Հիմնական նյութ

Դասընթաց․ (Կենսաբանություն) > Բաժին 5

Դաս 2: Ածխաջրեր

Ածխաջրեր

Ածխաջրերի՝ միաշաքարների, երկշաքարների և բազմաշաքարների կառուցվածքը և հատկությունները․ ակնարկ։

Ներածություն

Ի՞նչ բաղադրություն ունի կարտոֆիլը։ Բացի ջրից, որը կազմում է կարտոֆիլի զանգվածի մեծ մասը, այն պարունակում է մի քիչ ճարպ, մի քիչ սպիտակուց և բավականին շատ ածխաջուր (մոտ 37 գ միջին չափի կարտոֆիլի մեջ)։

Այդ ածխաջրերի մի մասը շաքարների տեսքով է։ Դրանք կարտոֆիլին և այդ կարտոֆիլն ուտող մարդուն ապահովում են վառելանյութի պատրաստի աղբյուրով։ Կարտոֆիլի ածխաջրերի մի փոքր մասն էլ մանրաթելերի տեսքով է, այդ թվում՝ թաղանթանյութի պոլիմերների, որոնցից կազմված են կարտոֆիլի բջիջների բջջապատերը։ Ածխաջրերի մեծ մասը, սակայն, օսլայի տեսքով են, որն իրենից ներկայացնում է գլյուկոզի՝ իրար միացած մոլեկուլների շղթաներ, որոնք պահեստավորված վառելանյութ են։ Երբ դու կարտոֆիլի ֆրի, կարտոֆիլի չիփսեր կամ խորոված կարտոֆիլ ես ուտում, քո մարսողական համակարգի ֆերմենտները սկսում են աշխատել գլյուկոզի երկար շղթաների վրա՝ դրանք մասնատելով ավելի փոքր շաքարների, որպեսզի քո բջիջները կարողանան օտագործել։

Ածխաջրերը կենսաբանական մոլեկուլներ են, որոնք կազմված են ածխածնից, ջրածնից և թթվածնից՝ ածխածի (

C

) մեկ ատոմին ջրի (

H_{2} O

) մեկ մոլեկուլ մոտավոր հարաբերակցությամբ: Այս համակցությունից էլ հենց առաջացել է նրանց անվանումը՝ ածխածին (ածխա-) և ջուր (-ջուր): Ածխաջրերի շղթաները տարբեր երկարություններ ունեն։ Գոյություն ունի կենսաբանական կարևոր ածխաջրերի երեք խումբ՝ միաշաքարներ, երկշաքարներ և բազմաշաքարներ։ Այս հոդվածում մենք ավելի մանրամասն կծանոթանանք ածխաջրերի յուրաքանչյուր տեսակի հետ, ինչպես նաև կիմանանք այն կարևոր էներգետիկ և կառուցվածքային դերի մասին, որ ածխաջրերն ունեն մարդու և այլ օրգանիզմների համար։

Միաշաքարներ

Միաշաքարները (mono- =մեկ, sacchar- =շաքար) սովորական շաքարներ են, որոնցից ամենատարածվածը գլյուկոզն է։ Միաշաքարների բանաձևը

({CH}_{2} O)_{n}

է, և նրանք հիմնականում պարունակում են ածխածնի երեքից յոթ ատոմ։

Բոլոր ածխաջրերի բանաձևերը պարունակում են

C

-ի մոտավորապես մեկ ատոմ յուրաքանչյուր

H_{2} O

-ի համար։

Սակայն միայն միաշաքարների բանաձևն է պարունակում

C

-ի ճիշտ մեկ ատոմ յուրաքանչյուր

H_{2} O

-ի համար։

Բազմաշաքարների առաջացման ժամանակ որոշ

H

O

ատոմներ կորչում են դեհիդրատացմամբ սինթեզի ռեակցիայի արդյունքում (առանց ածխածնի կորստի)՝ թեթևակիորեն փոխելով ատոմների հարաբերակցությունը։

Միաշաքարների բաղադրության մեջ եղած թթվածնի ատոմների մեծ մասը հիմնականում հիդրօքսիլ (

