Většina lidí jsou obeznámeni s sacharidů, jeden typ makromolekuly, zejména pokud jde o to, co jíme. Chcete-li zhubnout, někteří jedinci dodržují dietu s nízkým obsahem sacharidů. Sportovci, na rozdíl od toho, často „carb-load“ před důležitými soutěžemi, aby zajistily, že mají dostatek energie soutěžit na vysoké úrovni. Sacharidy jsou ve skutečnosti nezbytnou součástí naší stravy, zrna, ovoce a zelenina jsou přírodní zdroje sacharidů. Sacharidy dodávají tělu energii, zejména glukózou, jednoduchým cukrem, který je součástí škrobu a složkou mnoha základních potravin. Sacharidy mají také další důležité funkce u lidí, zvířat a rostlin.

Molekulární Struktury

Sacharidů může být reprezentován stechiometrický vzorec (CH2O)n, kde n je počet uhlíků v molekule. Jinými slovy, poměr uhlíku k vodíku k kyslíku je 1: 2: 1 v molekulách sacharidů. Tento vzorec také vysvětluje původ pojmu „uhlohydrát“: složky jsou uhlík („carbo“) a složky vody (tedy „hydrát“). Sacharidy jsou rozděleny do tří podtypů: monosacharidy, disacharidy a polysacharidy.

Monosacharidy

Monosacharidy (mono = „jedna“; sacchar– = „sladké“), jsou jednoduché cukry, z nichž nejčastější je glukóza. U monosacharidů se počet uhlíků obvykle pohybuje od tří do sedmi. Většina monosacharidových jmen končí příponou-ose. Pokud má cukr aldehydovou skupinu (funkční skupina se strukturou R-CHO), je známá jako aldóza a pokud má ketonovou skupinu (funkční skupina se strukturou RC(=O) R‘), je známá jako ketóza. V závislosti na počtu uhlíků v cukru mohou být také známé jako triózy (tři uhlíky), pentózy (pět uhlíků) a nebo hexózy (šest uhlíků). Viz Obrázek 1 pro ilustraci monosacharidů.

Obrázek 1. Monosacharidy jsou klasifikovány na základě polohy jejich karbonylové skupiny a počtu uhlíků v páteři. Aldózy mají na karbonylové skupině (označené zeleně) na konci uhlíkového řetězce, a ketózy mají karbonylovou skupinu uprostřed uhlíkového řetězce. Triózy, pentózy a hexózy mají tři, pět a šest uhlíkových páteří.

chemický vzorec pro glukózu je C6H12O6. U lidí je glukóza důležitým zdrojem energie. Během buněčného dýchání se energie uvolňuje z glukózy a tato energie se používá k výrobě adenosintrifosfátu (ATP). Rostliny syntetizují glukózu pomocí oxidu uhličitého a vody a glukóza se zase používá pro energetické požadavky rostliny. Přebytek glukózy je často uložen jako škrob, který je katabolizován (rozklad větších molekul buňkami) lidmi a jinými zvířaty, která se živí rostlinami.

galaktóza (část laktózy nebo mléčného cukru) a fruktóza (část sacharózy nebo ovocného cukru) jsou další běžné monosacharidy. Přestože glukóza, galaktóza a fruktóza všechny mají stejný chemický vzorec (C6H12O6), které se liší strukturně a chemicky (a jsou známé jako izomerů), protože z rozdílných uspořádání funkčních skupin kolem asymetrického uhlíku; všechny tyto monosacharidy mají více než jeden asymetrický uhlík (Obrázek 2).

Cvičení

Obrázek 2. Glukóza, galaktóza a fruktóza jsou všechny hexózy. Jsou to strukturní izomery, což znamená, že mají stejný chemický vzorec (C6H12O6), ale jiné uspořádání atomů.

jaké jsou tyto cukry, aldóza nebo ketóza?

kliknutím zobrazíte odpověď

glukóza a galaktóza jsou aldózy. Fruktóza je ketóza.

monosacharidy mohou existovat jako lineární řetězec nebo jako molekuly ve tvaru kruhu; ve vodných roztocích se obvykle nacházejí v kruhových formách (obrázek 3). Glukóza v kruhové formě může mít dvě různá uspořádání hydroxylové skupiny (- OH) kolem anomerního uhlíku (uhlík 1, který se stává asymetrickým v procesu tvorby kruhu). Pokud je hydroxylová skupina pod uhlíkovým číslem 1 v cukru, říká se, že je v poloze alfa (α), a pokud je nad rovinou, říká se, že je v poloze beta (β).

