Massiline värbamine

Süsivesikute bioloogiline roll taimedes. Süsivesikute klassifikatsioon ja bioloogiline roll. Süsivesikute puudus ja liig organismis.

Sissejuhatus

süsivesikud glükolipiidid bioloogilised

Süsivesikud on Maal kõige levinum orgaaniliste ühendite klass, mis on osa kõigist organismidest ning on vajalik inimeste ja loomade, taimede ja mikroorganismide eluks. Süsivesikud on fotosünteesi peamised produktid, süsinikuringes toimivad nad omamoodi sillana anorgaaniliste ja orgaaniliste ühendite vahel. Kõikides elusrakkudes olevad süsivesikud ja nende derivaadid mängivad plast- ja konstruktsioonimaterjalina, energiatarnijana, substraatidena ja teatud kindlate regulaatoritena. biokeemilised protsessid. Süsivesikud ei täida elusorganismides mitte ainult toitumisfunktsiooni, vaid täidavad ka toetavaid ja struktuurseid funktsioone. Süsivesikuid või nende derivaate leiti kõigist kudedest ja elunditest. Need on osa rakumembraanidest ja subtsellulaarsetest moodustistest. Osalege paljude sünteesis olulised ained.

Asjakohasus

Praegu see teema asjakohane, sest süsivesikud on organismile vajalikud, kuna need on osa selle kudedest ja täidavad olulisi funktsioone: - on peamiseks energiatarnijaks kõikide kehas toimuvate protsesside jaoks (neid saab lagundada ja anda energiat ka siis, kui puudub hapnik); - vajalik selleks ratsionaalne kasutamine valgud (süsivesikute defitsiidiga valke ei kasutata sihtotstarbeliselt: neist saavad energiaallikad ja osalised mõnes olulises keemilises reaktsioonis); - tihedalt seotud rasvade ainevahetusega (kui süüa liiga palju süsivesikuid, siis rohkem kui suudetakse muundada glükoosiks või glükogeeniks (mis ladestub maksas ja lihastes), siis selle tulemusena tekib rasv. Kui keha vajab rohkem kütust, siis rasvu muundatakse tagasi glükoosiks ja kehakaal väheneb). - eriti vajalik aju normaalseks funktsioneerimiseks (kui lihaskuded suudab salvestada energiat keharasvana, aju ei saa seda teha, see sõltub täielikult süsivesikute regulaarsest tarbimisest kehas); - on lahutamatu osa mõnede aminohapete molekulid, osalevad ensüümide ehituses, nukleiinhapete moodustamises jne.

Süsivesikute mõiste ja klassifikatsioon

Süsivesikud on ained, millega üldine valem C n (H 2O) m , kus n ja m võivad omada erinevaid väärtusi. Nimetus "süsivesikud" peegeldab tõsiasja, et vesinik ja hapnik esinevad nende ainete molekulides samas vahekorras kui veemolekulis. Lisaks süsinikule, vesinikule ja hapnikule võivad süsivesikute derivaadid sisaldada muid elemente, näiteks lämmastikku.

Süsivesikud on üks peamisi rakkude orgaaniliste ainete rühmi. Need on fotosünteesi esmasaadused ja teiste taimede orgaaniliste ainete (orgaanilised happed, alkoholid, aminohapped jne) biosünteesi algproduktid ning neid leidub ka kõigi teiste organismide rakkudes. Loomarakus jääb süsivesikute sisaldus vahemikku 1-2%, taimerakkudes võib see ulatuda kohati 85-90% kuivainemassist.

Süsivesikuid on kolm rühma:

· monosahhariidid või lihtsuhkrud;

· oligosahhariidid - ühendid, mis koosnevad 2-10 järjestikku ühendatud lihtsuhkrute molekulist (näiteks disahhariidid, trisahhariidid jne).

· polüsahhariidid koosnevad enam kui 10 lihtsuhkrute või nende derivaatide (tärklis, glükogeen, tselluloos, kitiin) molekulist.

Monosahhariidid (lihtsad suhkrud)

Sõltuvalt süsiniku karkassi pikkusest (süsinikuaatomite arvust) jagunevad monosahhariidid trioosideks (C 3), tetroos (C 4), pentoosid (C 5), heksoosid (C 6), heptoosid (C7 ).

Monosahhariidimolekulid on kas aldehüüdalkoholid (aldoosid) või ketoalkoholid (ketoosid). Nende ainete keemilised omadused määravad eelkõige aldehüüd- või ketoonrühmad, millest need molekulid koosnevad.

Monosahhariidid on vees hästi lahustuvad, maitselt magusad.

Vees lahustatuna omandavad monosahhariidid, alustades pentoosidest, rõngakujulise kuju.

Pentooside ja heksooside tsüklilised struktuurid on nende tavalised vormid: mis tahes Sel hetkel ainult väike osa molekulidest eksisteerib "avatud ahela" kujul. Oligo- ja polüsahhariidide koostisesse kuuluvad ka monosahhariidide tsüklilised vormid.

Lisaks suhkrutele, milles kõik süsinikuaatomid on seotud hapnikuaatomitega, on osaliselt redutseeritud suhkruid, millest olulisim on desoksüriboos.

Oligosahhariidid

Hüdrolüüsil moodustavad oligosahhariidid mitu lihtsuhkru molekuli. Oligosahhariidides on lihtsad suhkrumolekulid ühendatud nn glükosiidsidemetega, ühendades ühe molekuli süsinikuaatomi läbi hapniku teise molekuli süsinikuaatomiga.

Olulisemad oligosahhariidid on maltoos (linnasesuhkur), laktoos (piimasuhkur) ja sahharoos (roo- või peedisuhkur). Neid suhkruid nimetatakse ka disahhariidideks. Oma omaduste poolest blokeerivad disahhariidid monosahhariide. Need lahustuvad vees hästi ja on magusa maitsega.

Polüsahhariidid

Need on suure molekulmassiga (kuni 10 000 000 Da) polümeersed biomolekulid, mis koosnevad suur hulk monomeerid – lihtsuhkrud ja nende derivaadid.

Polüsahhariidid võivad koosneda monosahhariididest ühe või erinevad tüübid. Esimesel juhul nimetatakse neid homopolüsahhariidideks (tärklis, tselluloos, kitiin jne), teisel - heteropolüsahhariidid (hepariin). Kõik polüsahhariidid on vees lahustumatud ja neil ei ole magusat maitset. Mõned neist on võimelised paisuma ja lima.

Kõige olulisemad polüsahhariidid on järgmised.

Tselluloos- lineaarne polüsahhariid, mis koosneb mitmest omavahel ühendatud sirgest paralleelsest ahelast vesiniksidemed. Iga ahela moodustavad β-D-glükoosi jäägid. Selline struktuur takistab vee läbitungimist, on väga rebenemiskindel, mis tagab taimerakumembraanide stabiilsuse, mis sisaldab 26-40% tselluloosi.

Tselluloos on toiduks paljudele loomadele, bakteritele ja seentele. Enamik loomi, sealhulgas inimesi, ei suuda aga tselluloosi seedida, sest nendes seedetrakti tsellulaas, ensüüm, mis lagundab tselluloosi glükoosiks, puudub. Samas on tsellulooskiududel oluline roll toitumises, kuna need annavad toidule mahuka ja jämeda tekstuuri, stimuleerivad soolemotoorikat.

tärklis ja glükogeen. Need polüsahhariidid on peamised glükoosi säilitamise vormid taimedes (tärklis), loomades, inimestes ja seentes (glükogeen). Nende hüdrolüüsimisel moodustub organismides glükoos, mis on vajalik elutähtsate protsesside jaoks.

Kitiinmoodustuvad β-glükoosi molekulidest, milles alkoholirühm teise süsinikuaatomi juures on asendatud lämmastikku sisaldava rühmaga NHCOCH 3. Selle pikad paralleelsed ahelad, nagu tselluloosi ahelad, on kimpus. Kitiin – põhiline struktuurielement lülijalgsete ja seente rakuseinad.

Süsivesikute funktsioonid

Süsivesikute funktsioonid on mitmekesised, nimelt:

1.Need on tervislikud energiaallikad, mille puudumine organismis võib põhjustada nõrkust, alatoitumust, vitamiinide ja mineraalainete puudust ning liig - rasvumist. Oluline on säilitada tasakaalustatud tarbimine õige kombinatsioon valkude ja rasvadega, et hoida meie keha noore ja jõulisena. Süsivesikute seedimise käigus vabaneb glükoos verre ja ladestub maksas glükogeenina. Kui algab glükogeeni puudus, mobiliseeritakse rasvad ja aminohapped (lõhenenud valgud) energia saamiseks. Seetõttu soovitab enamik dieete loobuda paljudest toiduliikidest, et aktiveerida oma varude kasutamist. Seda ütleb teile aga iga fitness-ekspert parim idee põletada kaloreid ja arendada lihaseid, see on teatud süsivesikute vormide kasutamine (näiteks pool banaani enne treeningut). Ilma energiata produktiivne treening ei toimi.

2.Vajalik tsentraalse vajaduste kompenseerimiseks närvisüsteem. Tavaline töö mis sisse suurel määral oleneb sissetulevast glükoosist. Piisav süsivesikute tarbimine tagab selle korraliku toimimise. Võite märgata, et kui hakkate paastuma (juhul madala süsivesikute sisaldusega dieet), kipuvad end siis tundma nõrgana, unustama, keskenduma. Esineb üldine nõrkus kiire väsimus. Need on organismis glükoosipuuduse otsesed tagajärjed. See seisund kummitab selle all kannatavaid inimesi madal tase veresuhkur.

