Sifat dan struktur karbohidrat. Fungsi karbohidrat

2024 Pengarang: Angel Austin | [email protected]. Terakhir diubah: 2023-12-17 05:30

Bagi tubuh manusia, seperti halnya makhluk hidup lainnya, energi sangat dibutuhkan. Tanpa itu, tidak ada proses yang bisa terjadi. Bagaimanapun, setiap reaksi biokimia, setiap proses enzimatik atau tahap metabolisme membutuhkan sumber energi.

Oleh karena itu, pentingnya zat yang memberi tubuh kekuatan untuk hidup sangat besar dan penting. Apa saja zat-zat tersebut? Karbohidrat, protein, lemak. Struktur masing-masing berbeda, mereka termasuk dalam kelas senyawa kimia yang sama sekali berbeda, tetapi salah satu fungsinya serupa - memberi tubuh energi yang diperlukan untuk kehidupan. Pertimbangkan satu kelompok zat yang terdaftar - karbohidrat.

Klasifikasi karbohidrat

Komposisi dan struktur karbohidrat sejak ditemukan ditentukan oleh namanya. Memang, menurut sumber awal, diyakini bahwa ini adalah sekelompok senyawa yang strukturnya memiliki atom karbon yang terkait dengan molekul air.

Analisis yang lebih menyeluruh, serta akumulasi informasi tentang keanekaragaman zat ini, memungkinkan untuk membuktikan bahwa tidak semua perwakilan hanya memiliki komposisi seperti itu. Namunfitur ini masih salah satu yang menentukan struktur karbohidrat.

Klasifikasi modern dari kelompok senyawa ini adalah sebagai berikut:

1. Monosakarida (ribosa, fruktosa, glukosa, dll.).
2. Oligosakarida (biosis, triosa).
3. Polisakarida (pati, selulosa).

Selain itu, semua karbohidrat dapat dibagi menjadi dua kelompok besar berikut:

• memulihkan;
• non-restoratif.

Struktur molekul karbohidrat masing-masing kelompok akan dibahas lebih detail.

Monosakarida: karakteristik

Kategori ini mencakup semua karbohidrat sederhana yang mengandung gugus aldehida (aldosa) atau keton (ketosa) dan tidak lebih dari 10 atom karbon dalam struktur rantainya. Jika dilihat dari jumlah atom pada rantai utamanya, maka monosakarida dapat dibedakan menjadi:

• triosa (gliseraldehida);
• tetrosa (erythrulose, erythrose);
• pentosa (ribosa dan deoksiribosa);
• heksosa (glukosa, fruktosa).

Semua perwakilan lainnya tidak sepenting yang terdaftar.

Fitur struktur molekul

Menurut strukturnya, monosa dapat disajikan baik dalam bentuk rantai maupun dalam bentuk karbohidrat siklik. Bagaimana ini terjadi? Masalahnya adalah atom karbon pusat dalam senyawa adalah pusat asimetris di mana molekul dalam larutan dapat berputar. Ini adalah bagaimana isomer optik dari monosakarida bentuk L dan D terbentuk. Di manarumus glukosa, yang ditulis dalam bentuk rantai lurus, secara mental dapat ditangkap oleh gugus aldehida (atau keton) dan digulung menjadi bola. Rumus siklik yang sesuai akan diperoleh.

Struktur kimia karbohidrat deret monoz cukup sederhana: sejumlah atom karbon membentuk rantai atau siklus, dari masing-masing gugus hidroksil dan atom hidrogen terletak pada sisi yang berbeda atau sama. Jika semua struktur dengan nama yang sama berada di satu sisi, maka terbentuklah isomer D, jika berbeda dengan pergantian satu sama lain, maka terbentuklah isomer-L. Jika kita menuliskan rumus umum dari perwakilan paling umum dari monosakarida glukosa dalam bentuk molekul, maka akan terlihat seperti: _{. Selain itu, catatan ini juga mencerminkan struktur fruktosa. Bagaimanapun, secara kimia, kedua monosa ini adalah isomer struktural. Glukosa adalah alkohol aldehida, fruktosa adalah alkohol keto.}

Struktur dan sifat karbohidrat dari sejumlah monosakarida saling terkait erat. Memang, karena adanya gugus aldehida dan keton dalam komposisi struktur, mereka termasuk dalam aldehida dan keto alkohol, yang menentukan sifat kimianya dan reaksi yang dapat mereka masuki.

