Определение моносахаридов
Моносахарид является самой основной формой углеводов. Моносахариды могут объединяться через гликозидные связи с образованием более крупных углеводов, известных как олигосахариды или полисахариды. Олигосахарид только с двумя моносахаридами известен как дисахарид, Когда более 20 моносахаридов объединяются с гликозидными связями, олигосахарид становится полисахарид, Некоторые полисахариды, такие как целлюлоза, содержат тысячи моносахаридов. Моносахарид представляет собой тип мономер, или молекула которые могут объединяться с одинаковыми молекулами для создания большего полимера.
Функция моносахарида
Моносахариды имеют много функций внутри клеток. Прежде всего, моносахариды используются для производства и хранения энергии. Большинство организмов создают энергию, разрушая моносахаридную глюкозу и собирая энергию, выделяемую связями. Другие моносахариды используются для формирования длинных волокон, которые могут использоваться в качестве формы клеточной структуры. Растения создают целлюлозу для выполнения этой функции, в то время как некоторые бактерии может произвести подобное клеточная стенка от немного разных полисахаридов. Даже клетки животных окружают себя сложной матрицей полисахаридов, все из которых сделаны из более мелких моносахаридов.
Моносахаридная структура
Все моносахариды имеют одинаковую общую формулу (CH2O) n, которая обозначает центральную молекулу углерода, связанную с двумя атомами водорода и одним кислородом. Кислород также будет связываться с водородом, создавая гидроксильная группа, Поскольку углерод может образовывать 4 связи, несколько из этих углеродных молекул могут связываться вместе. Один из атомов углерода в цепи образует двойную связь с кислородом, который называется карбонильная группа, Если этот карбонил встречается в конце цепи, моносахарид находится в семействе альдоз. Если карбоксильная группа находится в середине цепи, моносахарид находится в семействе кетоз.
Над изображением глюкозы. Глюкоза является одним из наиболее распространенных моносахаридов в природе, который используется практически всеми формами жизни. Этот простой моносахарид состоит из 6 атомов углерода, каждый из которых обозначен на изображении. Первый углерод – это карбонильная группа. Поскольку глюкоза находится в конце молекулы, она относится к семейству альдоз. Как правило, моносахариды с более чем 5 атомами углерода существуют в виде колец в растворах воды. Гидроксильная группа на пятом углероде будет реагировать с первым углеродом. Гидроксильная группа отдает свой атом водорода, когда она образует связь с первым углеродом. Кислород с двойной связью на первом углероде связывается с новым водородом, когда вторая связь с углеродом разрывается. Это образует полностью связное и стабильное кольцо из углерода.
Примеры моносахаридов
глюкоза
Глюкоза является важным моносахаридом в том смысле, что она обеспечивает как энергию, так и структуру для многих организм, Молекулы глюкозы могут разрушаться при гликолизе, обеспечивая энергию и прекурсоры для клеточное дыхание, Если клетка в данный момент больше не нужно энергии, глюкоза может храниться путем сочетания ее с другими моносахаридами. Растения хранят эти длинные цепи в виде крахмала, который впоследствии можно разобрать и использовать в качестве энергии. Животные накапливают цепи глюкозы в полисахариде гликогена, который может хранить много энергии.
Глюкоза также может быть связана в длинных цепочках моносахаридов с образованием полисахаридов, которые напоминают волокна. Растения обычно производят это в виде целлюлозы. Целлюлоза является одной из самых распространенных молекул на планете, и если бы мы могли взвесить все это одновременно, она бы весила миллионы тонн. каждый растение использует целлюлозу, чтобы окружить каждую клетку, создавая жесткие клеточные стенки, которые помогают растениям расти и оставаться напыщенный, Без способности моносахаридов соединяться в эти длинные цепи растения были бы плоскими и мягкими.
фруктоза
Хотя фруктоза почти идентична глюкозе, это немного другая молекула. Формула ((CH2O) 6) такая же, но структура сильно отличается. Ниже изображение фруктозы:
Обратите внимание, что вместо карбонильной группы, находящейся на конце молекулы, как в глюкозе, она является вторым атомом углерода. Это делает фруктозу кетозой, а не альдозой. Как и глюкоза, фруктоза все еще имеет 6 атомов углерода, каждый с присоединенной гидроксильной группой. Однако, поскольку кислород с двойной связью во фруктозе существует в другом месте, образуется кольцо немного другой формы. В природе это имеет большое значение в том, как сахар обрабатывается. Большинство реакций в клетках катализируются специфическими ферментами. Каждый моносахарид разной формы нуждается в специфическом ферменте для расщепления.
