Karbohidrat. Struktur dan klasifikasi karbohidrat

Dalam pengertian yang paling umum, gula dan turunannya, yang diperoleh dengan hidrolisis, dapat dikaitkan dengan kelas ini. Karbohidrat merupakan komponen penting dari semua senyawa organik. Klasifikasi karbohidrat dapat memberi tahu tentang semua variasi manifestasi zat ini.

Biologi

Sel makhluk hidup membutuhkan karbohidrat sebagai baterai dan sumber energi. Bahan kering tanaman mengandung hingga 90% karbohidrat. Perwakilan fauna juga memiliki karbohidrat dalam selnya - hingga 20% dari total massa bahan kering. Klasifikasi karbohidrat menstandardisasi senyawa makromolekul ini dan menyajikannya secara visual. Memahami struktur karbohidrat, struktur internal senyawa ini adalah kunci untuk memahami dasar-dasar semua makhluk hidup, untuk memahami misteri kehidupan. Bagian penting dari proses mengetahui zat tersebut adalah klasifikasi karbohidrat.

Skema

Semua karbohidrat yang diketahui dibagi menjadi tiga kelompok besar:

Monosakarida;

disakarida;

Polisakarida.

Ketiga kelompok tersebut memiliki karakteristik fisiko-kimiawi yang berbeda. Klasifikasi dan struktur karbohidrat didasarkan pada tiga pilar ini.

Monosakarida

Selulosa tidak larut dalam air bahkan pada suhu tinggi. Ini tidak larut dalam alkohol, tahan terhadap alkali dan agen pengoksidasi lemah. Hidrolisis selulosa hanya mungkin jika dilarutkan dalam asam mineral pekat, seperti sulfat. Ketika larutan seperti itu dipanaskan, selulosa terbelah, membentuk larutan kental. Monosakarida adalah produk akhir dari reaksi ini.

Nilai karbohidrat

Klasifikasi dan struktur karbohidrat dipelajari oleh banyak ilmu terkait. Nilai zat organik ini dalam industri obat-obatan, kimia, makanan, manufaktur cukup tinggi. Diharapkan klasifikasi karbohidrat di atas dengan contoh-contoh akan memberikan gambaran umum tentang sifat zat-zat ini dan perannya yang paling penting dalam aktivitas ekonomi orang.

Karbohidrat (Gula tetapi , sakarida) - zat organik yang mengandung gugus karbonil dan beberapa gugus hidroksil. Nama golongan senyawa berasal dari kata “karbon hidrat”, pertama kali dikemukakan oleh K. Schmidt pada tahun 1844. Munculnya nama seperti itu disebabkan oleh fakta bahwa karbohidrat pertama yang diketahui sains dijelaskan dengan rumus kasar C x (H 2 O) y, yang secara formal merupakan senyawa karbon dan air.

Semua karbohidrat terdiri dari "unit" individu, yang merupakan sakarida. Menurut kemampuannya untuk menghidrolisis menjadi monomer, karbohidrat dibagi menjadi dua kelompok: sederhana dan kompleks. Karbohidrat yang mengandung satu unit disebut monosakarida, dua unit disebut disakarida, dari dua hingga sepuluh unit disebut oligosakarida, dan lebih dari sepuluh unit disebut polisakarida. Monosakarida umum adalah polihidroksi aldehida (aldosa) atau polioksi keton (ketosa) dengan rantai linier atom karbon (m = 3-9), yang masing-masing (kecuali karbon karbonil) dikaitkan dengan gugus hidroksil. Monosakarida paling sederhana, gliseraldehida, mengandung satu atom karbon asimetris dan dikenal sebagai dua antipoda optik (D dan L). Monosakarida dengan cepat meningkatkan kadar gula darah dan memiliki indeks glikemik tinggi, itulah sebabnya mereka juga disebut karbohidrat cepat. Mereka mudah larut dalam air dan disintesis dalam tanaman hijau. Karbohidrat yang terdiri dari 3 unit atau lebih disebut kompleks. Makanan kaya karbohidrat lambat secara bertahap meningkatkan kandungan glukosa dan memiliki indeks glikemik rendah, itulah sebabnya mereka juga disebut karbohidrat lambat. Karbohidrat kompleks adalah produk polikondensasi gula sederhana (monosakarida) dan, tidak seperti yang sederhana, dalam proses pembelahan hidrolitik mereka dapat terurai menjadi monomer, dengan pembentukan ratusan dan ribuan molekul monosakarida.

Dalam organisme hidup, karbohidrat fitur berikut:

1. Fungsi struktural dan pendukung. Karbohidrat terlibat dalam konstruksi berbagai struktur pendukung. Karena selulosa adalah komponen struktural utama dari dinding sel tumbuhan, kitin melakukan fungsi serupa pada jamur, dan juga memberikan kekakuan pada kerangka luar arthropoda.

2. Peran pelindung pada tumbuhan. Beberapa tanaman memiliki formasi pelindung (duri, duri, dll.) yang terdiri dari dinding sel sel mati.

3. Fungsi plastik. Karbohidrat adalah bagian dari molekul kompleks (misalnya, pentosa (ribosa dan deoksiribosa) yang terlibat dalam konstruksi ATP, DNA dan RNA).

4. Fungsi energi. Karbohidrat berfungsi sebagai sumber energi: ketika 1 gram karbohidrat dioksidasi, 4,1 kkal energi dan 0,4 g air dilepaskan.

5. Fungsi cadangan. Karbohidrat berfungsi sebagai cadangan nutrisi: glikogen pada hewan, pati dan inulin - pada tumbuhan.

6. Fungsi osmotik. Karbohidrat terlibat dalam pengaturan tekanan osmotik dalam tubuh. Jadi, darah mengandung 100-110 mg /% glukosa, tekanan osmotik darah tergantung pada konsentrasi glukosa.

7. Fungsi reseptor. Oligosakarida adalah bagian dari bagian reseptif dari banyak reseptor seluler atau molekul ligan.

18. Monosakarida: triosa, tetrosa, pentosa, heksosa. Struktur, bentuk terbuka dan siklik. Isomerisme optik. Sifat kimia glukosa, fruktosa. Reaksi kualitatif terhadap glukosa.

