Mis on süsivesikud, süsivesikute roll inimese kehas

Elusorganismide moodustavate rakkude keemilised omadused sõltuvad peamiselt süsiniku aatomite arvust, mis moodustavad kuni 50% kuivmassist. Süsinik aatomid on leitud peamistest orgaanilistest ainetest: valkudest, nukleiinhapetest, lipiididest ja süsivesikutest. Viimane rühm sisaldab süsiniku ja vee ühendeid, mis vastavad valemile (CH2O) _n , kus n on võrdne või suurem kui kolm. Lisaks süsinikule, vesinikule ja hapnikule võivad molekulid sisaldada ka fosfori, lämmastiku ja väävli aatomeid. Käesolevas artiklis uurime süsivesikute rolli inimkehas ning nende struktuuri, omaduste ja funktsioonide tunnuseid.

Klassifikatsioon

See ühendite rühm biokeemias on jagatud kolmeks klassiks: lihtsad suhkrud (monosahhariidid), glükosiidsidemega polümeersed ühendid - oligosahhariidid ja suure molekulmassiga biolümeerid - polüsahhariidid. Ülalmainitud klasside ained esinevad eri tüüpi rakkudes. Näiteks on tärklis ja glükoos esinevad taimede struktuurides, inimese hepatotsüütides glükogeeni ja seentest rakuseinte, chitini sisse lülijalgsete lülijalgsees. Kõik eespool nimetatud ained on süsivesikud. Süsivesikute roll kehas on universaalne. Nad on peamine energia tarnija taimerakkude, bakterite, loomade ja inimeste elutähtsateks ilminguteks.

Monosahhariidid

Neil on üldvalem C _n H ₂ nO _n ja need jagatakse rühmadesse sõltuvalt molekulis olevate süsinikuaatomite arvust: trios, tetroos, pentoos ja nii edasi. Raku organellides ja tsütoplasmas on lihtsal kujul suhkrutel kaks ruumilist konfiguratsiooni: tsükliline ja lineaarne. Esimesel juhul on süsinikuaatomid omavahel ühendatud kovalentsete sigma-sidemetega ja moodustavad suletud tsüklid, teisel juhul ei ole süsinikuskelett suletud ja see võib olla hargnev. Selleks, et määrata kindlaks, milline on süsivesikute roll kehas, vaatame kõige sagedamini nendest - pentoose ja heksoose.

Isomeerid: glükoos ja fruktoos

Neil on sama molekulaarne valem C ₆ H ₁₂ O ₆ , kuid erinevad struktuursed molekulide tüübid. Varem nimetasime juba süsivesikute peamist rolli elusorganismis - energias. Eespool nimetatud ained lõhestatakse raku poolt. Selle tulemusena vabaneb energia (17,6 kJ ühe grammi glükoosist). Lisaks sünteesitakse 36 ATP molekuli. Glükoosi lagunemine toimub mitokondrite membraanides (kristallides) ja see on ensümaatiliste reaktsioonide ahel - Krebsi tsükkel. See on kõige olulisem seos hajutamisel, mis toimub eranditult heterotroofsete eukarüootsete organismide kõikides rakkudes.

Glükoosi moodustub ka imetajate müotsüütides glükogeeni reservi lihaskoe lõhustumise tõttu. Tulevikus kasutatakse seda kergesti lagunevat ainet, sest rakkude energia pakkumine on süsivesikute peamine osa kehas. Taimed on fototroofid ja moodustavad fotosünteesi käigus iseseisvalt glükoosi. Neid reaktsioone nimetatakse Calvin tsükliks. Lähteaineks on süsinikdioksiid ja aktseptor on ribosozdodifosfaat. Glükoosi süntees toimub kloroplastide maatriksis. Fruktoos, millel on sama molekulaarne valem kui glükoos, sisaldab molekulis ketoonide funktsionaalrühma. See on magusam kui glükoos ja seda leitakse mesi, marjade ja puuviljamahla. Seega on süsivesikute bioloogiline roll kehas peamiselt nende kiireks energiaallikaks.

Pentooside roll pärilikkuses

Olgem kinni veel ühest monosahhariidide rühmast - riboos ja deoksüriboos. Nende ainulaadsus seisneb selles, et nad on osa polümeeridest - nukleiinhapped. Päriliku teabe peamised kandjad on kõikide organismide, sealhulgas mitterakuliste elulaadide puhul DNA ja RNA. Riboos sisestatakse RNA molekulides ja deoksüriboos sisaldub DNA nukleotiidides. Järelikult on süsivesikute bioloogiline roll inimkehas selles, et nad osalevad pärilikkuse ühikute - geenide ja kromosoomide moodustumisel.