.Andke lihastele energiat. Kuigi arenguks, toimimiseks ja kasvamiseks lihaskiud valku on vaja, pannakse nende muutuste alus süsivesikute arvelt. Ainult siis, kui need on saadaval, saab valke kasutada nende põhieesmärgil – ehituseesmärgil. Viimaste poolitamine eluvajaduste katteks defitsiidi korral tuttavad tooted, viib kaotuseni lihasmassi ja üldine frustratsioon. Seega, kui süsivesikute tarbimist vähendatakse, puudutab see teisi kudesid. Glükogeenivarude ja arengu säilitamiseks peate regulaarselt treenima. Kui sa ei saa piisavalt kehaline aktiivsus, toimub lagunemine.

.Normaliseerida seedetrakti tööd. Toidu kiud(kiudained) sisalduvad kõigis süsivesikutes, suuremal määral komplekssetes. Kuigi keha ei suuda tselluloosi üksinda seedida, annab see massi, mis aitab stimuleerida peristaltikat. See omakorda hõlbustab toksiinide eemaldamist ja jääkainete väljutamist soolestikust. Toimub võõrutus, mille tulemusena tunneb inimene end uuenenud ja värskena. Lisaks soodustab laktoos eriliste kasulike bakterite kasvu peensooles, mis põhjustab teatud vitamiinirühmade sünteesi, parandab kaltsiumi imendumist.

.Veel üks oluline funktsioon on oksüdatsioon (ketoosi ennetamine). Ketoos on väga tõsine seisund, mis tekib siis, kui inimese toitumine on süsivesikutevaene. Haigus viib kõrgendatud tase kemikaalid (ketoonid) vereringesse. Rasvade oksüdatsiooni mehhanism on häiritud. Oksaloäädikhape (süsivesikute lagunemissaadus) on vajalik atsetaadi oksüdeerimiseks, mis on rasvade lagunemissaadus. Selle puudumisel muutub atsetaat ketoonkehadeks, mis kogunevad kehasse ja inimene kannatab "toksilise seisundi" all. Ketoos tekib diabeedi ja nälgimise korral, kui rakud peavad jõuallikana kasutama omaenda varusid. Väljend "rasv põleb süsivesikute tules" rõhutab nende tähtsust.

.Ainevahetusega seotud lahutamatu ehitusplokk, millel on otsene mõju selle kõikidele aspektidele keeruline protsess. Süsivesikud osalevad hormoonide sünteesis, näärmete sekretsioonis, reguleerivad osmootset rõhku.

Nende assistentide peamine ülesanne on tagada õige energia tase meie kehas. Enamik toitumisspetsialiste soovitab tervena püsimiseks dieeti, mis sisaldab 45–70 protsenti süsivesikuid. Neid tuleb saada värsketest puuviljadest, köögiviljadest, piimast, piimatoodetest ja teraviljast.

lühikirjeldus süsivesikute ökoloogiline ja bioloogiline roll

Võttes kokku ülalpool käsitletud süsivesikute iseloomustamist puudutava materjali, saame teha järgmised järeldused nende ökoloogilise ja bioloogilise rolli kohta.

Nad täidavad ehitusfunktsiooni nii rakkudes kui ka kehas tervikuna, kuna nad on osa struktuuridest, mis moodustavad rakke ja kudesid (see kehtib eriti taimede ja seente kohta), näiteks rakumembraanid, erinevad membraanid jne, lisaks osalevad süsivesikud bioloogilise moodustumisel olulised ained, moodustades mitmeid struktuure, näiteks kromosoomide aluseks olevate nukleiinhapete moodustamisel; sisalduvad süsivesikud komplekssed valgud- glükoproteiinid, millel on teatud tähtsus rakustruktuuride ja rakkudevahelise aine moodustamisel.

Kõige olulisem funktsioon süsivesikud on troofiline funktsioon, mis seisneb selles, et paljud neist on heterotroofsete organismide (glükoos, fruktoos, tärklis, sahharoos, maltoos, laktoos jne) toiduained. Need ained koos teiste ühenditega moodustavad inimestele kasutatavaid toiduaineid (erinevad teraviljad; üksikute taimede viljad ja seemned, mille koostises on süsivesikuid, on lindude toit ja monosahhariidid, mis sisenevad erinevate muundumiste tsüklisse, aitavad kaasa oma süsivesikute moodustamiseks, mis on iseloomulikud antud organism ja muud organo-biokeemilised ühendid (rasvad, aminohapped (kuid mitte nende valgud), nukleiinhapped jne).

Süsivesikuid iseloomustab ka energiafunktsioon, mis seisneb selles, et monosahhariidid (eriti glükoos) oksüdeeruvad organismides kergesti (oksüdatsiooni lõpp-produktiks on CO 2ja H 2O), sel juhul on valik suur hulk energia, millega kaasneb ATP süntees.

Neil on ka kaitsefunktsioon, mis seisneb selles, et struktuurid (ja teatud organellid rakus) tekivad süsivesikutest, mis kaitsevad kas rakku või keha tervikuna mitmesuguste, sealhulgas mehaaniliste kahjustuste eest (näiteks putukate kitiinkatted, mis moodustavad välise skeleti, taimerakkude kestad ja paljud seened, sealhulgas tselluloos jne).

Suur roll mängivad süsivesikute mehaanilisi ja kujundavaid funktsioone, mis on kas süsivesikutest või koosmõjus teiste ühenditega moodustunud struktuuride võime anda kehale teatud kuju ja muuta need mehaaniliselt tugevaks; seega loovad ksüleemi mehaanilise koe rakumembraanid ja veresooned puit-, põõsa- ja rohttaimede karkassi (sisekarkassi), putukate välisskeleti moodustab kitiin jne.

Süsivesikute ainevahetuse lühikirjeldus heterotroofses organismis (inimorganismi näitel)

Tähtis roll metaboolsete protsesside mõistmist mängivad teadmised transformatsioonidest, mida süsivesikud heterotroofsetes organismides läbivad. Inimkehas iseloomustab seda protsessi järgmine skemaatiline kirjeldus.

Toidus sisalduvad süsivesikud sisenevad kehasse suu kaudu. Monosuhkur sisse seedeelundkond praktiliselt ei muundu, disahhariidid hüdrolüüsitakse monosahhariidideks ja polüsahhariidid läbivad üsna olulisi transformatsioone (see kehtib nende polüsahhariidide kohta, mida keha tarbib, ja süsivesikuid, mis ei ole toiduained, näiteks tselluloos, mõned pektiinid, eemaldatakse keha koos väljaheite massidega).

AT suuõõne toit purustatakse ja homogeniseeritakse (muutub homogeensemaks kui enne sellesse sisenemist). Toitu mõjutab süljenäärmetest eritatav sülg. See sisaldab ensüümi ptüaliini ja on leeliselise keskkonnaga, mille tõttu algab polüsahhariidide esmane hüdrolüüs, mis viib oligosahhariidide (väikese n-väärtusega süsivesikute) moodustumiseni.

Osa tärklisest võib muutuda isegi disahhariidideks, mida on näha leiva pikemal närimisel (hapu must leib muutub magusaks).

Rikkalikult süljega töödeldud ja hammastega purustatud näritud toit satub toidutükina söögitoru kaudu makku, kus see puutub kokku maomahlaga, mille käigus toimub valkudele ja nukleiinhapetele mõjuvaid ensüüme sisaldava söötme happeline reaktsioon. Süsivesikutega ei juhtu maos peaaegu midagi.

Seejärel siseneb toidupuder soolestiku esimesse sektsiooni (peensoole), alustades kaksteistsõrmiksool. See saab pankrease mahla (pankrease sekretsiooni), mis sisaldab ensüümide kompleksi, mis soodustab süsivesikute seedimist. Süsivesikud muudetakse monosahhariidideks, mis on vees lahustuvad ja imenduvad. Dieedi süsivesikud lõpuks seeditakse peensooles ja selles osas, kus villid asuvad, imenduvad nad verre ja sisenevad vereringe.

Verevooluga kanduvad monosahhariidid keha erinevatesse kudedesse ja rakkudesse, kuid esmalt läbib kogu veri maksa (kus see eemaldatakse kahjulikud tooted vahetus). Veres esinevad monosahhariidid peamiselt alfa-glükoosi kujul (kuid võimalikud on ka muud heksoosi isomeerid, näiteks fruktoos).

Kui vere glükoosisisaldus on normist madalam, hüdrolüüsitakse osa maksas sisalduvast glükogeenist glükoosiks. Iseloomulik on süsivesikute liig tõsine haigus inimese diabeet.

Verest sisenevad monosahhariidid rakkudesse, kus suurem osa neist kulub oksüdatsioonile (mitokondrites), mille käigus sünteesitakse ATP, mis sisaldab energiat kehale “mugaval” kujul. ATP-d kasutatakse mitmesuguste protsesside jaoks, mis nõuavad energiat (süntees kehale vajalik ained, füsioloogiliste ja muude protsesside realiseerimine).

Osa toidus leiduvatest süsivesikutest sünteesitakse antud organismi süsivesikuid, mis on vajalikud rakustruktuuride moodustamiseks, või ühendeid, mis on vajalikud teiste ühendite klasside ainete tekkeks (nii tekivad rasvad, nukleiinhapped jne. . võib saada süsivesikutest). Süsivesikute võime muutuda rasvadeks on üks rasvumise põhjusi - haigus, millega kaasneb teiste haiguste kompleks.