OH

) խմբերում են, իսկ մեկը մտնում է կարբոնիլ (

C = O

) խմբի մեջ։ Կարբոնիլ (

C = O

) խմբի դիրքն օգտագործվում է շաքարների դասակարգման մեջ։

Եթե շաքարի բաղադրության մեջ ալդեհիդային խումբ կա, այսինքն՝ կարբոնիլ խմբի C-ն շղթայի վերջին բաղադրիչն է, ապա այն անվանում են ալդոզ։
Եթե կարբոնիլ խմբի C-ն շղթայի ներսում է, այնպես, որ դրա երկու կողմերում ածխածնի այլ ատոմներ կան, ապա այն առաջացնում է կետոնիլ խումբ, իսկ շաքարը կոչվում է կետոզ։

Շաքարներն իրենց անվանումը ստանում են նաև ըստ իրենց կազմության մեջ եղած ածխածնի թվի. առավել տարածված տեսակներից են տրիոզները (երեք ածխածին), պենտոզները (հինգ ածխածին) և հեքսոզները (վեց ածխածին)։

Նկարի աղբյուրը՝ OpenStax Biology

Գլյուկոզը և նրա իզոմերները

Կարևոր միաշաքար է գլյուկոզը, որը վեց ածխածին պարունակող շաքար է և ունի

C_{6} H_{12} O_{6}

բանաձևը։ Տարածված միաշաքարներից են նաև գալակտոզը (կաթի բաղադրության մեջ մտնող լակտոզ շաքարի բաղադրիչ է) և ֆրուկտոզը (հայտնաբերվում է մրգերի մեջ)։

Գլյուկոզը, գալակտոզը և ֆրուկտոզը միևնույն քիմիական բանաձևն ունեն (

C_{6} H_{12} O_{6}

), սակայն տարբերվում են ատոմների դասավորությամբ, որն էլ նրանց դարձնում է մեկը մյուսի իզոմերը։ Ֆրուկտոզը գլյուկոզի և գալակտոզի կառուցվածքային իզոմերն է, այսինքն՝ նրա ատոմները իրար միացած են այլ դասավորությամբ։

Նկարի աղբյուրը՝ OpenStax Biology

Գլյուկոզը և գալակտոզը ստերեոիզոմեր (երկրաչափական իզոմերներ) են․ նրանց ատոմները նույն կերպ են միացած, սակայն տարբերվում են իրենց ասիմետրիկ ածխածիններից մեկի շուրջը ատոմների եռաչափ դասավորությամբ։ Դա կարող ես տեսնել գծապատկերում, որտեղ այն նշված է կարմիրով, որպեսզի տարբերվի հիդրօքսիլ (

OH

) խմբից։ Այս փոքրիկ տարբերությունը բավարար է, որպեսզի ֆերմենտները կարողանան տարբերել գլյուկոզը և գալակտոզը՝ ընտրելով շաքարներից միայն մեկը քիմիական ռեակցիաներին մասնակցելու համար։

Ցիկլիկ շաքարներ

Հավանաբար նկատել ես, որ մինչև հիմա ներկայացված շաքարների մոլեկուլները գծային են (ուղիղ շղթաներ են)։ Դա կարող է տարօրինակ թվալ, քանի որ շաքարները հաճախ պատկերվում են օղակաձև։ Ինչպես պարզվում է, երկու ձևն էլ ճիշտ է․ գոյություն ունեն շատ՝ հինգ և վեց ածխածին պարունակող շաքարներ, որոնք կա՛մ գծային են, կա՛մ կազմված են մեկ կամ մի քանի օղակներից։

Կառուցվածքի այս ձևերը գոյություն ունեն հավասարապես, սակայն օղակաձև կառուցվածք ունեցող մոլեկուլները գերակշռում են (հատկապես ջրային կամ ջրային հիմքով լուծույթներում)։ Օրինակ՝ լուծույթում գլյուկոզի հիմնական կառուցվածքը վեց անդամից կազմված օղակ է։ Գլյուկոզի ավելի քան 99%-ին բնորոշ է կառուցվածքի այս ձևը