Monosakarida(dari bahasa Yunani monos- satu satunya, sacchar- gula) - karbohidrat paling sederhana yang tidak terhidrolisis menjadi karbohidrat sederhana - biasanya tidak berwarna, mudah larut dalam air, sedikit dalam alkohol dan tidak larut sama sekali dalam eter, padat transparan senyawa organik, salah satu kelompok utama karbohidrat, yang paling bentuk sederhana Sahara. Larutan berair memiliki pH netral. Beberapa monosakarida memiliki rasa manis. Monosakarida mengandung gugus karbonil (aldehida atau keton), sehingga dapat dianggap sebagai turunan dari alkohol polihidrat. Monosakarida dengan gugus karbonil di ujung rantai adalah aldehida dan disebut aldosa. Pada posisi lain dari gugus karbonil, monosakarida adalah keton dan disebut ketosis. Bergantung pada panjang rantai karbon (dari tiga hingga sepuluh atom), ada: triosa, tetrosa, pentosa, heksosa, heptosa dll. Di antara mereka, yang paling luas di alam adalah pentosa dan heksosa. Monosakarida adalah blok bangunan dari mana disakarida, oligosakarida dan polisakarida disintesis.

D-glukosa (gula anggur atau dekstrosa, C 6 H 12 HAI 6) - gula enam atom ( heksosa), unit struktural (monomer) dari banyak polisakarida (polimer) - disakarida: (maltosa, sukrosa dan laktosa) dan polisakarida (selulosa, pati). Monosakarida lain umumnya dikenal sebagai komponen di-, oligo- atau polisakarida dan jarang dalam keadaan bebas. Polisakarida alami berfungsi sebagai sumber utama monosakarida.

Reaksi kualitatif:

Mari tambahkan beberapa tetes larutan tembaga (II) sulfat dan larutan alkali ke dalam larutan glukosa. Pengendapan tembaga hidroksida tidak terbentuk. Solusinya berubah menjadi biru cerah. Dalam hal ini, glukosa melarutkan tembaga (II) hidroksida dan berperilaku seperti alkohol polihidrat, membentuk senyawa kompleks.
Mari kita panaskan solusinya. Dalam kondisi ini, reaksi dengan tembaga (II) hidroksida menunjukkan sifat pereduksi glukosa. Warna larutan mulai berubah. Pertama, endapan kuning Cu2O terbentuk, yang seiring waktu membentuk kristal CuO merah yang lebih besar. Glukosa dioksidasi menjadi asam glukonat.

2HOCH 2 -(CHOH) 4) -CH \u003d O + Cu (OH) 2 2HOCH 2 - (CHOH) 4) -COOH + Cu 2 O + 2H 2 O

19. Oligosakarida: struktur, sifat. Disakarida: maltosa, laktosa, selobiosa, sukrosa. Peran biologis.

Massal oligosakarida Ini diwakili oleh disakarida, di antaranya sukrosa, maltosa dan laktosa memainkan peran penting bagi organisme hewan. Disakarida selobiosa memiliki pentingnya untuk kehidupan tumbuhan.
Disakarida (biosis) pada hidrolisis membentuk dua monosakarida identik atau berbeda. Untuk menetapkan strukturnya, perlu diketahui dari monosa mana disakarida dibangun; dalam bentuk apa, furanosa atau piranosa, adalah monosakarida dalam disakarida; Hidroksil mana yang terlibat dalam ikatan dua molekul gula sederhana.
Disakarida dapat dibagi menjadi dua kelompok: gula non-pereduksi dan pereduksi.
Kelompok pertama termasuk trehalosa (gula jamur). Ini tidak mampu tautomerisme: ikatan ester antara dua residu glukosa terbentuk dengan partisipasi kedua hidroksil glukosidik
Kelompok kedua termasuk maltosa (gula malt). Ia mampu tautomerisme, karena hanya satu hidroksil glukosidik yang digunakan untuk membentuk ikatan ester dan, oleh karena itu, mengandung gugus aldehida dalam bentuk tersembunyi. Disakarida pereduksi mampu melakukan mutarotasi. Bereaksi dengan reagen untuk gugus karbonil (mirip dengan glukosa), direduksi menjadi alkohol polihidrat, dioksidasi menjadi asam
Gugus hidroksil disakarida masuk ke dalam reaksi alkilasi dan asilasi.
sukrosa(bit, gula tebu). Sangat umum di alam. Itu diperoleh dari bit gula (kandungan hingga 28% bahan kering) dan tebu. Ini adalah gula non-pereduksi, karena jembatan oksigen juga terbentuk dengan partisipasi kedua gugus hidroksil glikosidik

Maltosa(dari bahasa Inggris. malt- malt) - gula malt, disakarida alami yang terdiri dari dua residu glukosa; terkandung dalam jumlah besar dalam biji-bijian bertunas (malt) dari jelai, gandum hitam dan sereal lainnya; ditemukan juga dalam tomat, serbuk sari dan nektar dari sejumlah tanaman. Maltosa mudah diserap oleh tubuh manusia. Pemecahan maltosa menjadi dua residu glukosa terjadi sebagai akibat kerja enzim a-glukosidase, atau maltase, yang ditemukan dalam cairan pencernaan hewan dan manusia, pada biji-bijian yang bertunas, pada kapang dan ragi.

selobiosa- 4-(β-glucosido)-glukosa, disakarida yang terdiri dari dua residu glukosa yang dihubungkan oleh ikatan -glukosidik; unit struktural dasar selulosa. Selobiosa terbentuk selama hidrolisis enzimatik selulosa oleh bakteri yang hidup di saluran pencernaan ruminansia. Selobiosa kemudian dipecah oleh enzim bakteri -glukosidase (selobiase) menjadi glukosa, yang memastikan asimilasi bagian selulosa dari biomassa oleh ruminansia.

Laktosa(gula susu) C12H22O11 adalah karbohidrat dari kelompok disakarida yang ditemukan dalam susu. Molekul laktosa terdiri dari residu molekul glukosa dan galaktosa. Digunakan untuk persiapan media nutrisi, misalnya, dalam produksi penisilin. Digunakan sebagai eksipien (pengisi) dalam industri farmasi. Dari laktosa, laktulosa diperoleh - obat yang berharga untuk pengobatan gangguan usus, seperti sembelit.