Seetõttu on liigsete süsivesikute tarbimine inimorganismile kahjulik, millega tuleb organiseerimisel arvestada ratsionaalne toitumine.

Taimeorganismides, mis on autotroofid, on süsivesikute ainevahetus mõnevõrra erinev. Süsivesikuid (monosuhkrut) sünteesib organism ise süsinikdioksiid ja vee kasutamine päikeseenergia. Monosahhariididest sünteesitakse di-, oligo- ja polüsahhariide. Osa monosahhariididest osaleb nukleiinhapete sünteesis. Taimeorganismid kasutavad hingamisprotsessides oksüdatsiooniks teatud kogust monosahhariide (glükoosi), milles (nagu heterotroofsetes organismides) sünteesitakse ATP.

Glükolipiidid ja glükoproteiinid kui süsivesikute rakkude struktuursed ja funktsionaalsed komponendid

Glükoproteiinid on valgud, mis sisaldavad oligosahhariidi (glükaani) ahelaid, mis on kovalentselt seotud polüpeptiidi karkassiga. Glükoosaminoglükaanid on polüsahhariidid, mis on üles ehitatud korduvatest disahhariidikomponentidest, mis tavaliselt sisaldavad aminosuhkruid (glükosamiin või galaktoosamiin sulfoonitud või sulfoonimata kujul) ja uroonhapet (glükuroon- või iduroonhape). Varem nimetati glükoosaminoglükaane mukopolüsahhariidideks. Tavaliselt on need kovalentselt seotud valguga; ühest või mitmest glükoosaminoglükaanist koosnevat kompleksi valguga nimetatakse proteoglükaaniks. Glükokonjugaadid ja komplekssüsivesikud on samaväärsed terminid, mis tähistavad molekule, mis sisaldavad ühte või mitut valgu või lipiidiga kovalentselt seotud süsivesikute ahelat. Sellesse ühendite klassi kuuluvad glükoproteiinid, proteoglükaanid ja glükolipiidid.

Biomeditsiiniline tähtsus

Peaaegu kõik inimese plasmavalgud, välja arvatud albumiin, on glükoproteiinid. palju oravaid rakumembraanid sisaldavad märkimisväärses koguses süsivesikuid. Veregruppide ained osutuvad mõnel juhul glükoproteiinideks, mõnikord mängivad selles rollis glükosfingolipiidid. Mõned hormoonid (näiteks inimese kooriongonadotropiin) on oma olemuselt glükoproteiinid. AT viimastel aegadel vähki iseloomustatakse üha enam ebanormaalse geeniregulatsiooni tulemusena. peamine probleem onkoloogilised haigused, metastaasid – nähtus, mille puhul vähirakud lahkuvad oma päritolukohast (näiteks piimanäärmest), kanduvad koos vereringega keha kaugematesse osadesse (näiteks ajju) ja kasvavad määramata ajaks, millel on katastroofilised tagajärjed patsient. Paljud onkoloogid usuvad, et metastaasid on vähemalt osaliselt tingitud muutustest vähirakkude pinnal olevate glükokonjugaatide struktuuris. Mitmete haiguste (mukopolüsahharidoos) aluseks on ebapiisav tegevus mitmesugused lüsosomaalsed ensüümid, mis lagundavad üksikuid glükoosaminoglükaane; selle tulemusena koguneb üks või mitu neist kudedesse, põhjustades erinevaid patoloogilisi nähte ja sümptomeid. Üks näide sellistest seisunditest on Hurleri sündroom.

Jaotus ja funktsioonid

Glükoproteiine leidub enamikus organismides – bakteritest inimeseni. Paljud loomaviirused sisaldavad ka glükoproteiine ja mõnda neist viirustest on põhjalikult uuritud, osaliselt nende uurimistöö lihtsuse tõttu.

Glükoproteiinid on suur rühm erinevate funktsioonidega valke, süsivesikute sisaldus neis varieerub 1–85% või rohkem (massiühikutes). Hoolimata selle probleemi intensiivsest uurimisest ei ole oligosahhariidahelate roll glükoproteiinide funktsioonis ikka veel täpselt määratletud.

Glükolipiidid on komplekssed lipiidid, mis tekivad lipiidide kombineerimisel süsivesikutega. Glükolipiididel on polaarsed pead (süsivesikud) ja mittepolaarsed sabad (jäägid). rasvhapped). Tänu sellele on glükolipiidid (koos fosfolipiididega) osa rakumembraanidest.

Glükolipiidid on kudedes laialt levinud, eriti kudedes närvikude eriti ajukoes. Need asuvad peamiselt riigis välispind plasmamembraan, kus nende süsivesikute komponendid on teiste rakupinna süsivesikute hulgas.

Glükosfingolipiidid, mis on plasmamembraani väliskihi komponendid, võivad osaleda rakkudevahelistes interaktsioonides ja kontaktides. Mõned neist on antigeenid, näiteks Forssmanni antigeen ja ained, mis määravad AB0 süsteemi veregrupid. Sarnaseid oligosahhariidahelaid on leitud ka teistes plasmamembraani glükoproteiinides. Mitmed gangliosiidid toimivad bakteriaalsete toksiinide retseptoritena (näiteks kooleratoksiin, mis käivitab adenülaattsüklaasi aktiveerimise).

Glükolipiidid, erinevalt fosfolipiididest, ei sisalda ortofosforhappe jääke. Nende molekulides on galaktoosi või sulfoglükoosi jäägid seotud diatsüülglütserooliga glükosiidsidemega.

Monosahhariidide ja disahhariidide metabolismi pärilikud häired

Galaktoseemia on pärilik metaboolne patoloogia, mis on põhjustatud galaktoosi metabolismis osalevate ensüümide ebapiisavast aktiivsusest. Organismi võimetus galaktoosi ära kasutada põhjustab laste seede-, nägemis- ja närvisüsteemi tõsiseid kahjustusi. varajane iga. Pediaatrias ja geneetikas on galaktoseemia üks haruldastest geneetilistest haigustest, mida esineb sagedusega üks juhtum 10 000 kuni 50 000 vastsündinu kohta. Esimest korda kirjeldati galaktoseemia kliinikut 1908. aastal lapsel, kes kannatas raske alatoitluse, hepato- ja splenomegaalia, galaktosuuria all; haigus kadus kohe pärast ravi katkestamist piimatoodete toitumine. Hiljem, 1956. aastal, tegi teadlane Hermann Kelker kindlaks, et haiguse aluseks on galaktoosi metabolismi rikkumine. Haiguse põhjused Galaktoseemia on kaasasündinud patoloogia, mis pärineb autosoomselt retsessiivselt, see tähendab, et haigus avaldub ainult siis, kui laps pärib mõlemalt vanemalt kaks defektse geeni koopiat. Mutantse geeni suhtes heterosügootsed isikud on haiguse kandjad, kuid neil võivad tekkida ka kerge galaktoseemia tunnused. Galaktoosi muundumine glükoosiks (Leloiri metaboolne rada) toimub 3 ensüümi osalusel: galaktoos-1-fosfaat-uridüültransferaas (GALT), galaktokinaas (GALK) ja uridiindifosfaat-galaktoos-4-epimeraas (GALE). Nende ensüümide puuduse tõttu on 1 ( klassikaline versioon), galaktoseemia tüübid 2 ja 3. Kolme tüüpi galaktoseemia tuvastamine ei lange kokku ensüümide toimejärjekorraga Leloiri metaboolse raja protsessis. Galaktoos siseneb kehasse koos toiduga ja tekib ka soolestikus laktoosdisahhariidi hüdrolüüsi käigus. Galaktoosi metabolismi rada algab selle muundamisest ensüümi GALK toimel galaktoos-1-fosfaadiks. Seejärel muundatakse GALT ensüümi osalusel galaktoos-1-fosfaat UDP-galaktoosiks (uridüüldifosfogalaktoosiks). Pärast seda muudetakse GALE abil metaboliit UDP-ks - glükoosiks (uridüüldifosfoglükoos) Ühe nimetatud ensüümi (GALK, GALT või GALE) defitsiidi korral suureneb galaktoosi kontsentratsioon veres oluliselt, organismis kogunevad galaktoosi vahemetaboliidid, mis põhjustavad toksilisi kahjustusi erinevaid kehasid: KNS, maks, neerud, põrn, sooled, silmad jne Galaktoosi metabolismi rikkumine on galaktoseemia olemus. Kliinilises praktikas on kõige levinum klassikaline (1. tüüpi) galaktoseemia, mis on põhjustatud GALT-i ensüümi defektist ja selle aktiivsuse rikkumisest. Galaktoosi-1-fosfaat-uridüültransferaasi sünteesi kodeeriv geen asub 2. kromosoomi kolotsentromeerises piirkonnas. Kliinilise kulgemise raskusastme järgi eristatakse galaktoseemia rasket, mõõdukat ja kerget raskusastet. Esiteks Kliinilised tunnused raske galaktoseemia areneb väga varakult, lapse esimestel elupäevadel. Vahetult pärast vastsündinu toitmist rinnapiim või piimasegu põhjustab oksendamist ja väljaheite häireid (vesilik kõhulahtisus), mürgistus suureneb. Laps muutub loiuks, keeldub rinnast või pudelist; alatoitumine ja kahheksia arenevad kiiresti. Last võivad häirida kõhupuhitus, soolekoolikud, rohke gaaside eraldumine.Galaktoseemiaga lapse neonatoloogi läbivaatuse käigus selgub vastsündinu perioodi reflekside väljasuremine. Galaktoseemia korral ilmneb varakult püsiv erineva raskusastmega kollatõbi ja hepatomegaalia, maksapuudulikkus progresseerub. 2-3 elukuuks tekivad splenomegaalia, maksatsirroos ja astsiit. Vere hüübimisprotsesside rikkumine põhjustab hemorraagiate ilmnemist nahal ja limaskestadel. Lapsed jäävad varakult maha psühhomotoorne areng, aga kraad vaimupuudega galaktoseemiaga ei saavuta see sama raskusastet kui fenüülketonuuriaga. Galaktoseemiaga lastel tuvastatakse 1-2 kuu jooksul kahepoolne katarakt. Neerukahjustusega galaktoseemia korral kaasneb glükosuuria, proteinuuria, hüperaminoatsiduuria. Galaktoseemia lõppfaasis sureb laps sügava kurnatuse, raske maksapuudulikkuse ja sekundaarsete infektsioonide kuhjumise tõttu. Galaktoseemiaga mõõdukas Samuti on täheldatud oksendamist, kollatõbe, aneemiat, psühhomotoorse arengu mahajäämust, hepatomegaaliat, katarakti, alatoitumust. Kerget galaktoseemiat iseloomustab rinnaga toitmisest keeldumine, oksendamine pärast piima allaneelamist, kõne areng kaalus ja pikkuses lapsest maha jäänud. Kuid isegi kerge galaktoseemia korral avaldavad galaktoosi metabolismi tooted maksale toksilist mõju, põhjustades selle kroonilised haigused.

