ადამიანის ორგანიზმისთვის, ისევე როგორც სხვა ცოცხალი არსებისთვის, საჭიროა ენერგია. ამის გარეშე ვერანაირი პროცესი ვერ განხორციელდება. ყოველივე ამის შემდეგ, ყველა ბიოქიმიურ რეაქციას, მეტაბოლიზმის ყველა ფერმენტულ პროცესს ან სტადიას სჭირდება ენერგიის წყარო.
აქედან გამომდინარე, ნივთიერებების მნიშვნელობა, რომლებიც ორგანიზმს სიცოცხლისთვის ძალას აძლევს, ძალიან დიდი და მნიშვნელოვანია. რა არის ეს ნივთიერებები? ნახშირწყლები, ცილები, ცხიმები. თითოეული მათგანის აგებულება განსხვავებულია, ისინი მიეკუთვნებიან ქიმიურ ნაერთების სრულიად განსხვავებულ კლასებს, მაგრამ მათი ერთ-ერთი ფუნქცია მსგავსია - ორგანიზმს სიცოცხლისთვის საჭირო ენერგიით უზრუნველყოფა. განვიხილოთ ჩამოთვლილი ნივთიერებების ერთი ჯგუფი - ნახშირწყლები.
ნახშირწყლების კლასიფიკაცია
ნახშირწყლების შემადგენლობა და სტრუქტურა მათი აღმოჩენის დღიდან განისაზღვრა მათი სახელწოდებით. მართლაც, ადრეული წყაროების თანახმად, ითვლებოდა, რომ ეს არის ნაერთების ჯგუფი, რომლის სტრუქტურაში არის ნახშირბადის ატომები, რომლებიც დაკავშირებულია წყლის მოლეკულებთან.
უფრო საფუძვლიანმა ანალიზმა, ისევე როგორც დაგროვილმა ინფორმაციამ ამ ნივთიერებების მრავალფეროვნების შესახებ, შესაძლებელი გახადა იმის დამტკიცება, რომ ყველა წარმომადგენელს არ აქვს მხოლოდ ასეთი შემადგენლობა. თუმცაეს თვისება მაინც ერთ-ერთია, რომელიც განსაზღვრავს ნახშირწყლების სტრუქტურას.
ნაერთების ამ ჯგუფის თანამედროვე კლასიფიკაცია ასეთია:
- მონოსაქარიდები (რიბოზა, ფრუქტოზა, გლუკოზა და ა.შ.).
- ოლიგოსაქარიდები (ბიოზი, ტრიოზი).
- პოლისაქარიდები (სახამებელი, ცელულოზა).
ასევე, ყველა ნახშირწყალი შეიძლება დაიყოს შემდეგ ორ დიდ ჯგუფად:
- აღდგენა;
- არააღდგენითი.
უფრო დეტალურად იქნება განხილული თითოეული ჯგუფის ნახშირწყლების მოლეკულების სტრუქტურა.
მონოსაქარიდები: მახასიათებლები
ამ კატეგორიაში შედის ყველა მარტივი ნახშირწყალი, რომელიც შეიცავს ალდეჰიდის (ალდოზები) ან კეტონების (კეტოზების) ჯგუფს და ჯაჭვის სტრუქტურაში არაუმეტეს 10 ნახშირბადის ატომს. თუ გადავხედავთ ატომების რაოდენობას მთავარ ჯაჭვში, მაშინ მონოსაქარიდები შეიძლება დაიყოს:
- ტრიოზი (გლიცერალდეჰიდი);
- ტეტროზები (ერითრულოზა, ერითროზა);
- პენტოზა (რიბოზა და დეზოქსირიბოზა);
- ჰექსოზა (გლუკოზა, ფრუქტოზა).
ყველა სხვა წარმომადგენელი არ არის ისეთი მნიშვნელოვანი ორგანიზმისთვის, როგორც ჩამოთვლილი.