Dengan demikian, glukosa menunjukkan sifat kimia berikut:

1. Reaksi karena adanya gugus karbonil:

• oksidasi - reaksi "cermin perak";
• dengan tembaga (II) hidroksida yang baru diendapkan - asam aldonat;
• oksidator kuat mampu membentuk asam dibasa (aldarik), tidak hanya mengubah aldehida, tetapi juga satu gugus hidroksil;
• pemulihan - diubah menjadi alkohol polihidrat.

2. Molekul ini juga mengandung gugus hidroksil, yang mencerminkan strukturnya. Sifat karbohidrat dipengaruhi oleh data pengelompokan:

• kemampuan untuk alkylate - pembentukan eter;
• asilasi - pembentukan ester;
• reaksi kualitatif untuk tembaga (II) hidroksida.

3. Sifat glukosa yang sangat spesifik:

• butirat;
• alkohol;
• fermentasi asam laktat.

Fungsi yang dilakukan di dalam tubuh

Struktur dan fungsi karbohidrat dari deret monosa berkaitan erat. Yang terakhir terdiri, pertama-tama, dalam partisipasi dalam reaksi biokimia organisme hidup. Apa peran monosakarida dalam hal ini?

1. Dasar produksi oligo- dan polisakarida.
2. Pentosa (ribosa dan deoksiribosa) adalah molekul terpenting yang terlibat dalam pembentukan ATP, RNA, DNA. Dan mereka, pada gilirannya, adalah pemasok utama materi, energi, dan protein herediter.
3. Konsentrasi glukosa dalam darah manusia adalah indikator sebenarnya dari tekanan osmotik dan perubahannya.

Oligosakarida: struktur

Struktur karbohidrat kelompok ini direduksi menjadi adanya dua (diosis) atau tiga (triosa) molekul monosakarida dalam komposisi. Ada juga yang mencakup 4, 5 atau lebih struktur (hingga 10), tetapi yang paling umum adalah disakarida. Artinya, selama hidrolisissenyawa terurai menjadi glukosa, fruktosa, pentosa, dan sebagainya. Senyawa apa yang termasuk dalam kategori ini? Contoh khasnya adalah sukrosa (gula tebu biasa), laktosa (komponen utama susu), m altosa, laktulosa, isom altosa.

Struktur kimia karbohidrat deret ini memiliki ciri-ciri sebagai berikut:

1. Rumus umum spesies molekul: C₁₂H₂₂O_11.
2. Dua residu monosa yang identik atau berbeda dalam struktur disakarida dihubungkan satu sama lain menggunakan jembatan glikosidik. Sifat senyawa ini akan menentukan kemampuan mereduksi gula.
3. Mengurangi disakarida. Struktur karbohidrat jenis ini terdiri dari pembentukan jembatan glikosidik antara hidroksil dari aldehida dan gugus hidroksil dari molekul monos yang berbeda. Ini termasuk: m altosa, laktosa, dan sebagainya.
4. Non-reduksi - contoh khas sukrosa - ketika jembatan terbentuk antara hidroksil hanya dari gugus yang sesuai, tanpa partisipasi struktur aldehida.