Fruktoseemia

Fruktoseemia on pärilik geneetiline haigus, mis seisneb fruktoositalumatuses (puuviljasuhkur, mida leidub kõigis puuviljades, marjades ja osades köögiviljades, aga ka mees). Fruktoseemiaga inimkehas on vähe või praktiliselt puuduvad ensüümid (ensüümid, valgulised orgaanilised ained, mis kiirendavad kehas toimuvaid keemilisi reaktsioone), mis osalevad fruktoosi lagunemises ja assimilatsioonis. Tavaliselt avastatakse haigus lapse esimestel elunädalatel ja -kuudel või hetkest, mil laps hakkab saama fruktoosi sisaldavaid mahlu ja toite: magus tee, puuviljamahlad, köögivilja- ja puuviljapüreed. Fruktoseemia edastatakse autosoom-retsessiivse pärilikkuse teel (haigus avaldub mõlema vanema haiguse korral). Poisid ja tüdrukud haigestuvad võrdselt sageli.

Haiguse põhjused

Maksal on ebapiisav kogus spetsiaalne ensüüm (fruktoos-1-fosfaat-aldolaas), mis muudab fruktoosi. Selle tulemusena akumuleeruvad ainevahetusproduktid (fruktoos-1-fosfaat) organismi (maksa, neerude, soole limaskesta) ja mõjuvad kahjustavalt. Leiti, et fruktoos-1-fosfaat ei ladestu kunagi ajurakkudesse ja silmaläätsedesse. Haiguse sümptomid ilmnevad pärast puuviljade, köögiviljade või marjade söömist mis tahes kujul (mahlad, nektarid, püreed, värsked, külmutatud või kuivatatud), samuti mee söömine. Manifestatsiooni raskusaste sõltub tarbitud toidu kogusest.

Letargia, kahvatus nahka. Suurenenud higistamine. Unisus. Oksendada. Kõhulahtisus (sageli mahukas ( suured portsjonid) vedel väljaheide). Vastikus magus toit. Hüpotroofia (kehakaalu puudumine) areneb järk-järgult. Maksa suurenemine. Astsiit (vedeliku kogunemine kõhuõõnde). Kollatõbi (naha kollasus) - mõnikord areneb. Suure hulga fruktoosi sisaldavate toitude samaaegsel kasutamisel võib tekkida äge hüpoglükeemia (seisund, mille korral vere glükoosi (suhkru) tase on oluliselt vähenenud. Iseloomulikud: jäsemete värisemine; krambid (paroksüsmaalsed tahtmatud kokkutõmbed lihased ja nende äärmuslik pinge); Teadvuse kaotus kuni koomani (teadvuse puudumine ja reaktsioon mis tahes stiimulitele; seisund on oht inimese elule).

Järeldus

Süsivesikute tähtsus inimese toitumises on väga suur. Need on kõige olulisem energiaallikas, andes kuni 50–70%. kaloreid kokku dieeti.

Süsivesikute võime olla ülitõhus energiaallikas on nende "valku säästva" tegevuse aluseks. Kuigi süsivesikud ei ole olulised toitumistegurid ja võivad organismis moodustuda aminohapetest ja glütseroolist, minimaalne kogus süsivesikute kogus päevases toidus ei tohiks olla alla 50-60 g.

Süsivesikute ainevahetuse häirega on tihedalt seotud mitmed haigused: diabeet, galaktoseemia, glükogeenidepoosüsteemi häired, piimatalumatus jne. Tuleb märkida, et inimese ja looma kehas on süsivesikuid väiksemas koguses (mitte rohkem kui 2% kuiva kehamassist) kui valke ja lipiide; taimeorganismides moodustavad tselluloosi tõttu süsivesikud kuni 80% kuivmassist, mistõttu üldiselt on süsivesikuid biosfääris rohkem kui kõiki teisi orgaanilisi ühendeid kokku. planeedi elusorganisme, usuvad teadlased, et umbes siis, kui ilmus esimene süsivesikute ühend, ilmus esimene elusrakk.

Kirjandus

1. Biokeemia: õpik ülikoolidele / toim. E.S. Severina – 5. väljaanne, – 2009. – 768 lk.

2.T.T. Berezov, B.F. Korovkini bioloogiline keemia.

P.A. Verbolovich "Orgaanilise, füüsikalise, kolloidse ja bioloogilise keemia töötuba".

Lehninger A. Biokeemia alused // M .: Mir, 1985

Kliiniline endokrinoloogia. Juhend / N. T. Starkova. - 3. trükk, muudetud ja täiendatud. - Peterburi: Peeter, 2002. - S. 209-213. - 576 lk.

Laste haigused (2. köide) - Shabalov N.P. - õpik, Peeter, 2011

Töökorraldus

Kas vajate originaalteost?

Meie eksperdid aitavad teil kirjutada paberi koos kohustusliku unikaalsuse kontrolliga plagiaadivastases süsteemis
Esitage taotlus nõuetega kohe, et saada teada kirjutamise maksumus ja võimalus.

Saada oma head tööd teadmistebaasi on lihtne. Kasutage allolevat vormi

Üliõpilased, magistrandid, noored teadlased, kes kasutavad teadmistebaasi oma õpingutes ja töös, on teile väga tänulikud.

postitatud http://www.allbest.ru/

Süsivesikud (suhkrud, sahhariidid) - orgaaniline aine sisaldab karbonüülrühma ja mitut hüdroksüülrühma. Ühendite klassi nimetus tuleneb sõnadest "süsinikhüdraadid", selle pakkus esmakordselt välja K. Schmidt 1844. aastal. Sellise nime ilmumine on tingitud asjaolust, et esimesi teadusele teadaolevaid süsivesikuid kirjeldati brutovalemiga C x (H 2 O) y, olles formaalselt süsiniku ja vee ühendid.

Süsivesikud on väga lai orgaaniliste ühendite klass, mille hulgas on väga erinevate omadustega aineid. See võimaldab süsivesikutel elusorganismides täita mitmesuguseid funktsioone. Selle klassi ühendid moodustavad umbes 80% taimede kuivmassist ja 2–3% loomade massist.

Monosahhariidid (kreeka keelest monos - ainus, sacchar - suhkur) - kõige lihtsamad süsivesikud, mis ei hüdrolüüsu, moodustades rohkem lihtsad süsivesikud. süsivesikute organismi biosüntees orgaaniline

Disahhariidid (di-kahest, sahhari-suhkrust) - keerulised orgaanilised ühendid, üks peamisi süsivesikute rühmi, hüdrolüüsi käigus laguneb iga molekul kaheks monosahhariidi molekuliks

Omligosahhariidid (kreeka keelest ?Lagpt - mõned) on süsivesikud, mille molekulid sünteesitakse 2 - 10 monosahhariidi jäägist, mis on ühendatud glükosiidsidemetega.

Polüsahhariidid on üldnimetus komplekssete kõrgmolekulaarsete süsivesikute klassile, mille molekulid koosnevad kümnetest, sadadest või tuhandetest monomeeridest – monosahhariididest.

Monosahhariidid:

Glükoos

Fruktoos

galaktoos

Mannoos

Oligosahhariidid

Disahhariidid:

Sahharoos (tavaline suhkur, suhkruroog või peet)

Maltoos

Isomaltoos

Laktoos

Laktuloos

Polüsahhariidid:

Dekstriin

Glükogeen

Tärklis

Tselluloos

Galaktomannaanid

Glükomannaan

Glükoosaminoglükaanid (mukopolüsahhariidid):

Hepariin

Kondroitiinsulfaat

Hüaluroonhape

Heparaansulfaat

Dermataansulfaat

Kerataansulfaat

Elusorganismides täidavad süsivesikud järgmisi funktsioone:

1. Struktuuri- ja tugifunktsioonid. Süsivesikud osalevad erinevate tugistruktuuride ehitamisel. Kuna tselluloos on taimede rakuseinte peamine struktuurne komponent, täidab kitiin seente puhul sarnast funktsiooni ja annab jäikuse ka lülijalgsete eksoskeletile.