მოლეკულების სტრუქტურის თავისებურებები
მათი სტრუქტურის მიხედვით მონოზები შეიძლება წარმოდგენილი იყოს როგორც ჯაჭვის, ისე ციკლური ნახშირწყლების სახით. როგორ ხდება ეს? საქმე იმაშია, რომ ნაერთში ნახშირბადის ცენტრალური ატომი არის ასიმეტრიული ცენტრი, რომლის გარშემოც ხსნარში მოლეკულას შეუძლია ბრუნვა. ასე წარმოიქმნება L- და D-ფორმის მონოსაქარიდების ოპტიკური იზომერები. სადაცგლუკოზის ფორმულა, რომელიც დაწერილია სწორი ჯაჭვის სახით, შეიძლება გონებრივად გაითავისოს ალდეჰიდის ჯგუფმა (ან კეტონმა) და გააგოროს ბურთად. მიიღება შესაბამისი ციკლური ფორმულა.
მონოზის სერიის ნახშირწყლების ქიმიური სტრუქტურა საკმაოდ მარტივია: ნახშირბადის ატომების რაოდენობა, რომლებიც ქმნიან ჯაჭვს ან ციკლს, რომელთაგან თითოეული ჰიდროქსილის ჯგუფები და წყალბადის ატომები განლაგებულია სხვადასხვა ან ერთ მხარეს. თუ ერთი და იგივე სახელის ყველა სტრუქტურა ერთ მხარეს არის, მაშინ წარმოიქმნება D-იზომერი, თუ ისინი განსხვავდებიან ერთმანეთის მონაცვლეობით, მაშინ წარმოიქმნება L-იზომერი. თუ ჩამოვწერთ გლუკოზის მონოსაქარიდების ყველაზე გავრცელებული წარმომადგენლის ზოგად ფორმულას მოლეკულური ფორმით, მაშინ ის ასე გამოიყურება: . უფრო მეტიც, ეს ჩანაწერი ასახავს ფრუქტოზის სტრუქტურასაც. ყოველივე ამის შემდეგ, ქიმიურად, ეს ორი მონოზა არის სტრუქტურული იზომერები. გლუკოზა არის ალდეჰიდის ალკოჰოლი, ფრუქტოზა არის კეტო ალკოჰოლი.
რიგი მონოსაქარიდების ნახშირწყლების სტრუქტურა და თვისებები მჭიდრო კავშირშია. მართლაც, სტრუქტურის შემადგენლობაში ალდეჰიდისა და კეტონის ჯგუფების არსებობის გამო, ისინი მიეკუთვნებიან ალდეჰიდსა და კეტო სპირტებს, რაც განსაზღვრავს მათ ქიმიურ ბუნებას და რეაქციებს, რომლებშიც მათ შეუძლიათ შეღწევა.
ამგვარად, გლუკოზა ავლენს შემდეგ ქიმიურ თვისებებს:
1. რეაქციები კარბონილის ჯგუფის არსებობის გამო:
- დაჟანგვა - "ვერცხლის სარკის" რეაქცია;
- ახლად დალექილი სპილენძის (II) ჰიდროქსიდით - ალდონის მჟავით;
- ძლიერი ჟანგვის აგენტებს შეუძლიათ შექმნან ორფუძიანი მჟავები (ალდარინი), გარდაქმნის არა მხოლოდ ალდეჰიდის, არამედ ერთი ჰიდროქსილის ჯგუფსაც;
- აღდგენა - გარდაიქმნება პოლიჰიდრულ სპირტებად.
2. მოლეკულა ასევე შეიცავს ჰიდროქსილის ჯგუფებს, რომლებიც ასახავს სტრუქტურას. ნახშირწყლების თვისებები გავლენას ახდენს დაჯგუფების მონაცემებით:
- ალკილირების უნარი - ეთერების წარმოქმნა;
- აცილაცია - ეთერების წარმოქმნა;
- ხარისხობრივი რეაქცია სპილენძის (II) ჰიდროქსიდზე.
