Co je to sacharidy, role sacharidů v lidském těle

Chemické vlastnosti buněk, které tvoří živé organismy, závisí především na počtu atomů uhlíku, které tvoří až 50% suché hmotnosti. Atomové atomy se nacházejí v hlavních organických látkách: proteiny, nukleové kyseliny, lipidy a sacharidy. Druhá skupina zahrnuje sloučeniny uhlíku a vody odpovídající vzorci (CH₂

Klasifikace

Tato skupina sloučenin v biochemii je rozdělena do tří tříd: jednoduché cukry (monosacharidy), polymerní sloučeniny s glykosidickou vazbou - oligosacharidy a biopolymery s polysacharidy s velkou molekulovou hmotností. Látky výše uvedených tříd se nacházejí v různých typech buněk. Například škrob a glukóza jsou přítomny v rostlinných strukturách, glykogenu v lidských hepatocytech a buněčných stěnách hub, chitinu ve vnější kostře členovců. Všechny výše uvedené látky jsou uhlohydráty. Úloha sacharidů v těle je univerzální. Jsou hlavním dodavatelem energie pro životní projevy buňky rostlin, bakterií, zvířat a lidí.

Monosacharidy

Mají obecný vzorec C_nH_2nO_n a jsou rozděleny do skupin v závislosti na počtu atomů uhlíku v molekule: trióza, tetroz, pentóza a tak dále. V buněčných organelách a cytoplazmě mají jednoduché cukry dvě prostorové konfigurace: cyklické a lineární. V prvním případě jsou atomy uhlíku navzájem spojeny kovalentními sigma vazbami a tvoří uzavřené cykly, ve druhém případě uhlíkový skelet není uzavřený a může mít větvení. Abychom zjistili, jakou roli mají karbohydráty v těle, zvažte nejčastější z nich - pentózy a hexózy.

Izomery: glukóza a fruktóza

Mají stejný molekulární vzorec C_6.H_12.O_6., ale různé strukturní typy molekul. Dříve jsme již nazvali hlavní roli sacharidů v živém organismu - energii. Výše uvedené látky jsou štěpeny buňkou. Výsledkem je uvolnění energie (17,6 kJ z jednoho gramu glukózy). Dále jsou syntetizovány 36 molekul ATP. Rozklad glukózy se objevuje na membránách (krystalech) mitochondrií a je řetězem enzymatických reakcí - Krebsova cyklu. Je to nejdůležitější vazba v disimilaci, která se vyskytuje ve všech buňkách heterotrofních eukaryotických organismů, bez výjimky.

Glukóza se také vytváří v savčích myocytech v důsledku štěpení glykogenové rezervy ve svalové tkáni. V budoucnu se používá jako snadno se rozpadající látka, neboť zásobování buněk energií je hlavní roli karbohydrátů v těle. Rostliny jsou fototrofy a nezávisle tvoří glukózu v procesu fotosyntézy. Tyto reakce se nazývají Calvinův cyklus. Výchozí látkou je oxid uhličitý a akceptorem je ribosodifosfát. Syntéza glukózy se vyskytuje v matrici chloroplastů. Fruktóza, která má stejný molekulární vzorec jako glukóza, obsahuje v molekule funkční skupinu ketonů. Je sladší než glukóza a nachází se v medu, stejně jako šťáva z bobulí a ovoce. Proto je biologická úloha sacharidů v těle primárně využívat jako rychlý zdroj energie.

Úloha pentóz v dědičnosti

Pojďme se zabývat ještě jednou skupinou monosacharidů - ribosy a deoxyribózy. Jejich jedinečnost spočívá v tom, že jsou součástí polymerů - nukleových kyselin. Pro všechny organismy, včetně ne-buněčných forem života, jsou hlavními nosiči dědičných informací DNA a RNA. Ribóza je zahrnuta v molekulách RNA a deoxyribóza je obsažena v nukleotidech DNA. Proto je biologickou úlohou sacharidů v lidském těle, že se podílí na tvorbě jednotek dědičnosti - genů a chromozomů.