20. Homopolisakarida: pati, glikogen, selulosa, dekstrin. Struktur, properti. peran biologis. Reaksi kualitatif terhadap pati.

Homopolisakarida ( glikan ), yang terdiri dari residu satu monosakarida, dapat berupa heksosa atau pentosa, yaitu heksosa atau pentosa dapat digunakan sebagai monomer. Tergantung pada sifat kimia polisakarida membedakan antara glukan (dari residu glukosa), mannan (dari manosa), galaktan (dari galaktosa) dan senyawa serupa lainnya. Kelompok homopolisakarida meliputi senyawa organik tumbuhan (pati, selulosa, pektin), hewan (glikogen, kitin) dan bakteri ( dekstrans) asal.

Polisakarida sangat penting untuk kehidupan hewan dan tumbuhan. Ini adalah salah satu sumber energi utama tubuh yang dihasilkan dari metabolisme. Polisakarida mengambil bagian dalam proses kekebalan, memberikan adhesi sel dalam jaringan, dan merupakan bagian terbesar dari bahan organik di biosfer.

Pati (C 6 H 10 HAI 5) n - campuran dua homopolisakarida: linier - amilosa dan bercabang - amilopektin, monomernya adalah alfa-glukosa. Zat amorf putih, tidak larut dalam air dingin, mampu membengkak dan larut sebagian dalam air panas. Berat molekul 10 5 -10 7 Dalton. Pati, disintesis oleh tanaman yang berbeda dalam kloroplas, di bawah aksi cahaya selama fotosintesis, agak berbeda dalam struktur butir, tingkat polimerisasi molekul, struktur rantai polimer dan sifat fisik dan kimia. Sebagai aturan, kandungan amilosa dalam pati adalah 10-30%, amilopektin - 70-90%. Molekul amilosa mengandung, rata-rata, sekitar 1.000 residu glukosa yang dihubungkan oleh ikatan alfa-1,4. Bagian linier terpisah dari molekul amilopektin terdiri dari 20-30 unit tersebut, dan pada titik cabang amilopektin, residu glukosa dihubungkan oleh ikatan alfa-1,6 antar rantai. Dengan hidrolisis asam parsial pati, polisakarida dengan tingkat polimerisasi yang lebih rendah terbentuk - dekstrin ( C 6 H 10 HAI 5) p, dan dengan hidrolisis lengkap - glukosa.

Glikogen (C 6 H 10 HAI 5) n - polisakarida yang dibangun dari residu alfa-D-glukosa - polisakarida cadangan utama hewan dan manusia tingkat tinggi, terkandung dalam bentuk butiran dalam sitoplasma sel di hampir semua organ dan jaringan, namun jumlah terbesarnya terakumulasi di otot dan hati. Molekul glikogen dibangun dari rantai poliglukosida bercabang, dalam urutan linier di mana residu glukosa dihubungkan oleh ikatan alfa-1,4, dan pada titik cabang oleh ikatan alfa-1,6 antarrantai. Rumus empiris glikogen identik dengan pati. Oleh struktur kimia glikogen dekat dengan amilopektin dengan percabangan rantai yang lebih jelas, itulah sebabnya kadang-kadang disebut istilah "pati hewan" yang tidak akurat. Berat molekul 10 5 -10 8 Dalton ke atas. Pada organisme hewan, ini adalah analog struktural dan fungsional dari polisakarida tumbuhan - pati. Glikogen membentuk cadangan energi, yang, jika perlu, untuk mengkompensasi kekurangan glukosa yang tiba-tiba dapat dengan cepat dimobilisasi - percabangan molekul yang kuat mengarah pada keberadaan jumlah yang besar residu terminal, memberikan kemungkinan pembelahan cepat jumlah yang tepat molekul glukosa. Tidak seperti simpanan trigliserida (lemak), simpanan glikogen tidak begitu banyak (dalam kalori per gram). Hanya glikogen yang disimpan dalam sel hati (hepatosit) yang dapat diubah menjadi glukosa untuk memberi makan seluruh tubuh, sementara hepatosit mampu menyimpan hingga 8 persen dari beratnya dalam bentuk glikogen, yang merupakan konsentrasi tertinggi di antara semua jenis sel. Total massa glikogen di hati orang dewasa bisa mencapai 100-120 gram. Di otot, glikogen dipecah menjadi glukosa secara eksklusif untuk konsumsi lokal dan terakumulasi dalam konsentrasi yang jauh lebih rendah (tidak lebih dari 1% dari total massa otot), namun, total stok di otot dapat melebihi stok yang terakumulasi di hepatosit.

Selulosa(serat) adalah polisakarida struktural paling umum dari dunia tumbuhan, terdiri dari residu alfa-glukosa yang disajikan dalam bentuk beta-piranosa. Jadi, dalam molekul selulosa, unit monomer beta-glukopiranosa terhubung secara linier satu sama lain melalui ikatan beta-1,4. Dengan hidrolisis parsial selulosa, selobiosa disakarida terbentuk, dan dengan hidrolisis lengkap, D-glukosa. Dalam saluran pencernaan manusia, selulosa tidak dicerna karena rangkaian enzim pencernaan tidak mengandung beta-glukosidase. Namun, adanya jumlah serat tumbuhan yang optimal dalam makanan berkontribusi pada pembentukan feses yang normal. Memiliki kekuatan mekanik yang tinggi, selulosa bertindak sebagai bahan pendukung bagi tanaman, misalnya, dalam komposisi kayu, bagiannya bervariasi dari 50 hingga 70%, dan kapas hampir seratus persen selulosa.

Reaksi kualitatif terhadap pati dilakukan dengan: larutan alkohol yodium. Ketika berinteraksi dengan yodium, pati membentuk senyawa kompleks berwarna biru-ungu.

Salah satu fungsi terpenting dalam organisme hidup dilakukan oleh karbohidrat. Mereka adalah sumber energi dan terlibat dalam metabolisme.

gambaran umum

Nama lain dari karbohidrat adalah gula. Karbohidrat memiliki dua definisi:

• dari sudut pandang biologi - zat aktif biologis yang merupakan sumber energi bagi organisme hidup, termasuk manusia;
• dari sudut pandang kimia - senyawa organik yang terdiri dari beberapa gugus karbonil (-CO) dan hidroksil (-OH).