obrázek 3. Pět a šest uhlíkových monosacharidů existuje v rovnováze mezi lineárními a kruhovými formami. Když se kroužek vytvoří, boční řetězec, na kterém se uzavře, je uzamčen do polohy α nebo β. Fruktóza a ribóza také tvoří kruhy, i když tvoří pětičlenné kruhy na rozdíl od šestičlenného kruhu glukózy.

disacharidy

disacharidy (di– = „dva“) se tvoří, když dva monosacharidy podstoupí dehydratační reakci (také známou jako dehydratační syntéza). Během tohoto procesu se hydroxylová skupina jednoho monosacharidu kombinuje s vodíkem jiného monosacharidu, uvolňuje molekulu vody a vytváří kovalentní vazbu. Kovalentní vazba vytvořená mezi molekulou uhlohydrátů a jinou molekulou (v tomto případě mezi dvěma monosacharidy) je známá jako glykosidická vazba (obrázek 4). Glykosidické vazby (také nazývané glykosidické vazby) mohou být typu alfa nebo beta.

obrázek 4. Sacharóza vzniká, když se monomer glukózy a monomer fruktózy spojí v dehydratační reakci za vzniku glykosidické vazby. V tomto procesu dochází ke ztrátě molekuly vody. Konvencí jsou atomy uhlíku v monosacharidu očíslovány od koncového uhlíku nejblíže karbonylové skupině. V sacharóze se vytvoří glykosidická vazba mezi uhlíkem 1 v glukóze a uhlíkem 2 ve fruktóze.

mezi běžné disacharidy patří laktóza, maltóza a sacharóza (obrázek 5). Laktóza je disacharid sestávající z monomerů glukózy a galaktózy. Nachází se přirozeně v mléce. Maltóza nebo sladový cukr je disacharid tvořený dehydratační reakcí mezi dvěma molekulami glukózy. Nejběžnějším disacharidem je sacharóza nebo stolní cukr, který se skládá z monomerů glukózy a fruktózy.

obrázek 5. Mezi běžné disacharidy patří maltóza (obilný cukr), laktóza (mléčný cukr) a sacharóza (stolní cukr).

polysacharidy

dlouhý řetězec monosacharidů Spojených glykosidickými vazbami je znám jako polysacharid (poly – = „mnoho“). Řetězec může být rozvětvený nebo nerozvětvený a může obsahovat různé typy monosacharidů. Molekulová hmotnost může být 100 000 daltonů nebo více v závislosti na počtu Spojených monomerů. Škrob, glykogen, celulóza a chitin jsou primárními příklady polysacharidů.

škrob je uložená forma cukrů v rostlinách a je tvořena směsí amylózy a amylopektinu (oba polymery glukózy). Rostliny jsou schopny syntetizovat glukózu, a přebytek glukózy, mimo závod je okamžité potřeby energie, je uložen jako škrob v různých částech rostlin, včetně kořenů a semen. Škrob v semenech poskytuje potravu pro embryo, jak klíčí, a může také působit jako zdroj potravy pro lidi a zvířata. Škrob, který konzumují lidé, se rozkládá enzymy, jako jsou slinné amylázy, na menší molekuly, jako je maltóza a glukóza. Buňky pak mohou absorbovat glukózu.

škrob je tvořen monomery glukózy, které jsou spojeny glykosidickými vazbami α 1-4 nebo α 1-6. Čísla 1-4 a 1-6 se vztahují k uhlíkovému číslu dvou zbytků, které se spojily za vzniku vazby. Jak je znázorněno na Obrázku 6, amylóza je škrob tvořen nerozvětvené řetězce monomerů glukózy (pouze α 1-4 vazby), vzhledem k tomu, že amylopektinu je rozvětvený polysacharid (α 1-6 vazby na větev body).

obrázek 6. Amylóza a amylopektin jsou dvě různé formy škrobu. Amylóza je složena z nerozvětvených řetězců monomerů glukózy spojených α 1,4 glykosidickými vazbami. Amylopektin se skládá z rozvětvených řetězců monomerů glukózy spojených glykosidickými vazbami α 1,4 A α 1,6. Vzhledem k tomu, jak jsou podjednotky spojeny, mají glukózové řetězce spirálovou strukturu. Glykogen (není zobrazen) má podobnou strukturu jako amylopektin, ale je více rozvětvený.

glykogen je akumulační forma glukózy u lidí a jiných obratlovců a je tvořena monomery glukózy. Glykogen je živočišný ekvivalent škrobu a je vysoce rozvětvenou molekulou obvykle uloženou v jaterních a svalových buňkách. Kdykoli se hladiny glukózy v krvi snižují, glykogen se rozkládá a uvolňuje glukózu v procesu známém jako glykogenolýza.

celulóza je nejhojnějším přírodním biopolymerem. Buněčná stěna rostlin je většinou vyrobena z celulózy; to poskytuje buňce strukturální podporu. Dřevo a papír jsou většinou celulózové povahy. Celulóza je tvořena monomery glukózy, které jsou spojeny β-1-4 glykosidickými vazbami (Obrázek 7).