2. Kaitsev roll taimedes. Mõnel taimel on surnud rakkude rakuseintest koosnevad kaitsemoodustised (okkad, torked jne).

3. Plastiline funktsioon. Süsivesikud on osa komplekssed molekulid(näiteks pentoosid (riboos ja desoksüriboos) osalevad ATP, DNA ja RNA ehituses).

4. Energiafunktsioon. Süsivesikud toimivad energiaallikana: 1 grammi süsivesikute oksüdeerumisel vabaneb 4,1 kcal energiat ja 0,4 g vett.

5. Reservfunktsioon. Süsivesikud toimivad varuainetena toitaineid: glükogeen loomadel, tärklis ja inuliin taimedes.

6. Osmootne funktsioon. Süsivesikud on seotud osmootse rõhu reguleerimisega kehas. Seega sisaldab veri 100-110 mg /% glükoosi, vere osmootne rõhk sõltub glükoosi kontsentratsioonist.

7. Retseptori funktsioon. Oligosahhariidid on osa paljude rakuliste retseptorite või ligandimolekulide vastuvõtlikust osast.

AT igapäevane dieet Inimestel ja loomadel domineerivad süsivesikud. Taimtoidulised saavad tärklist, kiudaineid, sahharoosi. Lihasööjad saavad glükogeeni lihast.

Loomorganismid ei ole võimelised sünteesima anorgaanilistest ainetest süsivesikuid. Nad saavad neid taimedest koos toiduga ja kasutavad neid oksüdatsiooniprotsessis saadava peamise energiaallikana:

C x (H 2 O) y + xO 2 > xCO 2 + yH 2 O + energia.

Taimede rohelistes lehtedes moodustuvad fotosünteesi käigus süsivesikud - ainulaadne bioloogiline protsess anorgaaniliste ainete suhkruteks - süsinikmonooksiidiks (IV) ja veeks muundamiseks, mis toimub päikeseenergia tõttu klorofülli osalusel:

CO 2 + yH 2 O > C x (H 2 O) y + xO 2

Süsivesikute ainevahetus inimese ja kõrgemate loomade kehas koosneb mitmest protsessist:

1. Toidu polüsahhariidide ja disahhariidide hüdrolüüs (jagunemine) seedetraktis monosahhariidideks, millele järgneb imendumine soolestiku luumenist vereringesse.

2. Glükogenees (süntees) ja glükogeeni glükogenolüüs (lagundamine) kudedes, peamiselt maksas.

3. Aeroobne (glükoosi oksüdatsiooni pentoosfosfaadi rada ehk pentoositsükkel) ja anaeroobne (hapniku tarbimiseta) glükolüüs – glükoosi lagundamise viisid organismis.

4. Heksooside omavaheline muundamine.

5. Glükolüüsi produkti - püruvaadi aeroobne oksüdatsioon (lõppetapp süsivesikute ainevahetus).

6. Glükoneogenees - süsivesikute süntees mittesüsivesikutest toorainetest (püroviinamari, piimhape, glütserool, aminohapped ja muud orgaanilised ühendid).

Peamised toidust saadavate süsivesikute allikad on: leib, kartul, pasta, teraviljad, maiustused. Neto süsivesik on suhkur. Mesi sisaldab olenevalt päritolust 70-80% glükoosi ja fruktoosi.

Toidu süsivesikute koguse näitamiseks kasutatakse spetsiaalset leivaühikut.

Lisaks külgneb süsivesikute rühm halvasti seeditav Inimkeha kiudained ja pektiin.

Majutatud saidil Allbest.ru

...

Sarnased dokumendid

Spetsiifilised omadused, struktuur ja põhifunktsioonid, rasvade, valkude ja süsivesikute lagunemissaadused. Rasvade seedimine ja imendumine organismis. Lõhestatud komplekssed süsivesikud toit. Süsivesikute ainevahetuse reguleerimise parameetrid. Maksa roll ainevahetuses.

kursusetöö, lisatud 12.11.2014

Süsivesikute energia-, säilitamis- ja tugi-ehitusfunktsioonid. Monosahhariidide kui peamise energiaallika omadused inimkehas; glükoos. Disahhariidide peamised esindajad; sahharoos. Polüsahhariidid, tärklise moodustumine, süsivesikute ainevahetus.

aruanne, lisatud 30.04.2010

Süsivesikud on rühm orgaanilisi ühendeid. Süsivesikute struktuur ja funktsioon. Keemiline koostis rakud. Näited süsivesikutest, nende sisaldus rakkudes. Süsivesikute saamine süsihappegaasist ja veest fotosünteesireaktsiooni käigus, klassifitseerimistunnused.

esitlus, lisatud 04.04.2012

Valkude, rasvade ja süsivesikute lagunemise ja talitluse tulemus. Valkude koostis ja nende sisaldus toiduainetes. Valgu reguleerimise mehhanismid ja rasvade ainevahetust. Süsivesikute roll organismis. Valkude, rasvade ja süsivesikute suhe täisväärtuslikus toidus.

esitlus, lisatud 28.11.2013

Valkude, rasvade ja süsivesikute roll ja tähtsus kõigi elutähtsate protsesside normaalseks kulgemiseks. Valkude, rasvade ja süsivesikute koostis, struktuur ja põhiomadused, nende kriitilised ülesanded ja toimib kehas. Peamised andmeallikad toitaineid.

esitlus, lisatud 11.04.2013

Ainevahetus ja energia kui keha põhifunktsioon, selle põhifaasid ja käimasolevad protsessid – assimilatsioon ja dissimilatsioon. Valkude roll organismis, nende ainevahetuse mehhanism. Vee, vitamiinide, rasvade, süsivesikute vahetus. Soojuse tekke ja soojusülekande reguleerimine.

abstraktne, lisatud 08.08.2009

Süsivesikute mõiste ja klassifikatsioon, peamised funktsioonid organismis. Ökoloogilise ja bioloogilise rolli lühikirjeldus. Glükolipiidid ja glükoproteiinid kui raku struktuursed ja funktsionaalsed komponendid. Monosahhariidide ja disahhariidide metabolismi pärilikud häired.

test, lisatud 12.03.2014

Valkude, rasvade ja süsivesikute, vee ja mineraalsoolade väärtus keha jaoks. Valkude, süsivesikute, rasvade ainevahetus inimkehas. Toitumisnormid. Vitamiinid ja nende roll ainevahetuses. Suur avitaminoos. Roll mineraalid inimeste toitumises.

test, lisatud 24.01.2009

Ainevahetusfunktsioonid kehas: elundite ja süsteemide varustamine toitainete lagunemisel tekkiva energiaga; molekulaarne transformatsioon toiduained sisse ehituskivid; nukleiinhapete, lipiidide, süsivesikute ja muude komponentide moodustumine.

abstraktne, lisatud 20.01.2009

Valkude, lipiidide ja süsivesikute ainevahetus. Inimese toitumise tüübid: kõigesööja, eraldiseisev ja madala süsivesikute sisaldusega dieet, taimetoitlus, toortoidu dieet. Valkude roll ainevahetuses. Rasva puudumine kehas. Muutused kehas toitumise tüübi muutumise tagajärjel.

Süsivesikud(suhkur) - looduslike polühüdroksükarbonüülühendite rühm, mis on osa kõigist elusorganismidest. Mõiste "süsivesikud" tekkis seetõttu, et esimesed teadaolevad süsivesikute esindajad koostises vastasid valemile C x (H 2 O) y (süsinik + vesi); hiljem avastati erineva elemendi koostisega looduslikud süsivesikud.

Süsivesikute tüübid

Süsivesikud jagunevad monosahhariidideks, oligosahhariidideks ja polüsahhariidideks.

Monosahhariidid on polühüdroksüaldehüüdid (aldoosid) või polühüdroksüketoonid (ketoosid), mille lineaarne ahel koosneb 3-9 süsinikuaatomist, millest igaüks (va karbonüül) on seotud hüdroksüülrühmaga. Monosahhariidid sisaldavad asümmeetrilisi süsinikuaatomeid ja eksisteerivad D- ja L-seeria optiliste isomeeridena. Looduses on levinud D-glükoos, D-galaktoos, D-mannoos, D-fruktoos, D-ksüloos, L-arabinoos ja D-riboos. Teiste monosahhariidide klasside esindajatest leidub sageli desoksüsuhkruid, mille molekulides on üks või mitu hüdroksüülrühma asendatud vesinikuaatomitega (L-ramnoos, L-fukoos, 2-deoksü-D-riboos); aminosuhkrud, mille molekulides on üks või mitu hüdroksüülrühma asendatud aminorühmadega (D-glükoosamiin, D-galakosamiin); mitmehüdroksüülsed alkoholid ehk aldiidid, mis tekivad monosahhariidide (sorbitool, mannitool) karbonüülrühmade redutseerimisel; uroonhapped, st monosahhariidid, milles primaarne alkoholirühm on oksüdeeritud karboksüülrühmaks (D-glükuroonhape); hargnenud suhkrud, mis sisaldavad süsinikuaatomite mittelineaarset ahelat (apioos, L-streptoos); kõrgemad suhkrud, mille ahela pikkus on üle kuue süsinikuaatomi (sedoheptuloos, siaalhapped). Kui D-glükoos ja D-fruktoos välja arvata, on vabad monosahhariidid looduses haruldased. Tavaliselt on need osad erinevatest glükosiididest, oligo- ja polüsahhariididest ning neid saab neist happelise hüdrolüüsi teel. Haruldaste monosahhariidide keemiliseks sünteesiks on välja töötatud meetodid, mis põhinevad paremini kättesaadavatel.