Unsur yang membentuk karbohidrat:

• karbon;
• hidrogen;
• oksigen.

Rumus umum untuk karbohidrat adalah C n (H 2 O) m. Jumlah minimum atom karbon dan oksigen adalah tiga. Rasio hidrogen dan oksigen selalu 2:1, seperti dalam molekul air.

Sumber karbohidrat adalah proses fotosintesis. Karbohidrat menyusun 80% bahan kering tanaman dan 2-3% bahan hewani. Karbohidrat adalah bagian dari ATP - sumber energi universal.

jenis

Karbohidrat adalah kelompok besar zat organik. Mereka diklasifikasikan menurut dua kriteria:

• jumlah atom karbon;
• jumlah unit struktural.

Tergantung pada jumlah atom karbon dalam satu molekul (unit struktural), ada:

• triosa;
• tetrosa;

• pentosa;
• heksosa;
• heptosa.

Sebuah molekul dapat mencakup hingga sembilan atom karbon. Yang paling signifikan adalah pentosa (C 5 H 10 O 5) dan heksosa (C 6 H 12 O 6). Pentosa adalah komponen asam nukleat. Heksosa adalah bagian dari polisakarida.

Beras. 1. Struktur monosakarida.

Menurut kriteria klasifikasi kedua, karbohidrat adalah:

• sederhana terdiri dari satu molekul atau unit struktural (monosakarida);
• kompleks, termasuk banyak molekul (oligosakarida, polisakarida).

Fitur struktur kompleks dijelaskan dalam tabel karbohidrat.

Beras. 2. Struktur polisakarida.

Salah satu varietas oligosakarida yang paling signifikan adalah disakarida, yang terdiri dari dua monosakarida. Mereka berfungsi sebagai sumber glukosa dan berfungsi fungsi bangunan dalam tanaman.

Properti fisik

Monosakarida dan oligosakarida memiliki sifat fisik yang mirip:

• struktur kristal;
• rasa manis;
• kelarutan dalam air;
• transparansi;
• pH netral dalam larutan;
• titik leleh dan titik didih yang rendah.

Polisakarida - lebih banyak lagi zat kompleks. Mereka tidak larut dan tidak memiliki rasa manis. Selulosa adalah jenis polisakarida yang ditemukan di dinding sel tumbuhan. Kitin, mirip dengan selulosa, ditemukan pada jamur dan cangkang arthropoda. Pati terakumulasi dalam tanaman dan terurai menjadi karbohidrat sederhana, yang merupakan sumber energi. Dalam sel hewan, glikogen melakukan fungsi cadangan.

Sifat kimia

Tergantung pada strukturnya, setiap karbohidrat memiliki sifat kimia tertentu. Monosakarida, khususnya glukosa, mengalami oksidasi bertingkat (dengan tidak adanya dan adanya oksigen). Sebagai hasil dari oksidasi lengkap, karbon dioksida dan air terbentuk:

C 6 H 12 O 6 + 6O 2 → 6CO 2 + 6H 2 O.

Dengan tidak adanya oksigen, fermentasi terjadi di bawah aksi enzim:

• alkohol-

  C 6 H 12 O 6 → 2C 2 H 5 OH (etanol) + 2CO 2;

• asam laktat-

  C 6 H 12 O 6 → 2CH 3 -CH (OH) -COOH (asam laktat).

Jika tidak, polisakarida berinteraksi dengan oksigen, terbakar menjadi karbon dioksida dan air:

(C 6 H 10 O 5) n + 6O 2 → 6nCO 2 + 5nH 2 O.

Oligosakarida dan polisakarida terurai menjadi monosakarida setelah hidrolisis:

• C 12 H 22 O 11 + H 2 O → C 6 H 12 O 6 + C 6 H 12 O 6;
• (C 6 H 10 O 5)n + nH 2 O → nC 6 H 12 O 6 .

Glukosa bereaksi dengan tembaga (II) hidroksida dan larutan amonia dari oksida perak (reaksi cermin perak):

• CH 2 OH-(CHOH) 4 -CH=O + 2Cu(OH) 2 → CH 2 OH-(CHOH) 4 -COOH + Cu 2 O↓ + 2H 2 O;
• CH 2 OH-(CHOH) 4 -CH \u003d O + 2OH → CH 2 OH- (CHOH) 4 -COONH 4 + 2Ag + 3NH 3 + H 2 O.

Beras. 3. Reaksi cermin perak.

Apa yang telah kita pelajari?

Dari materi kimia, kelas 10 belajar tentang karbohidrat. Ini adalah senyawa bioorganik yang terdiri dari satu atau lebih unit struktural. Satu unit atau molekul terdiri dari gugus karbonil dan hidroksil. Ada monosakarida, yang terdiri dari satu molekul, oligosakarida, termasuk 2-10 molekul, dan polisakarida - rantai panjang banyak monosakarida. Karbohidrat rasanya manis dan sangat larut dalam air (dengan pengecualian polisakarida). Monosakarida larut dalam air, teroksidasi, berinteraksi dengan tembaga hidroksida dan oksida perak amoniak. Polisakarida dan oligosakarida mengalami hidrolisis. Polisakarida terbakar.

kuis topik

Evaluasi Laporan

Penilaian rata-rata: 4.6. Total peringkat yang diterima: 263.

Di satwa liar, banyak zat tersebar luas, yang pentingnya sulit ditaksir terlalu tinggi. Misalnya, ini termasuk karbohidrat. Mereka sangat penting sebagai sumber energi bagi hewan dan manusia, dan beberapa sifat karbohidrat menjadikannya bahan baku yang sangat diperlukan untuk industri.

Apa itu?

Informasi singkat tentang struktur kimia

Jika Anda melihat rumus linier, maka dalam komposisi karbohidrat ini satu aldehida dan lima gugus hidroksil terlihat jelas. Ketika suatu zat berada dalam keadaan kristal, maka molekulnya dapat berada dalam salah satu dari dua kemungkinan bentuk (α- atau -glukosa). Faktanya adalah bahwa gugus hidroksil yang terikat pada atom karbon kelima dapat berinteraksi dengan residu karbonil.