Aldehüüdrühma sisaldavate pentooside näideteks, mis on levinud taimedes, on ksüloos (sisaldub varsetes ja seemnedes), alfa-arabinoos (leitud kivipuuviljade vaigust). Seega on süsivesikute jaotumine ja bioloogiline roll kõrgemate taimede kehas piisavalt suur.

Mis on oligosahhariidid?

Kui monosahhariidide, näiteks glükoosi või fruktoosi molekulide jäägid on seotud kovalentsete sidemetega, moodustuvad oligosahhariidid - polümeeri süsivesikud. Süsivesikute osatähtsus nii taimede kui ka loomade kehas on mitmekesine. See kehtib eriti disahhariidide kohta. Kõige tavalisemad neist on sahharoos, laktoos, maltoos ja trehaloos. Niisiis, sahharoos, mida muidu nimetatakse pilliroog või suhkrupeet, sisaldub taimedes lahuse kujul ja on säilitatud nende juurviljades või varsites. Hüdrolüüsi tulemusena moodustuvad glükoos ja fruktoosi molekulid. Piim suhkur, laktoos, on loomse päritoluga. Mõnedel inimestel on selle aine talumatus seostatud ensüümi laktaasi hüpoksekretsiooniga, mis lõhub piimasuhkrut galaktoosi ja glükoosiks. Süsivesikute roll on eluliselt tähtis. Näiteks on trehaloosi disahhariid, mis koosneb kahest glükoosi jäägist, osa koorikloomade, ämblike, putukate hemolümfist. See tekib ka seente ja mõnede vetikate rakkudes.

Teine disahhariid, maltoos või linnase suhkur sisaldub rukki või odra terades idanemise ajal, on molekul, mis koosneb kahest glükoosi jäägist. See moodustub köögiviljade või loomse tärklise lagunemise tulemusena. Inimeste ja imetajate peensooles, maltoos lõhustatakse ensüümi, mida nimetatakse maltaasiks, toimel. Kui see pankrease mahl puudub, tekib patoloogia glikogeeni või taimse tärklise toiduainete talumatuse tõttu. Sellisel juhul kasutage spetsiaalset dieeti ja lisage ensüümi enda dieeti.

Komplekssed süsivesikud looduses

Nad on laialt levinud, eriti taim maailmas, biopolümeerid ja neil on suur molekulmass. Näiteks tärklises on see 800 000 ja tselluloosis 1 600 000. Polüsahhariidid erinevad monomeeride koostisest, polümerisatsiooni astmest ja ka ahelate pikkusest. Erinevalt lihtsatest suhkrutest ja oligosahhariididest, mis lahustuvad vees hästi ja millel on magus maitse, on polüsahhariidid hüdrofoobsed ja maitsed. Mõelge süsivesikute rollile inimese kehas, kasutades glükogeeni - loomse tärklise näiteid. See sünteesitakse glükoosist ja on reserveeritud hepatotsüütides ja skeletilihasrakkudes, kus selle sisaldus on kaks korda kõrgem kui maksas. Glükogeeni moodustumine on võimeline ka subkutaanselt rasvkoesse, neurocytes ja makrofaagidesse. Teine polüsahhariid, köögiviljade tärklis on fotosünteesi produkt ja see moodustub roheliste plastididena.

Inimtsivilisatsiooni algusest peale olid peamised tärklise tarnijad väärtuslikud põllukultuurid: riis, kartul, mais. Nad on endiselt tohutu enamuse Maa elanike dieettoidu aluseks. Sellepärast on süsivesikud nii väärtuslikud. Nagu näeme, on süsivesikute osatähtsus nende kasutamisel energiamahukate ja kiiresti seeditavate orgaaniliste ainetena.

On olemas rühm polüsahhariididest, mille monomeerid on hüaluroonhappe jäägid. Neid nimetatakse pektiinideks ja on taimerakkude struktuurilised ained. Eriti rikkad on koor õunad, peedi viljaliha. Pektiini rakulised ained reguleerivad rakusisese rõhu turgorit. Kondiitritööstuses kasutatakse neid kõrge kvaliteediga marssside ja marmelaadi sortide tootmisel geelistuvate ainetena ja paksendajatena. Dieettoitmisel kasutatakse bioloogiliselt aktiivseid aineid, mis eraldavad jämesoole toksiine.