Dengan demikian, struktur karbohidrat dapat direpresentasikan secara singkat sebagai rumus molekul. Jika diperlukan struktur detail yang detail, maka dapat digambarkan menggunakan proyeksi grafis Fisher atau rumus Haworth. Secara khusus, dua monomer siklik (monosa) berbeda atau identik (tergantung pada oligosakarida), saling berhubungan oleh jembatan glikosidik. Saat membangun, kemampuan pemulihan harus diperhitungkan untuk menampilkan koneksi dengan benar.

Contoh molekul disakarida

Jika tugasnya dalam bentuk: "Perhatikan fitur struktural karbohidrat", maka untuk disakarida yang terbaik adalah menunjukkan terlebih dahulu apa residu monosanya. Jenis yang paling umum adalah:

• sukrosa - dibuat dari alfa-glukosa dan beta-fruktosa;
• m altosa - dari residu glukosa;
• cellobiose - terdiri dari dua residu beta-glukosa bentuk-D;
• laktosa - galaktosa + glukosa;
• laktulosa - galaktosa + fruktosa dan seterusnya.

Kemudian, menurut residu yang tersedia, formula struktural harus dibuat dengan indikasi yang jelas tentang jenis jembatan glikosidik.

Penting bagi organisme hidup

Peran disakarida juga sangat penting, tidak hanya strukturnya saja yang penting. Fungsi karbohidrat dan lemak umumnya serupa. Dasarnya adalah komponen energi. Namun, untuk beberapa disakarida individu, arti spesifiknya harus diberikan.

1. Sukrosa adalah sumber utama glukosa dalam tubuh manusia.
2. Laktosa ditemukan dalam ASI mamalia, termasuk hingga 8% dalam ASI wanita.
3. Lactulose diperoleh di laboratorium untuk penggunaan medis dan ditambahkan ke produk susu.

Setiap disakarida, trisakarida dan sebagainya dalam tubuh manusia dan makhluk lain mengalami hidrolisis instan untuk membentuk monosa. Fitur inilah yang mendasari penggunaan kelas karbohidrat ini oleh manusia dalam bentuk mentah dan tidak berubah (gula bit atau tebu).

Polisakarida: fitur molekul

Fungsi, komposisi dan struktur karbohidrat dari rangkaian ini sangat penting bagi organisme makhluk hidup, serta untuk aktivitas ekonomi manusia. Pertama, Anda harus mencari tahu karbohidrat mana yang merupakan polisakarida.

Ada banyak dari mereka:

• pati;
• glikogen;
• murein;
• glukomanan;
• selulosa;
• dekstrin;
• galactomannan;
• muromin;
• zat pektik;
• amilosa;
• kitin.

Ini bukan daftar lengkap, tetapi hanya yang paling penting untuk hewan dan tumbuhan. Jika Anda melakukan tugas "Tandai fitur struktural karbohidrat dari sejumlah polisakarida", maka pertama-tama Anda harus memperhatikan struktur spasialnya. Ini adalah molekul raksasa yang sangat besar, terdiri dari ratusan unit monomer yang dihubungkan silang oleh ikatan kimia glikosidik. Seringkali struktur molekul karbohidrat polisakarida adalah komposisi berlapis.

Ada klasifikasi tertentu dari molekul tersebut.

1. Homopolisakarida - terdiri dari unit monosakarida berulang yang sama. Tergantung pada monosa, mereka bisa heksosa, pentosa, dan sebagainya (glukan, mannan, galaktan).
2. Heteropolisakarida - dibentuk oleh unit monomer yang berbeda.

Senyawa dengan struktur spasial linier harus mencakup, misalnya, selulosa. Kebanyakan polisakarida memiliki struktur bercabang - pati, glikogen, kitin, dan sebagainya.

Peranan dalam tubuh makhluk hidup

Struktur dan fungsi kelompok karbohidrat ini berkaitan erat dengan aktivitas vital semua makhluk. Jadi, misalnya, tanaman dalam bentuk nutrisi cadangan menumpuk pati di berbagai bagian pucuk atau akar. Sumber energi utama bagi hewan sekali lagi adalah polisakarida, yang pemecahannya menghasilkan energi yang cukup banyak.