Prevalensi dalam kondisi alami

Karena sangat berlimpah dalam jus anggur, glukosa sering disebut sebagai "gula anggur". Dengan nama ini, nenek moyang kita yang jauh mengenalnya. Namun, Anda dapat menemukannya di sayuran atau buah manis lainnya, di jaringan lunak tanaman. Di kerajaan hewan, prevalensinya tidak kurang: sekitar 0,1% dari darah kita adalah glukosa. Selain itu, karbohidrat ini dapat ditemukan di sel hampir semua organ internal. Tetapi ada banyak dari mereka di hati, karena di sanalah glukosa diproses menjadi glikogen.

Ini (seperti yang telah kami katakan) adalah sumber energi yang berharga bagi tubuh kita, merupakan bagian dari hampir semua karbohidrat kompleks. Seperti karbohidrat sederhana lainnya, di alam itu terjadi setelah reaksi fotosintesis, yang terjadi secara eksklusif di sel-sel organisme tumbuhan:

6CO 2 + 6H 2 O klorofil C 6 H 12 O 6 + 6O 2 - Q

Pada saat yang sama, tanaman melakukan fungsi yang sangat penting bagi biosfer, mengumpulkan energi yang mereka terima dari matahari. Adapun kondisi industri, dari zaman kuno diperoleh dari pati dengan hidrolisis, dan asam sulfat pekat adalah katalis untuk reaksi:

(C 6 H 10 O 5) n + nH 2 O H 2 SO 4, t nC 6 H 12 O 6

Sifat kimia

Apa sifat kimia dari jenis karbohidrat ini? Mereka memiliki semua karakteristik yang sama yang merupakan karakteristik alkohol murni dan aldehida. Selain itu, mereka juga memiliki beberapa fitur khusus. Untuk pertama kalinya, sintesis karbohidrat sederhana (termasuk glukosa) dilakukan oleh ahli kimia paling berbakat A. M. Butlerov pada tahun 1861, dan ia menggunakan formaldehida sebagai bahan baku, memisahkannya dengan kalsium hidroksida. Berikut adalah rumus untuk proses ini:

6HSON -------> C6H 12 O 6

Dan sekarang kita akan mempertimbangkan beberapa sifat dari dua perwakilan kelompok lainnya, yang signifikansi alaminya tidak kalah besar, dan oleh karena itu mereka dipelajari oleh biologi. Karbohidrat dari spesies ini berperan dalam Kehidupan sehari-hari peran yang sangat penting.

Fruktosa

Rumus untuk isomer glukosa ini adalah CeH 12 O b. Seperti "nenek moyang", itu bisa eksis dalam bentuk linier dan siklik. Masuk ke dalam semua reaksi yang merupakan karakteristik alkohol polihidrat, tetapi, dengan demikian berbeda dari glukosa, tidak berinteraksi dengan larutan amonia oksida perak dengan cara apa pun.

Ribosa

Ribosa dan deoksiribosa sangat menarik. Jika Anda mengingat setidaknya sedikit program biologi, maka Anda sendiri sangat menyadari bahwa karbohidrat dalam tubuh inilah yang merupakan bagian dari DNA dan RNA, yang tanpanya keberadaan kehidupan di planet ini tidak mungkin. Nama "deoksiribosa" berarti bahwa ada satu atom oksigen yang lebih sedikit dalam molekulnya (bila dibandingkan dengan ribosa biasa). Menjadi serupa dalam hal ini dengan glukosa, mereka juga dapat memiliki struktur linier dan siklik.

disakarida

Pada prinsipnya, zat-zat ini dalam struktur dan fungsinya sebagian besar mengulangi kelas sebelumnya, dan oleh karena itu tidak ada gunanya membahas ini secara lebih rinci. Apa sifat kimia karbohidrat yang termasuk dalam kelompok ini? Anggota keluarga yang paling penting adalah sukrosa, maltosa, dan laktosa. Semuanya dapat dijelaskan dengan rumus C 12 H 22 O 11, karena mereka adalah isomer, tetapi ini tidak meniadakan perbedaan besar dalam strukturnya. Lalu apa saja ciri-cirinya? karbohidrat kompleks, daftar dan deskripsi yang dapat Anda lihat di bawah ini?

sukrosa

Molekulnya memiliki dua siklus sekaligus: salah satunya beranggota enam (residu -glukosa), dan yang lainnya beranggota lima (residu -fruktosa). Semua konstruksi ini terhubung karena hidroksil glikosidik glukosa.

Menerima dan arti umum

Menurut informasi sejarah yang masih ada, tiga abad sebelum kelahiran Kristus, orang belajar untuk mendapatkan gula dari india kuno. Baru pada pertengahan abad ke-19 ternyata lebih banyak sukrosa dengan sedikit usaha dapat diperoleh dari gula bit. Beberapa varietasnya mengandung hingga 22% karbohidrat ini, sedangkan pada tebu kandungannya bisa berkisar 26%, tetapi ini hanya mungkin jika kondisi ideal budidaya dan iklim yang mendukung.

Kami telah mengatakan bahwa karbohidrat larut dengan baik dalam air. Berdasarkan prinsip inilah produksi sukrosa didasarkan, ketika diffuser digunakan untuk tujuan ini. Untuk mengendapkan kemungkinan pengotor, larutan disaring melalui filter, yang meliputi kapur. Untuk menghilangkan kalsium hidroksida dari larutan yang dihasilkan, karbon dioksida biasa dilewatkan melaluinya. Endapan disaring, dan sirup gula diuapkan dalam oven khusus, memperoleh gula yang sudah kita kenal pada keluarannya.

Laktosa

Karbohidrat ini diisolasi dalam kondisi industri dari susu biasa, yang mengandung kelebihan lemak dan karbohidrat. Ini mengandung cukup banyak zat ini: misalnya, susu sapi mengandung sekitar 4-5,5% laktosa, dan dalam susu wanita fraksi volumenya mencapai 5,5-8,4%.

Setiap molekul glisida ini terdiri dari residu 3-galaktosa dan a-glukosa dalam bentuk piranosa, yang membentuk ikatan melalui atom karbon pertama dan keempat.