3. გლუკოზის მაღალი სპეციფიკური თვისებები:
- ბუტირიკი;
- ალკოჰოლი;
- რძემჟავა დუღილი.
სხეულში შესრულებული ფუნქციები
მონოზის სერიის ნახშირწყლების სტრუქტურა და ფუნქცია მჭიდრო კავშირშია. ეს უკანასკნელი, უპირველეს ყოვლისა, შედგება ცოცხალი ორგანიზმების ბიოქიმიურ რეაქციებში. რა როლს თამაშობენ მონოსაქარიდები ამაში?
- ოლიგო- და პოლისაქარიდების წარმოების საფუძველი.
- პენტოზები (რიბოზა და დეოქსირიბოზა) არის ყველაზე მნიშვნელოვანი მოლეკულები, რომლებიც მონაწილეობენ ATP, რნმ, დნმ-ის ფორმირებაში. და ისინი, თავის მხრივ, არიან მემკვიდრეობითი მასალის, ენერგიისა და ცილების მთავარი მომწოდებლები.
- ადამიანის სისხლში გლუკოზის კონცენტრაცია არის ოსმოსური წნევის და მისი ცვლილებების ნამდვილი მაჩვენებელი.
ოლიგოსაქარიდები: სტრუქტურა
ამ ჯგუფის ნახშირწყლების სტრუქტურა მცირდება შემადგენლობაში მონოსაქარიდების ორი (დიოზის) ან სამი (ტრიოზის) მოლეკულის არსებობამდე. ასევე არის ისეთებიც, რომლებიც მოიცავს 4, 5 ან მეტ სტრუქტურას (10-მდე), მაგრამ ყველაზე გავრცელებულია დისაქარიდები. ანუ ჰიდროლიზის დროსნაერთები იშლება და წარმოქმნის გლუკოზას, ფრუქტოზას, პენტოზას და ა.შ. რა ნაერთები მიეკუთვნება ამ კატეგორიას? ტიპიური მაგალითია საქაროზა (საერთო ლერწმის შაქარი), ლაქტოზა (რძის ძირითადი კომპონენტი), მალტოზა, ლაქტულოზა, იზომალტოზა.
ამ სერიის ნახშირწყლების ქიმიურ სტრუქტურას აქვს შემდეგი მახასიათებლები:
- ზოგადი მოლეკულური სახეობის ფორმულა: C12H22O11.
- ორი იდენტური ან განსხვავებული მონოზის ნარჩენი დისაქარიდის სტრუქტურაში დაკავშირებულია ერთმანეთთან გლიკოზიდური ხიდის გამოყენებით. ამ ნაერთის ბუნება განსაზღვრავს შაქრის შემცირების უნარს.
- შემცირება დისაქარიდები. ამ ტიპის ნახშირწყლების სტრუქტურა შედგება გლიკოზიდური ხიდის ფორმირებაში ალდეჰიდის ჰიდროქსილსა და სხვადასხვა მონომოლეკულების ჰიდროქსილის ჯგუფებს შორის. ესენია: მალტოზა, ლაქტოზა და ასე შემდეგ.
- არააღმდგენი - საქაროზის ტიპიური მაგალითი - როდესაც ხიდი იქმნება მხოლოდ შესაბამისი ჯგუფების ჰიდროქსილებს შორის, ალდეჰიდის სტრუქტურის მონაწილეობის გარეშე.
ამგვარად, ნახშირწყლების სტრუქტურა შეიძლება მოკლედ იყოს წარმოდგენილი მოლეკულური ფორმულის სახით. თუ საჭიროა დეტალური დეტალური სტრუქტურა, მაშინ ის შეიძლება იყოს გამოსახული ფიშერის გრაფიკული პროგნოზების ან ჰაუორტის ფორმულების გამოყენებით. კერძოდ, ორი ციკლური მონომერი (მონოზი) ან განსხვავებულია ან იდენტურია (დამოკიდებულია ოლიგოსაქარიდზე), რომლებიც დაკავშირებულია გლიკოზიდური ხიდით. მშენებლობისას მხედველობაში უნდა იქნას მიღებული აღდგენის შესაძლებლობა, რათა სწორად გამოჩნდეს კავშირი.