Karbohidrat memainkan peran yang sangat penting dalam struktur sel. Penutup banyak serangga dan krustasea terdiri dari kitin, murein adalah komponen dinding sel bakteri, selulosa adalah dasar tanaman.

Cadangan nutrisi hewani adalah molekul glikogen, atau lebih sering disebut lemak hewani. Itu disimpan di bagian tubuh yang terpisah dan melakukan tidak hanya energi, tetapi juga fungsi perlindungan terhadap pengaruh mekanis.

Bagi kebanyakan organisme, struktur karbohidrat sangat penting. Biologi setiap hewan dan tumbuhan sedemikian rupa sehingga membutuhkan sumber energi yang konstan, tidak habis-habisnya. Dan hanya mereka yang dapat memberikan ini, dan terutama dalam bentuk polisakarida. Jadi, pemecahan lengkap 1 g karbohidrat sebagai hasil dari proses metabolisme mengarah pada pelepasan energi 4,1 kkal! Ini maksimal, tidak ada lagi koneksi. Itulah sebabnya karbohidrat harus ada dalam makanan setiap orang dan hewan. Tanaman, di sisi lain, menjaga diri mereka sendiri: dalam proses fotosintesis, mereka membentuk pati di dalam diri mereka sendiri dan menyimpannya.

Sifat umum karbohidrat

Struktur lemak, protein dan karbohidratumumnya serupa. Bagaimanapun, mereka semua adalah makromolekul. Bahkan beberapa fungsinya bersifat umum. Peran dan pentingnya semua karbohidrat dalam kehidupan biomassa planet harus diringkas.

1. Komposisi dan struktur karbohidrat menyiratkan penggunaannya sebagai bahan bangunan untuk cangkang sel tumbuhan, membran hewan dan bakteri, serta pembentukan organel intraseluler.
2. Fungsi pelindung. Ini adalah karakteristik organisme tumbuhan dan memanifestasikan dirinya dalam pembentukan duri, duri, dan sebagainya.
3. Peran plastik - pembentukan molekul vital (DNA, RNA, ATP dan lain-lain).
4. Fungsi reseptor. Polisakarida dan oligosakarida adalah peserta aktif dalam transfer transpor melalui membran sel, "penjaga" yang menangkap efek.
5. Peran energi adalah yang paling signifikan. Menyediakan energi maksimum untuk semua proses intraseluler, serta kerja seluruh organisme secara keseluruhan.
6. Pengaturan tekanan osmotik - glukosa mengontrol ini.
7. Beberapa polisakarida menjadi nutrisi cadangan, sumber energi bagi makhluk hidup.

Jadi, jelas bahwa struktur lemak, protein dan karbohidrat, fungsi dan perannya dalam organisme sistem kehidupan adalah sangat penting dan menentukan. Molekul-molekul ini adalah pencipta kehidupan, mereka juga melestarikan dan mendukungnya.

Karbohidrat dengan senyawa makromolekul lain

Juga diketahui peran karbohidrat tidak dalam bentuk murni, tetapi dalam kombinasi dengan molekul lain. Ini termasuk yang paling umumseperti:

• glikosaminoglikan atau mukopolisakarida;
• glikoprotein.

Struktur dan sifat karbohidrat jenis ini cukup kompleks, karena berbagai gugus fungsi digabungkan menjadi satu kompleks. Peran utama molekul jenis ini adalah partisipasi dalam banyak proses kehidupan organisme. Perwakilannya adalah: asam hialuronat, kondroitin sulfat, heparan, keratan sulfat dan lain-lain.

Ada juga kompleks polisakarida dengan molekul aktif biologis lainnya. Misalnya, glikoprotein atau lipopolisakarida. Keberadaan mereka penting dalam pembentukan reaksi imunologi tubuh, karena mereka adalah bagian dari sel-sel sistem limfatik.