Příklady pentóz obsahujících aldehydovou skupinu a běžnou v rostlinném světě jsou xylóza (obsažená ve stoncích a semenech), alfa-arabinóza (nalezená v kůži z kamenných ovocných stromů). Distribuce a biologická úloha sacharidů v těle vyšších rostlin je tedy dostatečně velká.

Co jsou oligosacharidy?

Pokud jsou zbytky molekul monosacharidů, například glukózy nebo fruktózy, vázány kovalentními vazbami, vzniknou oligosacharidy - polymémy sacharidy. Úloha sacharidů v těle rostlin i zvířat je různorodá. To platí zejména pro disacharidy. Nejběžnějšími z nich jsou sacharóza, laktóza, maltóza a trehalóza. Takže sacharóza, jinak nazývaná rákosem nebo cukrová řepa, je obsažena v rostlinách ve formě roztoku a je uložena v kořenových plodinách nebo stoncích. Výsledkem hydrolýzy jsou molekuly glukózy a fruktózy. Mléčný cukr, laktóza, má živočišný původ. U některých lidí je nesnášenlivost této látky spojena s hypoxekcí enzymu laktázy, který rozkládá mléčný cukr na galaktózu a glukózu. Úloha sacharidů je životně důležitá. Například disacharid trehalózy, který se skládá ze dvou zbytků glukózy, je součástí hemolymfu korýšů, pavouků a hmyzu. Objevuje se také v buňkách hub a některých řas.

Jiný disacharid, maltóza nebo sladový cukr jsou obsaženy v zrnech žita nebo ječmene během jejich klíčení, což je molekula sestávající ze dvou zbytků glukózy. Vzniká v důsledku rozkladu rostlinného nebo živočišného škrobu. V tenkém střevě člověka a savců se maltóza štěpí účinkem enzymu nazývaného maltáza. Při jeho nepřítomnosti v pankreatické šťávě vzniká patologie kvůli nesnášenlivosti glykogenu nebo rostlinného škrobu v potravinách. V tomto případě použijte speciální dietu a přidávejte do stravy samotného enzymu.

Komplexní sacharidy v přírodě

Jsou distribuovány velmi široce, zejména ve světě rostlin, jsou biopolymery a mají velkou molekulovou hmotnost. Například u škrobu se rovná 800 000 a v celulóze 1 600 000. Polysacharidy se liší v složení monomerů, stupni polymerace a také v délce řetězců. Na rozdíl od jednoduchých cukrů a oligosacharidů, které se dobře rozpouštějí ve vodě a mají sladkou chuť, jsou polysacharidy hydrofobní a bez chuti. Zvažte úlohu sacharidů v lidském těle pomocí příkladu glykogenu - živočišného škrobu. Je syntetizován z glukózy a je vyhrazen v hepatocytech a buňkách kosterních svalů, kde je jeho obsah dvakrát vyšší než v játrech. Tvorba glykogenu je také schopná podkožního tukové tkáně, neurocytů a makrofágů. Další polysacharid, rostlinný škrob, je produktem fotosyntézy a vytváří se v zelených plastidách.

Od samého počátku lidské civilizace byli hlavními dodavateli škrobu cenné zemědělské plodiny: rýže, brambory, kukuřice. Stále jsou základem dietní stravy drtivé většiny obyvatel Země. To je důvod, proč jsou sacharidy tak cenné. Úloha uhlohydrátů v těle je, jak vidíme, při jejich použití jako energeticky náročných a rychle stravitelných organických látek.

Existuje skupina polysacharidů, jejichž monomery jsou zbytky kyseliny hyaluronové. Jsou nazývány pektiny a jsou strukturálními látkami rostlinných buněk. Obzvláště bohaté jsou kůra jablek, řepná dužina. Buněčné substance pektinu regulují intracelulární tlak - turgor. V cukrárenském průmyslu se používají jako gelující činidla a zahušťovadla při výrobě vysoce kvalitních odrůd marshmallow a marmelády. V dietní výživě se používají biologicky účinné látky, které vylučují toxiny z tenkého střeva.