დისაქარიდის მოლეკულების მაგალითები
თუ დავალება ასეთია: „გაითვალისწინეთ ნახშირწყლების სტრუქტურული თავისებურებები“, მაშინ დისაქარიდებისთვის უმჯობესია ჯერ მიუთითოთ რა მონოზის ნარჩენებისგან შედგება. ყველაზე გავრცელებული ტიპებია:
- საქაროზა - აგებულია ალფა-გლუკოზისა და ბეტა-ფრუქტოზისგან;
- მალტოზა - გლუკოზის ნარჩენებისგან;
- ცელობიოზი - შედგება ორი D-ფორმის ბეტა-გლუკოზის ნარჩენებისგან;
- ლაქტოზა - გალაქტოზა + გლუკოზა;
- ლაქტულოზა - გალაქტოზა + ფრუქტოზა და ასე შემდეგ.
შემდეგ, არსებული ნარჩენების მიხედვით, უნდა შედგეს სტრუქტურული ფორმულა გლიკოზიდური ხიდის ტიპის მკაფიო მითითებით.
მნიშვნელობა ცოცხალი ორგანიზმებისთვის
ასევე ძალიან მნიშვნელოვანია დისაქარიდების როლი, მნიშვნელოვანია არა მხოლოდ სტრუქტურა. ნახშირწყლებისა და ცხიმების ფუნქციები ზოგადად მსგავსია. საფუძველი არის ენერგეტიკული კომპონენტი. თუმცა, ზოგიერთ ცალკეულ დისაქარიდს უნდა მიენიჭოს მათი სპეციფიკური მნიშვნელობა.
- საქაროზა არის გლუკოზის მთავარი წყარო ადამიანის ორგანიზმში.
- ლაქტოზა გვხვდება ძუძუმწოვრების დედის რძეში, მათ შორის 8%-მდე ქალის რძეში.
- ლაქტულოზა მიიღება ლაბორატორიაში სამედიცინო გამოყენებისთვის და ემატება რძის პროდუქტებს.
ნებისმიერი დისაქარიდი, ტრისაქარიდი და ასე შემდეგ ადამიანის ორგანიზმში და სხვა არსებებში გადის მყისიერ ჰიდროლიზს მონოზების წარმოქმნით. სწორედ ეს თვისება უდევს საფუძვლად ადამიანის მიერ ამ კლასის ნახშირწყლების გამოყენებას ნედლი, უცვლელი სახით (ჭარხალი ან ლერწმის შაქარი).
პოლისაქარიდები: მოლეკულების მახასიათებლები
ამ სერიის ნახშირწყლების ფუნქციებს, შემადგენლობას და სტრუქტურას დიდი მნიშვნელობა აქვს როგორც ცოცხალი არსებების ორგანიზმებისთვის, ასევე ადამიანის ეკონომიკური საქმიანობისთვის. პირველ რიგში, თქვენ უნდა გაარკვიოთ რომელი ნახშირწყლებია პოლისაქარიდები.
ბევრია ასეთი:
- სახამებელი;
- გლიკოგენი;
- მურეინი;
- გლუკომანანი;
- ცელულოზა;
- დექსტრინი;
- გალაქტომანანი;
- მურომინი;
- პექტიური ნივთიერებები;
- ამილოზა;
- ჩიტინი.