^{3}

Նույնիսկ երբ գլյուկոզը վեց անդամից կազմված օղակ է, այն կարող է երկու տարբեր ձևով և տարբեր հատկություններով հանդես գալ։ Օղակի ձևավորման ընթացքում հիդրօքսիլ խմբի վերածված կարբոնիլի

O

-ն կարող է ընկնել կա՛մ օղակի «վերևի» մասում (միևնույն կողմում, որտեղ

{CH}_{2} OH

խումբն է) կա՛մ օղակի «ներքևի» մասում (այս խմբի հակառակ կողմում)։ Երբ հիդրօքսիլը ներքևում է, ասում ենք, որ գլյուկոզը ալֆա (α) կառուցվածքով է, իսկ երբ վերևում է՝ գլյուկոզն ունի բետա (β) կառուցվածք։

Նկարի աղբյուրը՝ OpenStax Biology

Երկշաքարներ

Երկշաքարներն (di- = «երկու») առաջանում են դեհիդրատացման ռեակցիայի արդյունքում երկու միաշաքարների միացումից։ Այս ռեակցիան հայտնի է նաև որպես կոնդենսացման ռեակցիա կամ դեհիդրացմամբ սինթեզ։ Այս գործընթացի ժամանակ մի միաշաքարի հիդրօքսիլ խումբը միանում է մյուս միաշաքարի ջրածնին՝ առաջացնելով ջրի մոլեկուլ և ձևավորելով կովալենտային կապ, որն անվանում են գլիկոզիդային կապ։

Ինչպես, օրինակ, ստորև պատկերված գծապատկերում ներկայացված են գլյուկոզի և ֆրուկտոզի մոնոմերները, որոնք դեհիդրացման ռեակցիայի միջոցով միանում են և ձևավորում սախարոզ՝ երկշաքար, որը մեզ հայտնի սեղանի շաքարն է (ռեակցիայի արդյունքում անջատվում է նաև ջրի մոլեկուլ, որը նկարում պատկերված չէ):

Որոշ դեպքերում կարևոր է իմանալ, թե շաքարի երկու օղակների ո՞ր ածխածիններն են իրար միացած գլիկոզիդային կապով։ Միաշաքարի կազմում ածխածնի յուրաքանչյուր ատոմ համարակալված է՝ սկսած ծայրային ածխածնից, որն ամենամոտն է կարբոնիլ խմբին (գծային կառուցվածքով շաքարի դեպքում)։ Այս համարակալումը գլյուկոզի և ֆրուկտոզի համար ներկայացված է վերևում։ Սախարոզի մոլեկուլում գլյուկոզի

1

-ին ածխածինը միացած է ֆրուկտոզի

2

-րդ ածխածնին, այդ պատճառով էլ այս կապը կոչվում է

1

-

2

գլիկոզիդային կապ։

Սովորական երկշաքարները պարունակում են լակտոզ, մալթոզ և սախարոզ։ Լակտոզը գլյուկոզից և գալակտոզից կազմված երկշաքար է, որը բնության մեջ հանդիպում է կաթի բաղադրության մեջ։ Շատ մարդիկ մեծ տարիքում չեն կարողանում մարսել լակտոզը, և առաջանում է լակտոզի անտանելիություն (որը կարող է ծանոթ լինել քեզ կամ քո ընկերներին)։ Մալթոզը կամ ածիկաշաքարը գլյուկոզի երկու մոլեկուլներից կազմված երկշաքար է։ Ամենաշատ տարածված երկշաքարը սախարոզն է (սեղանի շաքարը), որը բաղկացած է գլյուկոզից և ֆրուկտոզից։

Բազմաշաքարներ

Միաշաքարների երկար շղթաները, որոնք կապված են գլիկոզիդային կապերով, կոչվում են բազմաշաքարներ (poly- = «բազմաթիվ, շատ»)։ Շղթան կարող է լինել ճյուղավորված կամ առանց ճյուղավորման և կարող է տարբեր տեսակի միաշաքարներ պարունակել։ Բազմաշաքարների մոլեկուլային զանգվածը կարող է բավականին ծանր լինել՝ հասնելով մինչև

100

000

դալտոնի կամ ավելի, եթե բավականաչափ մոնոմերներ են միացած։ Օսլան, գլիկոգենը, թաղանթանյութը և խիտինը կենդանի օրգանիզմների համար կարևոր բազմաշաքարների օրինակներ են։

