Rozdział 8 · Chemia życia
Węglowodany, obejmujące cukry i ich polimery, pełnią w organizmach dwie główne funkcje. Magazynują i dostarczają energię oraz dostarczają materiału do budowy elementów strukturalnych. Występują jako monomery i dimery, a bardzo często także jako dłuższe, czasem rozgałęzione łańcuchy.
Ta sekcja omawia budowę, różnorodność i występowanie węglowodanów.
Cztery podstawowe kategorie węglowodanów wyróżnia się na podstawie liczby monomerycznych cząsteczek cukru. Najprostszym węglowodanem jest monosacharyd, czyli pojedyncza jednostka monomeryczna. Disacharydy, takie jak sacharoza, czyli zwykły cukier, składają się z dwóch połączonych monosacharydów. Oligosacharydy (od greckiego "oligo", czyli kilka) zawierają od 3 do 20 jednostek monomerycznych, a polisacharydy składają się z ponad 20 jednostek.
Węglowodany są zbudowane z węgla (C), wodoru (H) i tlenu (O), który najczęściej występuje w grupach hydroksylowych (-OH). Monosacharydy mogą występować w formie liniowej, ale najczęściej przyjmują formę pierścieniową, powstającą w reakcji wewnątrzcząsteczkowej. W tej reakcji grupa hydroksylowa przenosi atom wodoru na tlen związany wiązaniem podwójnym (tutaj w końcowej grupie aldehydowej). Glukoza, bardzo powszechny cukier i heksoza (od greckiego: sześć), jest pokazana jako przykład. Zgodnie z konwencją atomy węgla numeruje się kolejno, jak w przedstawionych strukturach (C1-6).
Pierścieniowa forma glukozy ma sześcioczłonową strukturę, w której C1 łączy się z C5, pozostawiając C6 poza pierścieniem. Podobnie jak w innych cukrach, w zależności od orientacji grupy aldehydowej w chwili zamykania pierścienia powstają dwie formy. W formie alfa grupa hydroksylowa przy C1 jest skierowana "w dół", a w formie beta "w górę". Ta orientacja silnie wpływa na wiązania między monosacharydami, co omówimy za chwilę.
Oprócz heksoz częstym typem cukrów są pentozy, które mają pięć atomów węgla. Genetykom szczególnie dobrze znane są dwie pentozy o pięcioczłonowej strukturze pierścieniowej: ryboza i deoksyryboza. Choć są niemal identyczne, różnią się drobną, ale ważną cechą: deoksyryboza nie ma grupy hydroksylowej przy drugim atomie węgla. W dużym stopniu decyduje to o właściwościach chemicznych DNA i RNA, których integralnymi częściami są odpowiednio deoksyryboza i ryboza.
Disacharydy powstają przez połączenie dwóch monosacharydów, które nie muszą być identyczne. Reakcję tę nazywa się kondensacją, ponieważ podczas tworzenia wiązania reagujące grupy hydroksylowe monomerów uwalniają cząsteczkę wody. Jeśli reagująca grupa hydroksylowa przy C1 znajduje się w pozycji alfa, powstaje wiązanie alfa-1,4-glikozydowe; odpowiednio grupa w pozycji beta tworzy wiązanie beta-1,4-glikozydowe.
Dłuższe łańcuchy monomerów cukrowych, czyli polisacharydy, powstają z serii wiązań alfa- lub beta-1,4-glikozydowych. Celuloza jest przykładem całkowicie liniowego polisacharydu połączonego wiązaniami beta-1,4-glikozydowymi. To najobficiej występujący polimer organiczny na Ziemi i kluczowy składnik strukturalny ścian komórkowych roślin oraz niektórych innych organizmów. Celuloza jest także głównym składnikiem papieru i wielu materiałów włókienniczych.
Polisacharydy mogą być również rozgałęzione dzięki wiązaniom 1,6-glikozydowym, powstającym w reakcji kondensacji między grupami hydroksylowymi przy C1 i C6. Skrobia jest przykładem rozgałęzionego polisacharydu używanego przez rośliny do magazynowania energii i stanowi ważny składnik diety człowieka. Glikogen jest jeszcze silniej rozgałęziony i występuje u zwierząt, grzybów i bakterii.
W następnej sekcji poznamy inną klasę cząsteczek ważną dla magazynowania energii i budowy struktur: lipidy.
Sześć pytań do tego rozdziału — bez rejestracji, po prostu sprawdź swoją wiedzę.
To rozdział 8 bezpłatnego modułu. W aplikacji Codon One znajdziesz quizy po każdym rozdziale, fiszki, serie i 5 kolejnych modułów.
Pobierz wApp Store