Mis on glükolipiidid

See on huvitav grupp komplekssetest süsivesikuid ja rasvu, mis on närvisüsteemi kudedes. See koosneb imetajate peast ja nöörist. Glükoliidid on leitud ka rakumembraanides. Näiteks bakterites osalevad nad rakuvälistes kontaktides. Mõned neist ühenditest on antigeenid (ained, mis avastavad Landsteiner süsteemi AB0 veregruppe). Loomade, taimede ja inimeste rakkudes on lisaks glükolipiididele ka sõltumatud rasvade molekulid. Nad täidavad peamiselt energiafunktsiooni. Kui jagatakse üks gramm rasva, vabaneb 38,9 kJ energia. Lipiide iseloomustab ka struktuurne funktsioon (need on osa rakumembraanidest). Seega toimivad need funktsioonid süsivesikute ja rasvadega. Nende roll kehas on erakordselt suur.

Süsivesikute ja lipiidide roll kehas

Inimese ja loomade rakkudes võib täheldada ainevahetuse tagajärjel tekkivate polüsahhariidide ja rasvade vastastikust konversiooni. Teadlased, toitumisspetsialistid leidsid, et tärklisest toitu ületav tarbimine toob kaasa rasva kogunemise. Kui isikul on kõhunäärme häired amülaasi eraldamise või istuva eluviisiga, võib selle kaal oluliselt suureneda. Tasub meeles pidada, et süsivesikute rikkalik toit jaguneb peamiselt kaksteistsõrmiksoole glükoosiks. See imendub peensoole villi kapillaaridesse ja sadestatakse glükogeeni vormis maksas ja lihastes. Intensiivsem ainevahetus organismis, seda aktiivsemalt see lagundatakse glükoosiks. Siis kasutatakse seda rakkude peamise energiamaterjalina. See teave on vastus küsimusele, milline on süsivesikute roll inimese kehas.

Glükoproteiinide tähtsus

Selle aineühendite ühendeid tähistatakse keerulise süsivesiku + valgu abil. Neid nimetatakse ka glükokonjugaatideks. Need on antikehad, hormoonid, membraanstruktuurid. Viimased biokeemilised uuringud on näidanud, et kui glükoproteiinid hakkavad muutma oma naturaalset (looduslikku) struktuuri, siis see tekitab selliseid kompleksseid haigusi nagu astma, reumatoidartriit, vähk. Glükokonjugaatide roll rakkude metabolismis on suurepärane. Nii inhibeerivad interferoonid viiruste paljunemist, immunoglobuliinid kaitsevad keha patogeensete ainete eest. Verevalgud kuuluvad samuti sellesse ainete rühma. Nad pakuvad kaitse- ja puhvriomadusi. Kõik eespool nimetatud funktsioonid kinnitavad asjaolu, et süsivesikute füsioloogiline roll kehas on mitmekesine ja äärmiselt oluline.

Kus ja kuidas süsivesikud moodustavad

Lihtsate ja keeruliste suhkrute peamised tarnijad on rohelised taimed: vetikad, kõrgemad spoorid, jõusaalid ja õistaimed. Need kõik sisaldavad rakkudes pigmendi klorofülli. See on osa thylakoids - kloroplast struktuurid. Vene teadlane K. Timiryazev uuris fotosünteesi protsessi, mille tulemusena moodustuvad süsivesikud. Süsivesikute osatähtsus taime kehas on koguda tärklist puuviljades, seemnedes ja sibulates, st vegetatiivsetes elundites. Fotosünteesi mehhanism on üsna keerukas ja koosneb mitmest ensümaatilisest reaktsioonist, mis esinevad nii valguses kui pimedas. Glükoos sünteesitakse ensüümide toimel süsinikdioksiidist. Heterotroofsed organismid kasutavad rohelisi taimi toidu ja energia allikana. Seega on taimed kõikides troofilistes ahelates esimene link ja neid nimetatakse tootjateks.

Heterotroofsete organismide rakkudes sünteesitakse süsivesikuid sileda (agranulaarse) endoplasmaatilise retikulaari kanalitel. Siis kasutatakse neid energia ja ehitusmaterjalina. Taimerakkudes moodustatakse Golgi kompleksis täiendavalt süsivesikuid ja seejärel moodustub tselluloosrakuline sein. Selgroogade seedimise protsessis jagatakse süsivesikutega rikastatud ühendid osaliselt suuõõnes ja maos. Suurimad reaktsioonid leviku tekkimisel on kaksteistsõrmiksoole. See on sekreteeritud kõhunäärme mahl, mis sisaldab ensüümi amülaasi, tärklist lagundatakse glükoosiks. Nagu juba mainitud, imendub glükoos veres peensoolesse ja levib kõikides rakkudes. Siin kasutatakse seda energiaallikana ja struktuurivahendina. See seletab süsivesikute rolli organismis.