Պահեստային բազմաշաքարներ

Օսլան բույսերում պահեստավորված շաքարն է և կազմված է երկու բազմաշաքարից՝ ամիլոզից և ամիլոպեկտինից, որոնք երկուսն էլ գլյուկոզից կազմված պոլիմերներ են։ Բույսերը, ֆոտոսինթեզի ընթացքում կլանված լուսային էներգիան օգտագործելով, սինթեզում են գլուկոզ, իսկ ավելցուկային գլյուկոզը, որը որպես անմիջական էներգիա այդ պահին պետք չէ բույսին, օսլայի տեսքով պահեստավորվում է բույսի տարբեր մասերում, այդ թվում՝ արմատներում և սերմերում։ Սերմերում կուտակված օսլան ապահովում է սաղմի սննդային պաշարը, երբ այն ծլում է և կարող է իր հերթին սննդի աղբյուր դառնալ մարդու կամ կենդանիների համար, որոնք էլ մարսողական ֆերմենտների օգնությամբ այն վերածում են գլյուկոզի մոնոմերների։

Օսլայի մեջ պարունակվում են գլյուկոզի մոնոմերներ, որոնք ունեն α կառուցվածք (որտեղ

1

-ին ածխածնի հիդրօքսիլ խումբը օղակի ներքևում է), որոնք հիմնականում միացած են

1

-

4

գլիկոզիդային կապով (այսինքն՝ մոնոմերներից

1

-ինն ու

4

-րդն են ստեղծում գլիկոզիդային կապ)։

Ամիլոզը կազմված է $1$ ‍ $-$ ‍ $4$ ‍ կապերով միացած գլյուկոզի մոնոմերների չճյուղավորված շղթաներից։
Ամիլոպեկտինը ճյուղավորված բազմաշաքար է։ Թեև նրա մոնոմերների մեծ մասը կապված են $1$ ‍ $-$ ‍ $4$ ‍ կապերով, սակայն պարբերաբար լրացուցիչ $1$ ‍ $-$ ‍ $6$ ‍ կապեր են առաջանում ճյուղավորման մասերում։

Ենթամիավորների միացման ձևից կախված՝ ամիլոզի և ամիլոպեկտինի մեջ գլյուկոզի շղթաները ունեն պարույրի ձև, ինչպես ցույց է տրված ստորև բերված գծապատկերում։

Նկարի աղբյուրը՝ OpenStax Biology

Բույսերի համար դա շատ լավ է, իսկ մե՞զ համար։ Ողնաշարավոր կենդանիների և մարդկանց օրգանիզմում գլյուկոզը կուտակվում է գլիկոգենի տեսքով։ Ինչպես և օսլան, գլյիկոգենը գլյուկոզի մոնոմերներից կազմված պոլիմեր է և նույնիսկ ամիլոպեկտինից ավելի շատ է ճյուղավորված։

Գլիկոգենը հիմնականում պաշարվում է լյարդի և մկանների բջիջներում։ Երբ արյան մեջ գլյուկոզի մակարդակն իջնում է, գլիկոգենը քայքայվում է հիդրոլիզի միջոցով՝ անջատելով գլյուկոզի մոնոմերներ, որոնք բջիջները կարող են կլանել և օգտագործել։

Կառուցվածքային բազմաշաքարներ

Թեև էներգիայի պահեստավորումը բազմաշաքարների հիմնական կարևոր դերերից է, նրանք մի կարևոր գործառույթ ևս ունեն՝ կառուցվածքային գործառույթը։ Թաղանթանյութը, օրինակ, բույսերի բջիջների բջջապատերի հիմնական կառուցվածքային բաղադրիչն է, այն ունի կարծր կառուցվածք և պատում է բջիջները (հազարի տերևները և բանջարեղենի այլ տեսակներ ճռճռան է դարձնում)։ Փայտը և թուղթը հիմնականում կազմված են թաղանթանյութից, իսկ թաղանթանյութն էլ իր հերթին կազմված է