Co jsou glykolipidy

Jedná se o zajímavou skupinu komplexních sloučenin sacharidů a tuků, které jsou v nervové tkáni. Skládá se z hlavy a míchy savců. Glykolipidy se také nacházejí v buněčných membránách. Například v bakteriích se účastní mezibuněčných kontaktů. Některé z těchto sloučenin jsou antigeny (látky, které detekují krevní skupiny systému Landsteiner AB0). V buňkách zvířat, rostlin a lidí, kromě glykolipidů, existují také nezávislé molekuly tuků. Plní především energetickou funkci. Při rozdělení jednoho gramu tuku se uvolní 38,9 kJ energie. Lipidy jsou také charakterizovány strukturální funkcí (část buněčných membrán). Tyto funkce jsou tedy prováděny pomocí sacharidů a tuků. Jejich úloha v těle je výjimečně vysoká.

Úloha sacharidů a lipidů v těle

V buňkách lidí a zvířat lze pozorovat vzájemné konverze polysacharidů a tuků, které se vyskytují v důsledku metabolismu. Vědci - odborníci na výživu zjistili, že nadměrná spotřeba škrobových potravin vede k hromadění tuku. Pokud osoba postihuje pankreas, pokud jde o přidělení amylázy nebo vede sedavý životní styl, může se její váha výrazně zvýšit. Stojí za zmínku, že potraviny bohaté na sacharidy se rozdělují hlavně v duodenu na glukózu. To je absorbováno kapiláry tenkého střeva a je uloženo v játrech a svalech ve formě glykogenu. Čím intenzivnější je metabolismus v těle, tím aktivnější je rozdělen na glukózu. Pak je používán buňkami jako hlavní energetický materiál. Tyto informace slouží jako odpověď na otázku, jakou roli hrají uhlohydráty v lidském těle.

Význam glykoproteinů

Sloučeniny této skupiny látek představují komplexní sacharid + protein. Jsou také nazývány glykokonjugáty. Jedná se o protilátky, hormony, membránové struktury. Nejnovější biochemické studie prokázaly, že pokud glykoproteiny začnou měnit svou přirozenou (přirozenou) strukturu, vede to k rozvoji takových komplexních onemocnění, jako je astma, revmatoidní artritida, rakovina. Úloha glykokonjugátů v metabolismu buněk je velká. Takže interferony potlačují reprodukci virů, imunoglobuliny chrání organismus před patogenními agens. Do této skupiny látek patří také krevní proteiny. Poskytují ochranné a vyrovnávací vlastnosti. Všechny výše uvedené funkce potvrzují skutečnost, že fyziologická úloha karbohydrátů v těle je různorodá a nesmírně důležitá.

Kde a jak se tvoří sacharidy

Hlavními dodavateli jednoduchých a složitých cukrů jsou zelené rostliny: řasy, vyšší spor, gymnospermy a kvetoucí rostliny. Všichni obsahují pigmentový chlorofyl v buňkách. Je to součást tylakoidů - chloroplastových struktur. Ruský vědec K. Timiryazev studoval proces fotosyntézy, v jehož důsledku se tvoří sacharidy. Úlohou sacharidů v těle rostliny je hromadit škrob v ovoci, semenách a cibulích, to znamená ve vegetativních orgánech. Mechanismus fotosyntézy je poměrně složitý a skládá se z řady enzymatických reakcí, které se vyskytují ve světle i ve tmě. Glukóza je syntetizována z oxidu uhličitého za působení enzymů. Heterotrofní organismy používají zelené rostliny jako zdroj potravy a energie. Takže to jsou rostliny, které jsou prvním odkazem ve všech trofické řetězce a jsou nazývány výrobci.

V buňkách heterotrofních organismů jsou na kanálech hladkého (agranulárního) endoplazmatického retikulu syntetizovány uhlohydráty. Pak se používají jako energie a stavební materiály. V rostlinných buňkách se dodatečně tvoří karbohydráty v komplexu Golgi a pak se tvoří celulózová buněčná stěna. V procesu trávení obratlovců jsou sloučeniny bohaté na sacharidy částečně rozloženy v ústní dutině a žaludku. Hlavní dysimilační reakce se vyskytují v dvanáctníku. Je to vylučovaná pankreatická šťáva, která obsahuje enzymovou amylázu, štěpení škrobu na glukózu. Jak již bylo řečeno, glukóza se vstřebává do krve v tenkém střevě a šíří se po celých buňkách. Zde se používá jako zdroj energie a strukturální substance. To vysvětluje úlohu uhlohydrátů v těle.