Tidak seperti gula lainnya, laktosa memiliki satu sifat unik. Ini tentang tentang tidak adanya higroskopisitas, sehingga bahkan di ruangan yang lembab glisida ini tidak meredam sama sekali. Properti ini secara aktif digunakan dalam obat-obatan: jika sukrosa biasa termasuk dalam komposisi beberapa obat dalam bentuk bubuk, maka laktosa harus ditambahkan ke dalamnya. Ini benar-benar alami dan tidak berbahaya untuk tubuh manusia, tidak seperti banyak aditif buatan yang mencegah caking dan basah. Apa fungsi dan sifat dari jenis karbohidrat ini?

Makna biologis laktosa sangat tinggi, karena laktosa adalah komponen nutrisi terpenting dari susu semua hewan dan manusia. Adapun maltosa, sifatnya agak berbeda.

Maltosa

Adalah produk antara diperoleh dari hidrolisis pati. Nama "maltosa" disebabkan oleh fakta bahwa itu sebagian besar terbentuk di bawah pengaruh malt (dalam bahasa Latin, malt adalah maltum). Ini didistribusikan secara luas tidak hanya pada tumbuhan, tetapi juga pada hewan. Dalam jumlah besar, itu terbentuk di saluran pencernaan ruminansia.

dan properti

Molekul karbohidrat ini terdiri dari dua bagian -glukosa dalam bentuk piranosa, yang saling berhubungan melalui atom karbon pertama dan keempat. Penampilan tidak berwarna, kristal putih. Rasanya manis, larut sempurna dalam air.

Polisakarida

Harus diingat bahwa semua polisakarida dapat dianggap dari sudut pandang bahwa mereka adalah produk polikondensasi monosakarida. Kesamaan mereka rumus kimia- (C b H 10 O 5) hal. Pada artikel ini, kami akan mempertimbangkan pati, karena ini adalah anggota keluarga yang paling khas.

Pati

Dibentuk sebagai hasil fotosintesis, ia disimpan dalam jumlah besar di akar dan biji organisme tanaman. Bagaimana sifat fisik karbohidrat jenis ini? Penampilan adalah bubuk putih dengan kristalinitas buruk, tidak larut dalam air dingin. Dalam cairan panas, ia membentuk struktur koloid (pasta, jeli). Di saluran pencernaan hewan ada banyak enzim yang mendorong hidrolisisnya dengan pembentukan glukosa.

Ini adalah yang paling umum yang terbentuk dari banyak residu a-glukosa. Di alam, dua bentuknya ditemukan secara bersamaan: amilosa dan amhopektin. Amilosa, sebagai polimer linier, dapat dilarutkan dalam air. Molekulnya terdiri dari residu alfa-glukosa yang dihubungkan melalui atom karbon pertama dan keempat.

Harus diingat bahwa pati adalah produk pertama yang terlihat dari fotosintesis tanaman. Dalam gandum dan sereal lainnya, mengandung hingga 60-80%, sedangkan pada umbi kentang hanya 15-20%. Ngomong-ngomong, dengan melihat butiran pati di bawah mikroskop, seseorang dapat secara akurat menentukan spesies tanaman, karena mereka berbeda untuk setiap orang.

Jika dipanaskan, molekulnya yang besar akan dengan cepat terurai menjadi polisakarida kecil yang dikenal sebagai dekstrin. Mereka memiliki satu rumus kimia yang sama dengan pati (C 6 H 12 O 5) x, tetapi ada perbedaan nilai variabel "x", yang nilai kurang"n" dalam pati.

Akhirnya, kami memberikan tabel yang mencerminkan tidak hanya kelas utama karbohidrat, tetapi juga sifat-sifatnya.

Grup utama	Fitur struktur molekul	Sifat khas karbohidrat
Monosakarida	Mereka berbeda dalam jumlah atom karbon: Triosa (C3) Tetrosa (C4) Pentosa (C5) Heksosa (С6)	Kristal tidak berwarna atau putih, sangat larut dalam air, rasanya manis
Oligosakarida	Struktur kompleks. Tergantung pada spesiesnya, mereka mengandung 2-10 residu monosakarida sederhana	Penampilannya sama, sedikit kurang larut dalam air, rasanya kurang manis
Polisakarida	Terdiri dari sejumlah besar residu monosakarida	Bubuk putih, struktur kristalnya lemah, tidak larut dalam air, tetapi cenderung membengkak di dalamnya. rasa netral

Berikut adalah fungsi dan sifat karbohidrat dari kelas utama.

PERAN BIOLOGIS KARBOHIDRAT.

PENCERNAAN DAN PENYERAPAN.

SINTESIS DAN PEMULIHAN GLIKOGEN.

tugas individu

mahasiswa fakultas biologi

kelompok 4120-2(b)

Menadiyev Ramazan Ismetovich

Zaporozhye 2012

ISI
1. Informasi singkat tentang karbohidrat
2. Klasifikasi karbohidrat
3. Fitur struktural dan fungsional dari organisasi mono dan disakarida: struktur; berada di alam; kuitansi; karakteristik perwakilan individu
4. Peran biologis biopolimer - polisakarida
5. Sifat kimia karbohidrat
6. Pencernaan dan penyerapan

7. Sintesis dan pemecahan glikogen
8. Kesimpulan

9. Daftar referensi.

PENGANTAR

Senyawa organik membentuk rata-rata 20-30% dari massa sel organisme hidup. Ini termasuk polimer biologis: protein, asam nukleat, karbohidrat, serta lemak dan sejumlah molekul hormon kecil, pigmen, ATP, dll. Berbagai jenis sel mencakup jumlah senyawa organik yang tidak sama. Karbohidrat kompleks-polisakarida mendominasi sel tumbuhan, sedangkan pada hewan lebih banyak protein dan lemak. Namun demikian, masing-masing kelompok zat organik dalam semua jenis sel melakukan fungsi yang sama: ia menyediakan energi, adalah bahan bangunan.