ეს არ არის სრული სია, მაგრამ მხოლოდ ყველაზე მნიშვნელოვანი ცხოველებისა და მცენარეებისთვის. თუ თქვენ შეასრულებთ დავალებას "მონიშნეთ რიგი პოლისაქარიდების ნახშირწყლების სტრუქტურული მახასიათებლები", მაშინ პირველ რიგში ყურადღება უნდა მიაქციოთ მათ სივრცულ სტრუქტურას. ეს არის ძალიან მოცულობითი, გიგანტური მოლეკულები, რომლებიც შედგება ასობით მონომერული ერთეულისგან, რომლებიც ჯვარედინი არიან გლიკოზიდური ქიმიური ბმებით. ხშირად პოლისაქარიდის ნახშირწყლების მოლეკულების სტრუქტურა ფენიანი კომპოზიციაა.
არსებობს ასეთი მოლეკულების გარკვეული კლასიფიკაცია.
- ჰომოპოლისაქარიდები - შედგება მონოსაქარიდების იგივე განმეორებით განმეორებადი ერთეულებისგან. მონოზებიდან გამომდინარე, ისინი შეიძლება იყოს ჰექსოზები, პენტოზები და ა.შ. (გლუკანები, მანანები, გალაქტანები).
- ჰეტეროპოლისაქარიდები - წარმოიქმნება სხვადასხვა მონომერული ერთეულებით.
ხაზოვანი სივრცითი სტრუქტურის მქონე ნაერთები უნდა შეიცავდეს, მაგალითად, ცელულოზას. პოლისაქარიდების უმეტესობას აქვს განშტოებული სტრუქტურა - სახამებელი, გლიკოგენი, ქიტინი და ასე შემდეგ.
როლი ცოცხალი არსებების სხეულში
ამ ჯგუფის ნახშირწყლების სტრუქტურა და ფუნქციები მჭიდროდ არის დაკავშირებული ყველა არსების სასიცოცხლო აქტივობასთან. ასე, მაგალითად, მცენარეები სარეზერვო საკვები ნივთიერების სახით აგროვებენ სახამებელს ყლორტების ან ფესვის სხვადასხვა ნაწილში. ცხოველების ენერგიის ძირითადი წყარო ისევ პოლისაქარიდებია, რომელთა დაშლის შედეგად წარმოიქმნება საკმაოდ დიდი ენერგია.
ნახშირწყლები ძალიან მნიშვნელოვან როლს თამაშობენ უჯრედის სტრუქტურაში. მრავალი მწერის და კიბოსნაირთა საფარი შედგება ქიტინისგან, მურეინი არის ბაქტერიის უჯრედის კედლის კომპონენტი, ცელულოზა არის მცენარეების საფუძველი.
ცხოველური წარმოშობის სარეზერვო საკვები არის გლიკოგენის მოლეკულები, ან, როგორც მას უფრო ხშირად უწოდებენ, ცხოველური ცხიმი. ის ინახება სხეულის ცალკეულ ნაწილებში და ასრულებს არა მხოლოდ ენერგეტიკულ, არამედ დამცავ ფუნქციას მექანიკური ზემოქმედებისგან.
ორგანიზმების უმეტესობისთვის ნახშირწყლების სტრუქტურას დიდი მნიშვნელობა აქვს. ყველა ცხოველისა და მცენარის ბიოლოგია ისეთია, რომ მას სჭირდება ენერგიის მუდმივი წყარო, ამოუწურავი. და მხოლოდ მათ შეუძლიათ ამის მიცემა და ყველაზე მეტად პოლისაქარიდების სახით. ასე რომ, მეტაბოლური პროცესების შედეგად 1 გ ნახშირწყლების სრული დაშლა იწვევს 4,1 კკალ ენერგიის გამოყოფას! ეს არის მაქსიმუმი, აღარ არის კავშირები. ამიტომ ნახშირწყლები აუცილებლად უნდა იყოს ნებისმიერი ადამიანისა და ცხოველის რაციონში. მცენარეები კი საკუთარ თავზე ზრუნავენ: ფოტოსინთეზის პროცესში ისინი ქმნიან სახამებელს საკუთარ თავში და ინახავენ მას.