Supramembránové komplexy heterotrofních buněk

Jsou typické pro zvířata a houby. Chemické složení a molekulární uspořádání těchto struktur jsou reprezentovány sloučeninami, jako jsou lipidy, proteiny a sacharidy. Úloha sacharidů v těle je účastnit se výměna energie a konstrukci membrán. V buňkách člověka a zvířat existuje speciální strukturální složka nazývaná glykokalýza. Tato tenká povrchová vrstva se skládá z glykolipidů a glykoproteinů vázaných na cytoplazmatickou membránu. Umožňuje přímé připojení buněk s vnějším prostředím. Zde je vnímání podráždění a extracelulárního trávení. Díky své uhlovodíkové membráně se buňky vzájemně splynou a vytvářejí tkáně. Tento jev se nazývá adheze. Dodáváme také, že "konce" molekul sacharidů jsou nad povrchem buňky a jsou nasměrovány do intersticiální tekutiny.

Další skupina heterotrofních organismů - hub, má také povrchové zařízení, nazývané buněčná stěna. Obsahuje složité cukry - chitin, glykogen. Některé druhy hub také obsahují rozpustné sacharidy, například trehalózu, nazývané houbový cukr.

V jednobuněčných zvířatech, jako jsou ciliates, povrchová vrstva - pelikul obsahuje také komplexy oligosacharidů s proteiny a lipidy. Některé z nejjednodušších pelicel jsou dostatečně tenké a nezasahují do změny tvaru těla. A v jiných se ztuhne a stává se pevným, jako skořápka, která má ochrannou funkci.

Buněčná stěna rostlin

Obsahuje také velké množství sacharidů, zejména celulózy, které se shromažďují ve formě svazků vláken. Tyto struktury tvoří kostru ponořenou do koloidní matrice. Skládá se převážně z oligo- a polysacharidů. Buněčné stěny rostlinných buněk mohou být lignifikovány. V tomto případě jsou mezery mezi svazky celulózy naplněny jiným sacharidem - ligninem. Posiluje podpůrné funkce buněčné membrány. Často, zejména u trvalých dřevin, je vnější vrstva tvořená celulózou pokrytá mastnou látkou - suberinem. Zabraňuje vstupu vody do rostlinných tkání, takže podkladové buňky rychle umírají a jsou pokryty zástrčkou.

Shrneme-li výše uvedené, uvidíme, že uhlohydráty a tuky jsou úzce propojeny v buněčné stěně rostlin. Jejich úloha v těle fototrofů je obtížně podceňována, protože glykolipidové komplexy poskytují podpůrné a ochranné funkce. Studiejeme různé sacharidy, charakteristické pro organismy království Drobyanka. Zahrnuje prokaryoty, zejména bakterie. Jejich buněčná stěna obsahuje sacharidy - myší. V závislosti na struktuře povrchového aparátu jsou bakterie rozděleny na gram-pozitivní a gram-negativní.

Struktura druhé skupiny je komplikovanější. Tyto bakterie mají dvě vrstvy: plastické a tuhé. První obsahuje mukopolysacharidy, například myší. Jeho molekuly vypadají jako velké síťové struktury, které tvoří kapsule kolem bakteriální buňky. Druhá vrstva obsahuje peptidoglykan, sloučeninu polysacharidů a proteinů.

Lipopolysacharidy buněčné stěny umožňují, aby byly bakterie pevně připojeny k různým substrátům, například k zubní sklovině nebo k membráně eukaryotických buněk. Kromě toho glykolipidy podporují soudržnost bakteriálních buněk mezi sebou. Tímto způsobem se vytvářejí například řetězce streptokoků, svazků stafylokoků a navíc některé typy prokaryot mají další sliznici - peplos. Obsahuje polysacharidy ve svém složení a snadno se zničí působením tvrdého záření nebo stykem s některými chemikáliemi, například antibiotiky.