Oligosahhariidid sisaldavad oma koostises 2 kuni 10-20 glükosiidsidemetega seotud monosahhariidi jääki. Looduses levinumad disahhariidid on: sahharoos taimedes, trehaloos putukates ja seentes, laktoos imetajate piimas (joonis 1).

Riis. 1. Disahhariidide sahharoosi ja maltoos struktuur

Tuntud on arvukalt oligosahhariidide glükosiide, mis hõlmavad erinevaid füsioloogiliselt toimeaineid(flavonoidid, südameglükosiidid, saponiinid, paljud antibiootikumid, glükolipiidid).

Polüsahhariidid- kõrgmolekulaarsed, lineaarsed või hargnenud ahelaga ühendid, mille molekulid on üles ehitatud glükosiidsidemetega seotud monosahhariididest. Polüsahhariidide koostis võib sisaldada ka süsivesikuteta asendajaid (fosfor-, väävel- ja rasvhappejäägid). Omakorda saab kinnitada polüsahhariidahelaid<белкам с образованием гликопротеидов. Отдельную группу составляют биополимеры, в молекулах которых остатки моно- или олигосахаридов соединены друг с другом не гликозидными, а фосфодиэфирными связями; к этой группе относятся тейхоевые кислоты из клеточных стенок грамположительных бактерий, некоторые полисахариды дрожжей, а также , в основе которых лежит полирибозофосфатная (РНК) или поли-2-дезоксирибозофосфатная (ДНК) цепь.

Süsivesikute füüsikalis-keemilised omadused

Polaarsete funktsionaalrühmade rohkuse tõttu lahustuvad monosahhariidid hästi vees ega lahustu mittepolaarsetes orgaanilistes lahustites. Võime teostada tautomeerseid transformatsioone takistab tavaliselt monosahhariidide kristalliseerumist. Kui sellised muundumised ei ole võimalikud, näiteks glükosiidides või oligosahhariidides, nagu sahharoos, kristalliseeruvad ained kergesti. Paljud glükosiidid (näiteks saponiinid) omavad pindaktiivsete ühendite omadusi. Polüsahhariidid on hüdrofiilsed polümeerid, mille molekulid on võimelised assotsieeruma väga viskoossete lahuste (taime lima, hüaluroonhape) moodustumisega; polüsahhariidid võivad moodustada tugevaid geele (agar, algiinhapped, karrageenid, pektiinid). Mõnel juhul moodustavad polüsahhariidimolekulid väga järjestatud supramolekulaarseid struktuure, mis on vees lahustumatud (tselluloos, kitiin).

Süsivesikute bioloogiline roll

Süsivesikute roll elusorganismides on äärmiselt mitmekesine. Taimedes on monosahhariidid esmased fotosünteesi produktid ja toimivad lähteühenditena erinevate glükosiidide, polüsahhariidide, aga ka teiste klasside ainete (aminohapped, rasvhapped, polüfenoolid jne) biosünteesiks. Need muundumised viiakse läbi sobivate ensüümsüsteemide abil, mille substraatideks on reeglina energiarikkad fosforüülitud suhkru derivaadid, peamiselt nukleosiiddifosfaatsuhkur. Süsivesikud ladestuvad tärklise kujul kõrgemates taimedes, glükogeeni kujul loomades, bakterites ja seentes ning toimivad energiavaruna keha eluks. Glükosiidide kujul taimedes ja loomades transporditakse erinevaid ainevahetusprodukte. Arvukad polüsahhariidid või keerulisemad süsivesikuid sisaldavad polümeerid täidavad elusorganismides toetavaid funktsioone. Kõrgemate taimede jäik rakusein on ehitatud tselluloosist ja hemitselluloosist ning bakterites peptidoglükaanist; kitiin osaleb seente rakuseina ja lülijalgsete välisskeleti ehituses. Loomade ja inimeste kehas täidavad tugifunktsioone sidekoe sulfaaditud mukopolüsahhariidid, mille omadused võimaldavad samaaegselt säilitada keha kuju ja selle üksikute osade liikuvust; need polüsahhariidid aitavad säilitada ka veetasakaalu ja rakkude selektiivset katioonset läbilaskvust. Sarnaseid funktsioone mere mitmerakulistes vetikates täidavad sulfaaditud galaktaanid (punavetikad) või keerulisemad sulfaaditud heteropolüsahhariidid (pruun- ja rohevetikad); kõrgemate taimede kasvavates ja mahlastes kudedes täidavad pektiinained sarnast funktsiooni. Olulist ja veel täielikult arusaamatut rolli mängivad spetsiifiliste rakupindade ja membraanide moodustamisel komplekssüsivesikud. Niisiis on glükolipiidid närvirakkude membraanide kõige olulisemad komponendid, lipopolüsahhariidid moodustavad gramnegatiivsete bakterite väliskesta. U. rakupinnad määravad sageli ära immunoloogilise spetsiifilisuse nähtuse, mis on veregrupi ainete ja mitmete bakteriaalsete antigeenide puhul rangelt tõestatud. On tõendeid selle kohta, et süsivesikute struktuurid on seotud ka selliste väga spetsiifiliste rakkude interaktsiooni nähtustega nagu viljastumine, rakkude "äratundmine" kudede diferentseerumise ajal ja võõrkoe hülgamine jne.

Süsivesikute praktiline tähtsus

Süsivesikud moodustavad suure (sageli suure) osa inimese toidust. Sellega seoses kasutatakse neid laialdaselt toiduaine- ja kondiitritööstuses (tärklis, sahharoos, pektiin, agar). Nende muundumine alkohoolse kääritamise ajal on etüülalkoholi saamise, pruulimise ja küpsetamise protsesside aluseks; muud tüüpi kääritamine võimaldab saada glütseriini, piim-, sidrun-, glükoonhapet ja muid aineid. Meditsiinis kasutatakse laialdaselt glükoosi, askorbiinhapet, südameglükosiide, süsivesikuid sisaldavaid antibiootikume, hepariini. Tselluloos on tekstiilitööstuse, tehisliku tsellulooskiudude, paberi, plasti, lõhkeainete jms tootmise aluseks.

Ajaloo viide

Süsivesikute muundumine on tuntud juba iidsetest aegadest, kuna need on aluseks käärimisprotsessidele, puidutöötlemisele, taimsetest kiududest paberi ja kangaste valmistamisele. Roosuhkrut (sahharoosi) võib pidada esimeseks keemiliselt puhtal kujul eraldatud orgaaniliseks aineks. Süsivesikute keemia tekkis ja arenes koos; orgaaniliste ühendite struktuuriteooria looja A.M. Butlerov on formaldehüüdist suhkrutaolise aine esimese sünteesi autor (1861). Lihtsamate suhkrute struktuurid selgitati 19. sajandi lõpus Saksa teadlaste G. Kiliani ja E. Fischeri fundamentaaluuringute tulemusena. 20ndatel. 20. sajandil pandi alus polüsahhariidide struktuurikeemiale (W.N. Haworth). Alates 20. sajandi teisest poolest on süsivesikute keemia ja biokeemia kiire areng nende olulise bioloogilise tähtsuse tõttu ning põhinedes kaasaegsel orgaanilise keemia teoorial ja uusimatel katsetehnikatel.

Soovitatav lugemine

Kochetkov N.K., Bochkov A.F. Süsivesikute keemia. M.: Keemia. 1967. S. 674.

Bochkov A.F., Afanasjev V.A., Zaikov G.E. Süsivesikud. M.: Teadus. 1980. S. 176.

Süsivesikud, toim. G. O. Aspinal, L. Baltimore. 1973.

Üldine orgaaniline keemia./Toim. D. Barton ja W.D. Ollis.

Lipiidid, süsivesikud, makromolekulid, biosüntees./Toim. E. Haslam. — Trans. inglise keelest / Toim. N. K. Kochetkova. M.: Keemia, 1986. S. 736.

Süsivesikuid peetakse taimsete ja loomsete organismide olemasolu aluseks.

Süsivesikud kuuluvad oma struktuuri järgi mitmehüdroksüülsete alkoholide hulka, millel on aldehüüd- või ketoonrühm.

Vastavalt biokeemia sätetele jagatakse süsivesikud kolme põhirühma:

I. Polüsahhariidid (komplekssed süsivesikud)

1. Heteropolüsahhariidid – koosnevad erinevatest monosahhariididest.

2. Homopolüsahhariidid – koosnevad identsetest monosahhariididest.
Polüsahhariidide näideteks on tärklis, inuliin, glükogeen, pektiinid, kiudained.

II. Oligosahhariidid

Need jagunevad monosahhariidide arvu järgi molekulis disahhariidideks, trisahhariidideks, tetrasahhariidideks jne.
Disahhariidid on näiteks sahharoos, laktoos, maltoos.

III. Monosahhariidid (lihtsad süsivesikud).

1. Aldoos

Olenevalt süsinikuaatomite arvust molekulis jagatakse aldoosid ja ketoosid trioosideks, tetroosideks, pentoosideks, heksoosideks jne.

Monosahhariidid on glükoos, fruktoos, galaktoos.