Фруктоза, поскольку она является моносахаридом, может быть объединена с другими моносахаридами с образованием олигосахаридов. Очень распространенный дисахарид, полученный из растений, сахароза, Сахароза – это одна молекула фруктозы, связанная с молекулой глюкозы через гликозидную связь.
галактоза
Галактоза – это моносахарид, вырабатываемый многими организмами, особенно млекопитающими. Млекопитающие используют галактозу в молоке, чтобы дать энергию своему потомству. Галактоза в сочетании с глюкозой образует дисахаридную лактозу. Связи в лактозе содержат много энергии, и новорожденные млекопитающие создают специальные ферменты, чтобы разорвать эти связи. После отлучения от молока их матери ферменты, которые расщепляют лактозу на моносахариды глюкозы и галактозы, теряются.
Люди, будучи единственным млекопитающим вид который потребляет молоко в зрелом возрасте, разработал некоторые интересные функции фермента. В группах, которые пьют много молока, большинство взрослых способны переваривать лактозу большую часть своей жизни. В популяциях, которые не пьют молоко после отъема, непереносимость лактозы поражает почти всю Население, Хотя моносахариды могут быть расщеплены по отдельности, молекула лактоза больше не может перевариваться. Симптомы непереносимости лактозы (спазмы в животе и диарея) вызваны токсинами, вырабатываемыми бактериями в кишечнике, переваривающими избыток лактозы. Токсины и избыток питательных веществ, которые они создают, повышают общее количество растворенных веществ в кишечнике, заставляя их удерживать больше воды для поддержания стабильного рН.
- дисахарид – Два моносахарида, связанные гликозидной связью.
- олигосахариды – 3-20 моносахаридов, связанных гликозидными связями, обычно используются для перемещения моносахаридов и их хранения в течение короткого времени.
- полисахарид – Многие (более 20) моносахаридов, обычно связанных длинными цепями, используются для хранения или структурной поддержки.
- углевод – Сахар и крахмал, все из моносахаридов.
викторина
1. Сукралоза, обычный искусственный подсластитель, похожа по форме на сахарозу, сахар, производимый растениями. Однако вместо гидроксильных групп (ОН), связанных со всеми атомами углерода, в структуре сукралозы есть несколько атомов хлора (Cl). Исследования показали, что, хотя большая часть потребляемой сукралозы проходит через человека, 2-8% ее метаболизируется. Почему это может создать проблему для человека, переваривающего сукралозу?A. Он не обеспечивает столько калорий, сколько сахароза.B. Без гидроксильных групп организм не может функционировать.C. Ферменты организма не приспособлены к метаболизму сукралозы.
Ответ на вопрос № 1
С верно. Атомы хлора в молекуле сукралозы могут представлять серьезную проблему для ферментов организма. Часть механизма, который связывает фермент с подложка это форма молекулы. Как только реакция происходит, продукты должны быть выпущены. Если сахароза, фермент, который переваривает сахарозу, ингибируется или повреждается атомами хлора, фермент может перестать функционировать. Хотя организм может производить больше ферментов, если количество поступившей сукралозы превысит выработку организмом новых ферментов, человек больше не сможет переваривать сахарозу. Это может привести к дефициту питательных веществ или другим вредным побочным эффектам.
2. Аминокислота – это особая молекула, которая может быть добавлена в цепочку для создания белка. Аминокислота не является углеводом. Какие из следующих терминов описывают аминокислоты ?A. мономерB. моносахаридовC. полимер
Ответ на вопрос № 2
верно. Аминокислота представляет собой единое целое, которое можно комбинировать с другими аминокислотами для создания полимеров аминокислот. Это делает отдельную аминокислоту мономером. Термин сахарид это другое слово для сахара. Поскольку аминокислоты не являются сахарами, они не являются моносахаридами. Однако моносахарид является мономером, поскольку он может образовывать полисахаридные полимеры при последовательном соединении с другими моносахаридами.
3. Как уже упоминалось, моносахариды, состоящие из более чем 5 атомов углерода, часто имеют тенденцию образовывать кольца в природе. Взаимодействие, которое заставляет их образовывать кольца, происходит из-за сил полярных молекул воды, действующих на моносахариды. Если моносахариды находятся в неполярных местах решение что они будут образовывать?A. СпиралиB. Линейные молекулыC. Кольца
Ответ на вопрос № 3
В верно. В неполярном растворе никакие силы не будут тянуть молекулу внутрь себя, а неполярные области молекулы будут образовывать слабые взаимодействия с раствором. Если бы кольцо начало формироваться, найти источник атомов водорода было бы нелегко, поскольку в неполярных растворах часто имеется мало свободных ионов для использования. В воде много свободных ионов водорода доступны для создания связей. Без них и сил, создаваемых полярными молекулами воды, углерод скелет останется в виде жесткой линейной молекулы.