаквания като диария и болка в корема възникват, защото лактозата остава в чревния лумен поради неуспешното разграждане и осмотично изтегля вода от заобикалящата я среда.

Малтоза, бирената захар

Малтозата (и изомалтозата Glc α1è6 Glc) се произвежда, наред с други неща, когато нишестето се разгражда от α-амилазата. Малтозата е редуцираща захар.

Намаляващи и нередуциращи захари могат лесно да бъдат разграничени от наличието на нередуциращи дизахариди в тяхно име 2 гръцки букви имат (захароза: α-D-глюкоза (1,2) - β-фруктоза) и редуциращи само една (малтоза: α-глюкоза (1,4) - глюкоза)

II олигозахариди

Олигозахаридите са съединения, които се състоят от 3-20 захари, те играят роля в метаболизма главно като гликопротеини.

III полизахариди

Полизахаридите са въглехидратите, за които вероятно се мисли първо благодарение на диетата, културизма и алтернативния начин на живот, които се популяризират от медиите. Сила, големият враг на „диетата с ниско съдържание на въглехидрати“ е например полизахаридът.
За общата структура на полизахаридите трябва да се знае, че има хетерогликани и хомогликани. Хетерогликани се състои от няколко различни монозахариди, докато Хомогликани са низ от няколко еднакви монозахариди.

Най-важните хомогликани са целулоза, гликоген и нишесте, всички те се състоят от няколко молекули глюкоза.

Сила е съхранението на въглехидрати на растенията, за разлика от Гликоген, как животните (включително хората) съхраняват въглехидрати. Нишестето се състои от амилоза (α- (1,4) Glc) и амилопектин (α- (1,4) Glc, а понякога и α- (1,6) Glc), който е разклонен от своите α (1.6) връзки. Гликогенът също се състои от α- (1,4) Glc и α- (1,6) Glc (гликозидни връзки между молекулите на глюкозата), но има повече α- (1,6) връзки, поради което е по-разклонен от амилопектина.

Целулозата не играе роля в човешкия метаболизъм, но е важна Фибри и поддържа червата в неговата функция.

IV хетерогликани. Сложно изградено, лесно за разбиране

Хетерогликаните са полизахариди, съставени от поне два различни монозахарида.

По-нататък те се разделят на:

Мукополизахариди
Протеогликани
Гликопротеини

Мукополизахариди (гликозаминогликани)

Тези полизахариди се намират главно в извънклетъчния матрикс и го поддържат опънат благодарение на отличния си водосвързващ капацитет. Тази, използвана от козметичната индустрия Хиалуронова киселина е мукополизахарид и неговите водосвързващи свойства трябва да запълнят бръчките и да стегнат кожата.

Протеогликани

Протеогликаните са основно гликозаминогликани, които са ковалентно свързани към протеинов скелет (Основен протеин) са свързани така, че захаридните вериги са организирани и не се разпространяват дифузно и без структура в извънклетъчния матрикс. Делът на захаридите е относително по-висок от този на протеините.

Гликопротеини

Гликопротеините са захариди, свързани с протеини; техният дял е относително по-нисък от този на протеините. Привързването на олигозахариди към протеин се нарича гликозилиране и е пост-транслационна модификация, която се среща предимно в апарата на Голджи. Почти всички клетки в кръвта, с изключение на албумина, са гликозилирани. Следователно гликопротеините имат различни задачи, като например в имунната защита като имуноглобулини.

Лесна диференциация при изпитите:

Протеогликани: повече въглехидрати, отколкото протеини, не разклонена верига.

Гликопротеини: по-малко въглехидрати от протеините, разклонена верига.

С тази основна информация се създава основата за записване на целия въглехидратен метаболизъм.

подувам

Löffler/Petrides Biochemistry and Pathobiochemistry, 8-мо издание

Кратък учебник по биохимия, Königshoff/Brandenburger, Thieme Verlag, 1-во издание

MediLearn, Biochemistry 3, H. Curth, Deutsche Ärzte Finanz, 7-мо издание