Süsivesikute bioloogiline roll

1. Energia.

Süsivesikuid, nagu glükoos, saab oksüdeerida nii aeroobsetes kui ka anaeroobsetes tingimustes. Süsivesikute oksüdatsioon annab kehale 60% kogu kergesti kasutatavast energiast.

2. Struktuurne.

Näiteks on proteoglükaanide koostises glükoosaminoglükaanid, näiteks kondroitiinsulfaat, mis on osa sidekoest.

3. Kaitsev.

Hüaluroonhape ja teised glükoosaminoglükaanid on liigeste hõõrduvate pindade põhikomponendid, on osa limaskestadest ja asuvad veresoone seinas.

4. Kofaktor.

Näiteks on hepariin osa plasma lipoproteiini lipaasist ja vere hüübimisensüümidest.

5. Hüdroosmootne.

Heteropolüsahhariidid on negatiivselt laetud ja väga hüdrofiilsed. See võimaldab neil säilitada rakkudevahelises aines veemolekule, kaltsiumi, magneesiumi ja naatriumi ioone, tagades kudede vajaliku elastsuse.

6. Plastik.

Koos valkudega moodustavad süsivesikud hormoone, ensüüme, sülje- ja limaskestade sekretsiooni.

Kõik lihtsüsivesikud (glükoos, fruktoos) imenduvad seedetraktis kiiresti ja imenduvad hästi. Sahharoosi, maltoosi ja laktoosi saab seedida pärast nende vastavate ensüümide poolt seedetraktis monosahhariidideks lagundamist. Polüsahhariidtärklis imendub kõige aeglasemalt – pärast mitut etappi tuleb see esmalt glükoosiks lagundada. Osaliselt seeditud toidukiud (kiudained, pektiinid) läbivad peamiselt seedetrakti.

Räägime süsivesikute tarbimisest.

Aktsepteeritud toitumisstandardite kohaselt peaksid süsivesikud andma 50–60% päevasest energiavajadusest.

Alla 1-aastaste laste füsioloogiline vajadus süsivesikute järele on 13 g/kg kehakaalu kohta.
Tervetel 18–29-aastastel valdavalt vaimse tööga meestel ja naistel on igat tüüpi süsivesikute päevane tarbimine 5 g 1 kg normaalse kehakaalu kohta, mis on ligikaudu 350-360 g päevas meestel ja 290-290. 300 g päevas naistele.

Raske füüsilise töö, aktiivse sportimise korral on süsivesikute vajadus 8 g / kg normaalse kehakaalu kohta.

Toidusuhkur oma puhtaimal kujul on sahharoos, mis koosneb glükoosi ja fruktoosi molekulidest. Samas tuleb meeles pidada, et terve täiskasvanu suhkru tarbimine ei tohiks ületada 10% päevase toidukoguse kalorisisaldusest. Ligikaudu vaimse tööga tegelevate vanema vanuserühma naiste ja meeste puhul on see näitaja 45–50 g suhkrut päevas ning väga suure füüsilise aktiivsusega noorte naiste ja meeste puhul 75–105 g suhkrut päevas. Kõik teised rühmad on vastavalt keskel.

Kiudaineid tuleks tarbida vähemalt 20 g päevas.

Mono- ja disahhariidide kogus väheneb:

1) rasvade ainevahetuse häiretega koos triglütseriidide ja väga madala tihedusega lipoproteiinide taseme tõusuga veres (väga madala tihedusega lipoproteiinide rolli kohta saate lugeda artiklist)

2) diabeediga;

3) ülekaalulisusega;

4) metaboolse sündroomiga;

5) kroonilise pankreatiidiga;

6) dumpingu sündroomiga pärast mao resektsiooni.

Kuid me peame meeles pidama, et süsivesikute järsk piiramine rasvumise ja muude haiguste korral võib põhjustada valkude ja rasvade suurenenud lagunemist, et tagada keha energiafunktsioon. See toob kaasa suure hulga happeliste ainevahetusproduktide moodustumise kehas, millel on väga kahjulik mõju üldisele heaolule. Seetõttu arvatakse, et tarbitavate süsivesikute kogus peaks olema vähemalt 100 g päevas.

Kui on vaja süsivesikute kogust dieedis vähendada, tuleks seda teha järk-järgult, et keha saaks pakutud metaboolse võimalusega hõlpsasti kohaneda. Alustuseks vähendatakse nende arvu 200-250 g-ni päevas ja 7 päeva pärast saate juba üle kanda veelgi väiksemale kogusele.

Dieetkiud, nagu kiudained, piiravad:

1) seedetrakti haiguste korral, kui on vajalik mehaaniliselt säästev dieet;

2) operatsioonieelne ja postoperatiivne periood;

3) ägedad infektsioonid;

4) vereringepuudulikkus.

Süsivesikute tarbimist suurendavad:

1) suurenenud kilpnäärme funktsiooniga (türotoksikoosiga);

2) tuberkuloosiga, kui kaasnev rasvumine puudub;

3) kroonilise neerupuudulikkuse korral;

4) raske maksapuudulikkusega. Sel juhul tagavad organismi järsult vähenenud energiavajaduse peamiselt mono- ja disahhariidid.

1) ateroskleroosi ja südame isheemiatõvega;

2) rasvumisega;

3) diabeediga;

4) sapikivitõve, kroonilise koletsüstiidi ja sapipõie eemaldamise operatsioonijärgsel perioodil koos sapi staasiga;

5) funktsionaalse kõhukinnisusega;

6) soole divertikuloosiga.

Hea tervis!

Kokkupuutel

Süsivesikud on oluline looduslike ainete klass, mida leidub taimedes, loomades ja bakterites, kus nad täidavad nii struktuurseid kui ka metaboolseid funktsioone.

Biosfääris moodustavad süsivesikud rohkem kui kõik teised orgaanilised ühendid kokku. Taimedes moodustavad nad 80-90% kuivainest, loomakehas vaid 2% kehakaalust. Süsivesikute tähtsus on aga suur igasuguste elusorganismide jaoks.

Enamiku organismide jaoks täidavad looduslikud süsivesikud kahte peamist funktsiooni:

on süsinikuallikas, mis on vajalik valkude, nukleiinhapete, lipiidide sünteesiks;

tagavad kuni 70% keha energiavajadusest. Kui 1 g süsivesikuid oksüdeeritakse, vabaneb ligikaudu 16,9 kJ energiat.

Muud süsivesikute funktsioonid on järgmised:

Reserv. Tärklis ja glükogeen on toitainete säilitamise vormid, mis toimivad glükoosi ajutise säilitajana.

Struktuurne. Tselluloos ja teised taimsed polüsahhariidid moodustavad tugeva selgroo; koos valkude ja lipiididega on nad osa kõigi rakkude biomembraanidest.

Kaitsev. Happelised heteropolüsahhariidid toimivad bioloogilise määrdeainena, vooderdades liigeste, seedetrakti limaskestade, nina, bronhide ja hingetoru hõõrduvaid pindu.

Eriti oluline on süsivesikute spetsiifiline funktsioon - osalemine hübriidsete (komplekssete) molekulide, nimelt glükoproteiinide ja glükolipiidide moodustamises. Seega toimivad glükoproteiinid markeritena üksteise molekulide ja rakkude äratundmise protsessides, määravad antigeense spetsiifilisuse, määravad kindlaks veregruppide erinevused ning täidavad retseptor-, katalüütilisi ja muid funktsioone.

1. Lipiidide üldomadused, nende klassifikatsioon ja nomenklatuur.

Lipiidid (kreeka keelest lipos – rasv) on suur rühm looduslikke madala molekulmassiga orgaanilisi ühendeid, mis on laialt levinud elusorganismide seas ja mis on otseselt või kaudselt seotud rasvhapetega.

Nende ühine omadus on: 1) suhteline lahustumatus vees ja 2) lahustuvus mittepolaarsetes lahustites – eetris, kloroformis ja benseenis.

Lipiidide hulka kuuluvad alkoholid, rasvhapped, lämmastikuühendid, fosforhape, süsivesikud jne.

Lipiididel on oluline roll organismi eluprotsessides. Lipiidide peamised funktsioonid on järgmised:

1) Energia - lipiidid on väga tõhusad energiaallikad - 1 g rasva oksüdeerumisel vabaneb 39 kJ energiat, mis on kaks korda rohkem kui 1 g süsivesikute oksüdeerumisel. Lipiidid oksüdeeritakse mitokondrites veeks ja CO 2-ks koos suure hulga ATP moodustumisega.

2) Struktuurne – rakumembraanide moodustumisel osalevad mitmed lipiidid. Tüüpilised membraanilipiidid on fosfolipiidid, glükolipiidid ja kolesterool.

3) Lipiidid loovad loomadele soojusisolatsioonikatte ja kaitsevad kudesid mehaaniliste kahjustuste eest. Rakumembraanide põhikomponendina isoleerivad lipiidid raku keskkonnast ja tagavad oma hüdrofoobsete omaduste tõttu membraanipotentsiaalide tekke.

4) Reserv – looduslikud rasvad sisaldavad rasvlahustuvaid vitamiine ja asendamatuid rasvhappeid.

5) Reguleeriv - mõned lipiidid osalevad rakkudevaheliste kontaktide moodustamises ja närviimpulsi edastamises. Steroidid, eikosanoidid ja mõned fosfolipiidide metaboliidid täidavad signaalimisfunktsioone. Need toimivad hormoonide, neurotransmitterite ja teiste sõnumitoojatena.