ნახშირწყლების ზოგადი თვისებები
ცხიმების, ცილების და ნახშირწყლების სტრუქტურაზოგადად მსგავსი. ყოველივე ამის შემდეგ, ისინი ყველა მაკრომოლეკულაა. მათი ზოგიერთი ფუნქციაც კი საერთო ხასიათისაა. უნდა შევაჯამოთ ყველა ნახშირწყლების როლი და მნიშვნელობა პლანეტის ბიომასის ცხოვრებაში.
- ნახშირწყლების შემადგენლობა და სტრუქტურა გულისხმობს მათ გამოყენებას, როგორც სამშენებლო მასალას მცენარეთა უჯრედების, ცხოველური და ბაქტერიული მემბრანების გარსისთვის, აგრეთვე უჯრედშიდა ორგანილების წარმოქმნისთვის.
- დამცავი ფუნქცია. დამახასიათებელია მცენარეული ორგანიზმებისთვის და ვლინდება ეკლების, ეკლების და სხვათა წარმოქმნით.
- პლასტიკური როლი - სასიცოცხლო მოლეკულების (დნმ, რნმ, ატფ და სხვა) ფორმირება.
- რეცეპტორის ფუნქცია. პოლისაქარიდები და ოლიგოსაქარიდები უჯრედის მემბრანის მეშვეობით ტრანსპორტირების გადაცემის აქტიური მონაწილეები არიან, „მცველები“, რომლებიც იჭერენ ეფექტებს.
- ენერგეტიკული როლი ყველაზე მნიშვნელოვანია. უზრუნველყოფს მაქსიმალურ ენერგიას ყველა უჯრედშიდა პროცესისთვის, ისევე როგორც მთელი ორგანიზმის მუშაობისთვის.
- ოსმოსური წნევის რეგულირება - გლუკოზა აკონტროლებს ამას.
- ზოგიერთი პოლისაქარიდი ხდება სარეზერვო საკვები ნივთიერება, ცხოველური არსებების ენერგიის წყარო.
ამგვარად, აშკარაა, რომ ცხიმების, ცილების და ნახშირწყლების სტრუქტურას, მათ ფუნქციებს და როლს ცოცხალი სისტემების ორგანიზმებში გადამწყვეტი და გადამწყვეტი მნიშვნელობა აქვს. ეს მოლეკულები არიან სიცოცხლის შემქმნელები, ისინი ასევე ინარჩუნებენ და მხარს უჭერენ მას.
ნახშირწყლები სხვა მაკრომოლეკულურ ნაერთებთან
ასევე ცნობილია ნახშირწყლების როლი არა მათი სუფთა სახით, არამედ სხვა მოლეკულებთან ერთად. ეს მოიცავს ყველაზე გავრცელებულსმოსწონს:
- გლიკოზამინოგლიკანები ან მუკოპოლისაქარიდები;
- გლიკოპროტეინები.
ამ ტიპის ნახშირწყლების სტრუქტურა და თვისებები საკმაოდ რთულია, რადგან სხვადასხვა ფუნქციური ჯგუფი გაერთიანებულია კომპლექსში. ამ ტიპის მოლეკულების მთავარი როლი არის ორგანიზმების მრავალ სასიცოცხლო პროცესში მონაწილეობა. წარმომადგენლები არიან: ჰიალურონის მჟავა, ქონდროიტინის სულფატი, ჰეპარანი, კერატანის სულფატი და სხვა.
ასევე არსებობს პოლისაქარიდების კომპლექსები სხვა ბიოლოგიურად აქტიურ მოლეკულებთან. მაგალითად, გლიკოპროტეინები ან ლიპოპოლისაქარიდები. მათი არსებობა მნიშვნელოვანია ორგანიზმის იმუნოლოგიური რეაქციების ფორმირებაში, ვინაიდან ისინი ლიმფური სისტემის უჯრედების ნაწილია.