RINGKASAN RINGKAS TENTANG KARBOHIDRAT

Karbohidrat adalah senyawa organik yang terdiri dari satu atau lebih molekul gula sederhana. Masa molar karbohidrat berkisar antara 100 hingga 1.000.000 Da (massa Dalton, kira-kira sama dengan massa satu atom hidrogen). Rumus umum mereka biasanya ditulis sebagai Cn (H2O) n (di mana n setidaknya tiga). Untuk pertama kalinya pada tahun 1844, istilah ini diperkenalkan oleh ilmuwan dalam negeri K. Schmid (1822-1894). Nama "karbohidrat" muncul berdasarkan analisis perwakilan pertama yang diketahui dari kelompok senyawa ini. Ternyata zat-zat ini terdiri dari karbon, hidrogen dan oksigen, dan rasio jumlah atom hidrogen dan oksigen di dalamnya sama dengan di dalam air: dua atom hidrogen - satu atom oksigen. Dengan demikian, mereka dianggap sebagai kombinasi karbon dan air. Di masa depan, banyak karbohidrat yang tidak memenuhi kondisi ini dikenal, tetapi nama "karbohidrat" masih diterima secara umum. Dalam sel hewan, karbohidrat ditemukan dalam jumlah tidak melebihi 2-5%. Sel tumbuhan adalah yang paling kaya karbohidrat, di mana kandungannya dalam beberapa kasus mencapai 90% dari massa kering (misalnya, dalam umbi kentang, biji).

KLASIFIKASI KARBOHIDRAT

Ada tiga kelompok karbohidrat: monosakarida, atau gula sederhana (glukosa, fruktosa); oligosakarida - senyawa yang terdiri dari 2-10 molekul gula sederhana yang terhubung secara berurutan (sukrosa, maltosa); polisakarida yang mengandung lebih dari 10 molekul gula (pati, selulosa).

3. FITUR STRUKTURAL DAN FUNGSIONAL DARI ORGANISASI MONO- DAN DISAKARIDA: STRUKTUR; MENEMUKAN DI ALAM; MENERIMA. KARAKTERISTIK PERWAKILAN INDIVIDU

Monosakarida adalah turunan keton atau aldehida dari alkohol polihidrat. Atom karbon, hidrogen, dan oksigen yang menyusun komposisinya memiliki perbandingan 1:2:1. Rumus umum untuk gula sederhana adalah (CH2O) n. Tergantung pada panjang kerangka karbon (jumlah atom karbon), mereka dibagi menjadi: triosa-C3, tetrosa-C4, pentosa-C5, heksosa-C6, dll. Selain itu, gula dibagi menjadi: golongan, - C=O. Ini termasuk | | glukosa H:

H H H H H
CH2OH - C - C - C - C - C
| | | | \\
OH OH OH OH OH

Ketosa yang mengandung gugus keton - C-. Bagi mereka, misalnya, || mengacu pada fruktosa. Dalam larutan, semua gula, dimulai dengan pentosa, memiliki bentuk siklik; dalam bentuk linier, hanya triosa dan tetrosa yang ada. Ketika bentuk siklik terbentuk, atom oksigen dari gugus aldehida terikat secara kovalen dengan atom karbon kedua dari belakang rantai, menghasilkan pembentukan hemiasetal (dalam kasus aldosa) dan hemiketal (dalam kasus ketosa).

KARAKTERISTIK MONOSAKARIDA, PERWAKILAN INDIVIDU

Dari tetrosa, eritrosis adalah yang paling penting dalam proses metabolisme. Gula ini merupakan salah satu produk antara fotosintesis. Pentosa ditemukan dalam kondisi alami terutama sebagai penyusun molekul zat yang lebih kompleks, seperti polisakarida kompleks yang disebut pentosan, serta getah sayuran. Pentosa dalam jumlah yang signifikan (10-15%) ditemukan dalam kayu dan jerami. Di alam, arabinosa banyak ditemukan. Itu ditemukan dalam lem ceri, bit dan gom arab, dari mana ia diperoleh. Ribosa dan deoksiribosa tersebar luas pada hewan dan flora, ini adalah gula yang merupakan bagian dari monomer asam nukleat RNA dan DNA. Ribosa diperoleh dengan epimerisasi arabinosa. Xilosa dibentuk oleh hidrolisis polisakarida xilosan yang terkandung dalam jerami, dedak, kayu, dan sekam bunga matahari. Produk berbagai jenis fermentasi xilosa adalah asam laktat, asetat, sitrat, suksinat dan lainnya. Xylose diserap dengan buruk oleh tubuh manusia. Hidrolisat yang mengandung xilosa digunakan untuk menumbuhkan beberapa jenis ragi, mereka digunakan sebagai sumber protein untuk memberi makan hewan ternak. Ketika xilosa direduksi, diperoleh xylitol alkohol, digunakan sebagai pengganti gula bagi penderita diabetes. Xylitol banyak digunakan sebagai penstabil kelembaban dan plasticizer (dalam industri kertas, wewangian, produksi plastik). Ini adalah salah satu komponen utama dalam produksi sejumlah surfaktan, pernis, perekat. Dari heksosa, yang paling banyak didistribusikan adalah glukosa, fruktosa, galaktosa, mereka rumus umum- 6Н12О6. Glukosa (gula anggur, dekstrosa) ditemukan dalam jus anggur dan buah-buahan manis lainnya, dan dalam jumlah kecil pada hewan dan manusia. Glukosa adalah bagian dari disakarida terpenting - gula tebu dan anggur. Polisakarida dengan berat molekul tinggi, yaitu pati, glikogen (pati hewani) dan serat, seluruhnya dibangun dari residu molekul glukosa yang terhubung satu sama lain. cara yang berbeda. Glukosa merupakan sumber energi utama bagi sel. Glukosa darah manusia mengandung 0,1-0,12%, penurunan indikator menyebabkan pelanggaran aktivitas vital sel saraf dan otot, terkadang disertai kejang atau pingsan. Tingkat glukosa dalam darah diatur oleh mekanisme kerja yang kompleks sistem saraf dan kelenjar endokrin. Salah satu penyakit endokrin parah yang masif - diabetes- terkait dengan hipofungsi zona pulau pankreas. Disertai dengan penurunan yang signifikan dalam permeabilitas membran sel otot dan lemak untuk glukosa, yang mengarah pada peningkatan glukosa dalam darah, serta dalam urin. Glukosa untuk keperluan medis diperoleh dengan pemurnian - rekristalisasi - glukosa teknis dari larutan berair atau air-alkohol. Glukosa digunakan dalam industri tekstil dan di beberapa industri lain sebagai zat pereduksi. Dalam pengobatan, glukosa murni digunakan dalam bentuk larutan untuk injeksi ke dalam darah untuk sejumlah penyakit dan dalam bentuk tablet. Vitamin C diperoleh darinya.Galaktosa, bersama dengan glukosa, merupakan bagian dari beberapa glikosida dan polisakarida. Sisa-sisa molekul galaktosa adalah bagian dari biopolimer paling kompleks - gangliosida, atau glikosfingolipid. Mereka ditemukan di simpul saraf (ganglia) manusia dan hewan dan juga ditemukan di jaringan otak, di limpa di eritrosit. Galaktosa diperoleh terutama dengan hidrolisis gula susu. Fruktosa (gula buah) dalam keadaan bebas terdapat pada buah-buahan, madu. Termasuk dalam banyak gula kompleks, seperti gula tebu, yang dapat diperoleh dengan hidrolisis. Membentuk inulin polisakarida molekul tinggi terstruktur kompleks, yang terkandung dalam beberapa tanaman. Fruktosa juga diperoleh dari inulin. Fruktosa adalah gula makanan yang berharga; itu adalah 1,5 kali lebih manis dari sukrosa dan 3 kali lebih manis dari glukosa. Itu diserap dengan baik oleh tubuh. Ketika fruktosa direduksi, sorbitol dan manitol terbentuk. Sorbitol digunakan sebagai pengganti gula dalam diet penderita diabetes; selain itu, digunakan untuk produksi asam askorbat(vitamin C). Ketika teroksidasi, fruktosa menghasilkan asam tartarat dan oksalat.