6) Lipiidide muud funktsioonid. Üksikud lipiidid mängivad "ankru" rolli, mis hoiab valke ja muid ühendeid membraanil. Mõned lipiidid on kofaktorid, mis osalevad ensümaatilistes reaktsioonides, näiteks vere hüübimises.

On mitmeid lipiidide klasse, millest igaüks täidab spetsiifilisi bioloogilisi funktsioone.

Lipiidide klassifikatsioon põhineb nende struktuurilistel omadustel. Seal on järgmised lipiidide klassid (joonis).

1) Lihtsad lipiidid – rasvhapete ja erinevate alkoholide estrid: a) triatsüülglütseroolid - kolmehüdroksüülse alkoholi glütserooli ja kõrgemate rasvhapete estrid;

b) Vahad on kõrgemate rasvhapete ja ühe- või kahehüdroksüülsete alkoholide estrid.

2) Komplekssed lipiidid - rasvhapete ja alkoholide estrid, mis sisaldavad lisarühmi:

a) Fosfolipiidid on lipiidid, mis sisaldavad fosforhappe jääki. On glütserofosfolipiidid (alkoholi rolli mängib glütserool) ja sfingofosfolipiidid (alkoholi rolli mängib sfingosiin);

b) glükolipiidid (glükosfingolipiidid - rasvhappeid, sfingosiini ja süsivesikute komponenti sisaldavad lipiidid);

sisse) steroidid.

Lipiidide sellise klassifikatsiooni määravaks tunnuseks on mitmehüdroksüülsed alifaatsed alkoholid, mis sisaldavad nende koostises kahte või kolme hüdroksüülrühma.

Elusorganismide moodustatud molekulidest on suurimad nukleiinhapped - DNA ja RNA.

Pikka aega peeti RNA-d taimede, sealhulgas seente komponendiks, DNA-d aga loomarakkude tüüpiliseks komponendiks. Siis selgus, et RNA on koos DNA-ga taimedes laialt levinud. 30ndatel. möödunud sajandil tänu A.N. Belozersky sõnul tehti lõplik arusaam, et nii RNA kui ka DNA on kaks universaalset nukleiinhapete tüüpi, mis on omane kõigile elusmaailma kuningriikidele.

40ndatel. Erinevate tsütoloogiliste ja biokeemiliste uuringute põhjal hakkas tekkima idee, et DNA, mis paikneb pidevalt rakkude tuumades, nende kromosoomides, on kõige tihedamalt seotud pärilikkusaparaadiga ning RNA on rakurakkude oluline komponent. raku tsütoplasma, mis vastutab valkude biosünteesi eest.

DNA ja RNA on polümeersed makromolekulid, mis osalevad geneetilise teabe säilitamises ja edastamises. Need on ehitatud monomeerüksustest - nukleotiidid . Nukleotiidid esinevad eranditult kõigis elusrakkudes, täites mitmeid olulisi funktsioone. Nende hulgas: 1) nukleiinhapete ehitamine; 2) energiaülekanne (ATP); 3) koensüümide (NADH) moodustumine; 4) osalemine aktseptorite rollis oksüdatiivses fosforüülimises (ADP); 5) toimivad mitmete ensüümide ja "teise sõnumitoojate" (cAMP ja cGMP) aktiivsuse allosteeriliste regulaatoritena.

Nukleotiid koosneb kolmest osast – lämmastiku alusest, monosahhariidist ja ühest või mitmest fosfaatrühmast. DNA-s ja RNA-s on nukleotiidide külge kinnitatud üks fosfaatrühm. Nukleotiidi moodustav suhkur on pentoos, mis võib esineda kahes vormis: -D-riboos ja -D-2-desoksüriboos.

Lämmastikku sisaldavad alused on ühe kahest ühendist – puriini või pürimidiini – derivaadid. Nukleiinhapped sisaldavad peamiselt kahte puriini derivaati, adeniini ja guaniini, ning kolme pürimidiini derivaati, tsütosiini, tümiini ja uratsiili. Lisaks viiele suurele alusele on teada 4 vähem esindatud kõrvalalust. Mõned neist esinevad bakterite ja viiruste NC-s, kuid palju leidub ka pro- ja eukarüootses DNA-s ning tRNA-s. Seega sisaldavad bakterite DNA ja inimese DNA märkimisväärses koguses 5-metüültsütosiini; 5-hüdroksümetüültsütosiini leiti bakteriofaagides. Ebatavalised alused leiti RNA-st - N 6 -metüüladeniin, N 6,N 6 -dimetüüladeniin ja N 7 -metüülguaniin. Taimerakkudest leiti rida metüülasendajatega puriini aluseid. Paljud neist on farmakoloogiliselt aktiivsed. Näiteks kohvioad sisaldavad kofeiini (1,3,7-trimetüülksantiini), teelehed teofülliini (1,3-dimetüülksantiini) ja kakaooad sisaldavad teobromiini (3,7-dimetüülksantiini).

Ribonukleiinhapetes kasutatakse aluseid A, G, C ja U ning desoksüribonukleiinhapetes A, G, C ja T. Alus kinnitatakse suhkruga -N-glükosiidsideme abil, mis ühendab pentoosi C 1 aatomit. pürimidiini N1-aatomile või N9-ga puriiniaatomile.

RNA ja DNA on ehitatud vastavalt kovalentselt seotud ribonukleotiididest või desoksüribonukleotiididest. Nukleotiidid on omavahel seotud fosfodiestersildadega, mis ühendavad ühe nukleotiidi 5'-hüdroksüülrühma järgmise nukleotiidi 3'-hüdroksüülrühmaga. See moodustab tavalise selgroo, mida nimetatakse suhkru-fosfaadi selgrooks. Aluste järjestust piki ketti nimetatakse esmane struktuur NK. Polünukleotiidahelal on polaarsus ja alusjärjestust loetakse suunas 5' kuni 3'.

DNA koosneb kahest polünukleotiidahelast, mis on orienteeritud antiparalleelselt - ühe ahela 3'-ots asub teise 5'-otsa vastas. Neid ahelaid hoiab koos vesiniksidemete moodustumine adeniin-tümiini ja guaniin-tsütosiini paaride vahel. Adeniini ja tümiini vahel moodustub kaks vesiniksidet ning guaniini ja tsütosiini vahel kolm. Antiparalleelsel orientatsioonil on DNA replikatsioonis ja transkriptsioonis suur bioloogiline tähtsus.

50ndate alguseks. E. Chargaff tuvastas DNA koostise liigispetsiifilisuse fakti, näidates, et G, A, C ja T suhted erinevad erinevat tüüpi organismidel. See fakt vastas otseselt DNA oletatavale geneetilisele rollile. DNA nukleotiidide koostises on tuvastatud järgmised mustrid, mida nimetatakse E. Chargaffi reegliteks – olenemata liigierinevusest kogu DNA-s:

1) adeniini ja tümiini molaarsuhe on 1 (A=T või A/T=1);

2) guaniini ja tsütosiini molaarsuhe on 1 (G≡C või G/C=1);

3) puriini nukleotiidide summa on võrdne pürimidiini nukleotiidide summaga;

4) erinevatest allikatest pärit DNA-s ei ole suhe G + C / A + T, mida nimetatakse spetsiifilisuse koefitsiendiks, sama.

Mõne liigi DNA-s on ülekaalus adeniini ja tümiini koguhulk, see on nn AT-tüüpi DNA. AT-tüüpi DNA domineerib kõigil selgroogsetel ja selgrootutel ning kõrgematel taimedel. GC-tüüpi (guaniini ja tsütosiini täieliku ülekaaluga) esineb mikroorganismides.

DNA sekundaarne struktuur - D. Watsoni ja F. Cricki 1953. aastal välja pakutud mudeli kohaselt on DNA kaheahelaline parempoolne spiraal, mis koosneb komplementaarsetest polünukleotiidahelatest.

Nukleotiidide paaritumisvõime tõttu moodustub jäik, hästi stabiliseeritud kaheahelaline struktuur, millel on järgmised omadused:

1) Kahe ahela suhkru-fosfaatkarkassid moodustavad parempoolse spiraali, millel on ühine telg ja mille läbimõõt on umbes 2 nm. Spiraalis on kaks soont - suur ja väike. Heeliksi iga pöörde jaoks on 10 aluspaari. Heeliksi samm on 3,4 nm.

2) Kahe väljaspool asuva polünukleotiidahela suhkru-fosfaatkarkassid on omavahel ühendatud vesiniksidemetega nendest sissepoole ulatuvate lämmastikualuste vahel. Aluste tasapinnad on risti spiraali teljega ja on üksteisest 0,34 nm kaugusel ja pööratud 36°.

3) Topeltheeliksi stabiilsus on tingitud vesiniksidemetest ja hüdrofoobsetest interaktsioonidest.

DNA tertsiaarne struktuur . Kõigis elusorganismides on kaheahelalised DNA molekulid tihedalt pakitud, moodustades keerukaid kolmemõõtmelisi struktuure. ( Ainult ühes inimkeha rakus, mis sisaldab 46 kromosoomi, on DNA lineaarne pikkus 2 m ja raku enda suurus vaid 25 mikronit. Ja kõige huvitavam on see, et kogu DNA molekul asub umbes 5 mikronise läbimõõduga tuumas.).

Kromosoomis on 4 DNA pakendamise taset. Sel juhul "lüheneb" DNA ahel 10 000 korda. Eukarüootse genoomi kaks esimest pakendamistasandit tagavad histoonid.