Obrázek 7. V celulóze jsou monomery glukózy spojeny v nerozvětvených řetězcích β-1-4 glykosidickými vazbami. Vzhledem k tomu, jak jsou spojeny podjednotky glukózy, je každý monomer glukózy převrácen vzhledem k dalšímu, což vede k lineární vláknité struktuře.

jak je znázorněno na obrázku 7, každý další glukózový monomer v celulóze se převrátí a monomery jsou pevně zabaleny jako prodloužené dlouhé řetězce. To dává celulóze její tuhost a vysokou pevnost v tahu-což je pro rostlinné buňky tak důležité. Zatímco β 1-4 vazby nemůže být v členění podle lidské trávicí enzymy, býložravci, jako jsou krávy, koaly, buvoly, a koně jsou schopni, s pomocí specializovaných flóry v jejich žaludku, aby trávení rostlinného materiálu, který je bohatý na celulózy a použít ji jako zdroj potravy. U těchto zvířat, některých druhů bakterií a prvoků jsou umístěny v bachoru (část trávicí soustavy býložravců) a vylučují enzym celuláza. Příloha pasoucích se zvířat také obsahuje bakterie, které tráví celulózu, což jí dává důležitou roli v trávicím systému přežvýkavců. Celulázy mohou rozkládat celulózu na monomery glukózy, které zvíře může použít jako zdroj energie. Termiti jsou také schopni štěpit celulózu kvůli přítomnosti jiných organismů v jejich tělech, které vylučují celulázy.

Obrázek 8. Hmyz má tvrdý vnější exoskeleton vyrobený z chitinu, typu polysacharidu. (kredit: Louise Docker)

sacharidy slouží různým funkcím u různých zvířat. Členovci (hmyz, korýši a další) mají vnější kostru zvanou exoskeleton, která chrání jejich vnitřní části těla (jak je vidět na včele na obrázku 8). Tento exoskeleton je vyroben z biologického makromolekulárního chitinu, což je dusík obsahující polysacharid. Je vyroben z opakujících se jednotek N-acetyl-β-d-glukosaminu, modifikovaného cukru. Chitin je také hlavní složkou buněčných stěn hub; houby nejsou ani zvířata, ani rostliny a tvoří vlastní království v doméně Eukarya.

Oddíl Shrnutí

Sacharidy jsou skupina makromolekul, které jsou nezbytným zdrojem energie pro buňky a poskytnout strukturální podporu rostlinné buňky, houby, a všechny členovců, které obsahují humři, krabi, krevety, hmyz a pavouci. Sacharidy jsou klasifikovány jako monosacharidy, disacharidy a polysacharidy v závislosti na počtu monomerů v molekule. Monosacharidy jsou spojeny glykosidickými vazbami, které se tvoří v důsledku dehydratace reakce, které tvoří disacharidy a polysacharidy s odstranění molekuly vody pro každý tvořil pouto. Glukóza, galaktóza a fruktóza jsou běžné monosacharidy, zatímco běžné disacharidy zahrnují laktózu, maltózu a sacharózu. Škrob a glykogen, příklady polysacharidů, jsou skladovací formy glukózy v rostlinách a zvířatech. Dlouhé polysacharidové řetězce mohou být rozvětvené nebo nerozvětvené. Celulóza je příkladem nerozvětveného polysacharidu, zatímco amylopektin, složka škrobu, je vysoce rozvětvená molekula. Skladování glukózy ve formě polymerů, jako je škrob glykogenu, je o něco méně přístupné pro metabolismus; to však zabraňuje úniku z buňky nebo vytváření vysokého osmotického tlaku, který by mohl způsobit nadměrnou absorpci vody buňkou.

Zkontrolujte své porozumění

odpovězte na níže uvedené otázky a zjistěte, jak dobře rozumíte tématům uvedeným v předchozí části. Tento krátký kvíz se nezapočítává do vaší známky ve třídě, a můžete to opakovat neomezeně mnohokrát.

pomocí tohoto kvízu zkontrolujte své porozumění a rozhodněte se, zda (1) studovat předchozí část dále nebo (2) Přejít na další část.