Heterotroofsete rakkude supramembrane-kompleksid

Need on tüüpilised loomadele ja seentele. Nende struktuuride keemilist koostist ja molekulaarset korraldust kirjeldavad sellised ühendid nagu lipiidid, valgud ja süsivesikud. Süsivesikute roll kehas on osalemine energia metabolismis ja membraanide ehituses. Inimese ja loomade rakkudes esineb spetsiaalne struktuurne komponent, mida nimetatakse glükokalüüsiks. See õhuke pinnakiht koosneb tsütoplasmaatilisest membraanist ühendatud glükolipiididest ja glükoproteiinidest. See tagab rakkude otsese ühendamise väliskeskkonnaga. Siin esineb ärritust ja rakuvälist seedimist. Selle süsivesikute membraani tõttu kleepuvad rakud üksteisele, moodustades kudesid. Seda nähtust nimetatakse adhesiooniks. Lisame ka, et süsivesikute molekulide sabad on rakkude pinnast kõrgemad ja suunatakse interstitsiaalsele vedelikule.

Veel üks heterotroofsete organismide rühm - seened - on ka põrandeseade, mida nimetatakse rakuseinaks. See sisaldab kompleksseid suhkruid - kitini, glükogeeni. Mõned seente liigid sisaldavad ka lahustuvaid süsivesikuid, näiteks trehaloosi, mida nimetatakse seente suhkruna.

Ühesünnistes loomades, nagu näiteks tsiliaadis, on pinnakiht - pelikel, sisaldab ka valkude ja lipiididega oligosahhariide komplekse. Mõned lihtsaimad pilliklaasid on piisavalt õhukesed ja ei kahjusta keha kuju muutust. Ja teistes see paksub ja muutub kindlaks, nagu kest, kaitsefunktsiooni täitmisel.

Taimede rakuline sein

See sisaldab ka palju süsivesikuid, eriti tselluloosi, mis on kogutud kiudude kimpude kujul. Need struktuurid moodustavad kolloidmaatriksisse sukeldatud skeleti. Koosneb peamiselt oligo- ja polüsahhariididest. Taimerakkude rakuseinad saab lignified. Sellisel juhul täidetakse tselluloosi kimpude vahelised intervallid teise süsivesiku - ligniiniga. See tugevdab rakumembraani tugifunktsioone. Sageli, eriti mitmeaastaste puittaimede korral, on tselluloosist koosnev väliskiht kaetud rasvainega - suberiiniga. See takistab vee sisenemist taime kudedesse, nii et nende all olevad rakud surevad kiiresti ja kaetakse pistikuga.

Kokkuvõtteks öeldes me näeme, et süsivesikud ja rasvad on taimede rakuseinas tihedalt omavahel seotud. Nende rolli fototroofide kehas on raske alahinnata, kuna glükolipiidkompleksid annavad tugi ja kaitsefunktsioone. Uurime Drobyanka kuningriigi jaoks iseloomulike süsivesikute erinevaid vorme. See hõlmab prokarüoide, eriti baktereid. Nende rakusein sisaldab süsivesikuid - hiiri. Sõltuvalt pinnaosade struktuurist jagatakse bakterid gram-positiivseks ja gram-negatiivseks.

Teise rühma struktuur on keerulisem. Nendel bakteritel on kaks kihti: plastist ja jäik. Esimene sisaldab mukopolüsahhariide, näiteks hiire. Selle molekulid näevad välja nagu suured võrgusilma struktuurid, mis moodustavad bakteriraku ümber kapsli. Teine kiht koosneb peptidoglükaanist, polüsahhariidide ja valkude ühendist.

rakuseina lipopolüsahhariidid võimaldavad bakterite kleepuda kindlalt erinevate substraatide, näiteks hambaemaili või eukarüootse rakumembraani. Lisaks glükolipiidid liimumise bakterirakkude üksteisele. Seega moodustub näiteks streptokokid ahela klastris stafülokokid pealegi mõned liigid prokarüoodid täiendavad limaskesta - peplos. See sisaldab oma koostiselt polüsahhariidide ja kergesti hävitab kõvad kiiritus- või kokkupuutel teatud kemikaalide nagu antibiootikumid.