Disakarida adalah polisakarida seperti gula yang khas. Ini adalah padatan, atau sirup non-kristalisasi, sangat larut dalam air. Baik disakarida amorf dan kristal biasanya meleleh pada kisaran suhu dan biasanya terurai. Disakarida dibentuk oleh reaksi kondensasi antara dua monosakarida, biasanya heksosa. Ikatan antara dua monosakarida disebut ikatan glikosidik. Biasanya terbentuk antara atom karbon pertama dan keempat dari unit monosakarida tetangga (ikatan 1,4-glikosidik). Proses ini dapat diulang berkali-kali, menghasilkan pembentukan molekul polisakarida raksasa. Setelah unit monosakarida dihubungkan bersama, mereka disebut residu. Dengan demikian, maltosa terdiri dari dua residu glukosa. Disakarida yang paling umum adalah maltosa (glukosa + glukosa), laktosa (glukosa + galaktosa), dan sukrosa (glukosa + fruktosa).

PERWAKILAN INDIVIDU DISAKARIDA

Maltosa (gula malt) memiliki rumus C12H22O11. Nama itu muncul sehubungan dengan metode memperoleh maltosa: diperoleh dari pati saat terkena malt (Latin maltum - malt). Sebagai hasil dari hidrolisis, maltosa dipecah menjadi dua molekul glukosa:

12Н22О11 + 2О = 2С6Н12О6

Gula malt adalah produk antara dalam hidrolisis pati, didistribusikan secara luas dalam organisme tumbuhan dan hewan. Gula malt jauh lebih manis daripada gula tebu (sebesar 0,6 kali pada konsentrasi yang sama). Laktosa (gula susu). Nama disakarida ini muncul sehubungan dengan persiapannya dari susu (dari bahasa Latin laktum - susu). Setelah hidrolisis, laktosa dipecah menjadi glukosa dan galaktosa:

Laktosa diperoleh dari susu: dalam susu sapi mengandung 4-5,5%, dalam susu wanita - 5,5-8,4%. Laktosa berbeda dari gula lain dengan tidak adanya higroskopisitas: tidak menjadi lembab. Gula susu digunakan sebagai obat dan makanan untuk bayi. Laktosa adalah 4 atau 5 kali lebih manis dari sukrosa. Sukrosa (gula tebu atau bit). Nama itu muncul sehubungan dengan produksinya baik dari bit gula atau tebu. Gula tebu telah dikenal sejak berabad-abad sebelum masehi. Hanya di pertengahan abad XVIII. disakarida ini telah ditemukan dalam bit gula dan hanya dalam awal XIX di dalam. itu diperoleh dalam lingkungan produksi. Sukrosa sangat umum di dunia tumbuhan. Daun dan biji selalu mengandung sejumlah besar sukrosa. Itu juga ditemukan dalam buah-buahan (aprikot, persik, pir, nanas). Ada banyak di maple dan jus palem, jagung. Ini adalah gula yang paling terkenal dan banyak digunakan. Ketika dihidrolisis, glukosa dan fruktosa terbentuk darinya:

12Н22О11 + 2О = 6Н12О6 + 6Н12О6

Campuran glukosa dan fruktosa dalam jumlah yang sama, yang dihasilkan dari inversi gula tebu (karena perubahan proses hidrolisis dari rotasi kanan larutan ke kiri), disebut gula invert (pembalikan rotasi). Gula invert alami adalah madu, yang sebagian besar terdiri dari glukosa dan fruktosa. Sukrosa diperoleh dalam jumlah banyak. Bit gula mengandung 16-20% sukrosa, tebu - 14-26%. Bit yang dicuci dihancurkan dan sukrosa diekstraksi berulang kali dalam peralatan dengan air yang memiliki suhu sekitar 80 derajat. Cairan yang dihasilkan, mengandung, selain sukrosa, sejumlah besar berbagai pengotor, diperlakukan dengan kapur. Kapur mengendapkan sejumlah asam organik dalam bentuk garam kalsium, serta protein dan beberapa zat lainnya. Bagian dari kapur membentuk saccharates kalsium yang larut dalam air dingin dengan gula tebu, yang dihancurkan dengan pengolahan dengan karbon dioksida.

Endapan kalsium karbonat dipisahkan dengan penyaringan, filtrat setelah pemurnian lebih lanjut diuapkan dalam vakum sampai diperoleh massa yang lembek. Kristal sukrosa yang terpisah dipisahkan menggunakan sentrifugal. Ini adalah bagaimana gula pasir mentah diperoleh, yang memiliki warna kekuningan, cairan induk coklat, sirup non-kristalisasi (molase bit, atau molase). Gula dibersihkan (halus) dan produk jadi diperoleh.