1

-

4

գլիկոզիդային կապով միացած գլյուկոզի մոնոմերների չճյուղավորված շղթաներից։

Ի տարբերություն ամիլոզի՝ թաղանթանյութը կազմված է գլյուկոզի մոնոմերների β կառուցվածքից, որով էլ պայմանավորված են դրանց տարբեր հատկությունները։ Ինչպես ցույց է տրված վերևի նկարում, շղթայի մեջ գլյուկոզի ամեն հաջորդ մոնոմերը գլխիվայր շրջված է իր հարևանների նկատմամբ, սա առաջացնում է թաղանթանյութի երկար, ուղիղ, ոչ պարուրաձև շղթաներ։ Այս շղթաները միասին խմբավորվում են՝ առաջացնելով զուգահեռ կծիկներ, որոնք միմյանց կապված են հիդրօքսիլ խմբերի

^{4, 5}

միջև առաջացած ջրածնային կապերով։

Թաղանթանյութի β գլիկոզիդային կապերը չեն քայքայվում մարդու մարսողական ֆերմենտների ազդեցությամբ, այդ պատճառով էլ մարդիկ չեն կարողանում մարսել թաղանթանյութը։ (Դա չի նշանակում, որ մեր սննդակարգի մեջ թաղանթանյութ չի պարունակվում, այն պարզապես անցնում է մեր օրգանիզմի միջով որպես չմարսվող, չլուծվող մանրաթել)։ Սակայն շատ բուսակեր կենդանիների, օրինակ՝ կովերի, կոալաների, գոմեշների և ձիերի օրգանիզմներում պարունակվում են հատուկ մանրէներ, որոնք օգնում են քայքայելու բջջանյութը։ Այս մանրէներն ապրում են մարսողական համակարգում և թաղանթանյութը վերածում են գլյուկոզի մոնոմերների, որը կարող է յուրացվել կենդանու օրգանիզմում։ Փայտակեր մրջյունները նույնպես քայքայում են թաղանթանյութը իրենց աղիներում եղած միկրոօրգանիզմների օգնությամբ։

Թաղանթանյութը բնորոշ է բույսերին, սակայն բազմաշաքարները կարևոր կառուցվածքային դեր ունեն նաև ոչ բուսական ծագման օրգանիզմների համար։ Օրինակ՝ հոդվածոտանիները (ինչպիսիք են միջատները և խեցգետնակերպերը) ունեն ամուր արտաքին կմախք, որը պաշտպանում է նրանց մարմնի ներքին՝ ավելի զգայուն մասերը։ Այս արտաքին կմախքը կազմված է խիտինի մակրոմոլեկուլից, որը նման է թաղանթանյութին, բայց կազմված է գլյուկոզի փոփոխված ենթամիավորներից, որոնք ունեն ազոտ պարունակող գործառութային խումբ։ Խիտինը նաև սնկի բջջի բջջապատերի հիմնական բաղադրիչն է։ Սնկերը չեն դասվում ո՛չ կենդանիների, ո՛չ էլ բույսերի շարքին, այլ ունեն իրենց առանձին թագավորությունը։

Մեջբերում

This article is a modified derivative of “Carbohydrates,” by OpenStax College, Biology (CC BY 3,0). Download the original article for free at http://cnx.org/contents/185cbf87-c72e-48f5-b51e-f14f21b5eabd@9,85:11/Biology.

Մշակված հոդվածի արտոնագրի համարն է՝ CC BY-NC-SA 4.0

Օգտագործված գրականություն

U.S. Department of Agriculture, Agricultural Research Service. (2014). Basic report: 11352, potatoes, flesh and skin, raw. In USDA national nutrient database for standard reference (release 27). Retrieved from http://ndb.nal.usda.gov/ndb/foods/show/3115?fgcd=&manu=&lfacet=&format=&count=&max=35&offset=&sort=&qlookup=11352.
Raven, P. H., Johnson, G. B., Mason, K. A., Losos, J. B., and Singer, S. R. (2014). Sugar isomers have structural differences. In Biology (10th ed., AP ed., p. 38). New York, NY: McGraw-Hill.
Glucose. (2015, July 7). Retrieved July 24, 2015 from Wikipedia: https://en.wikipedia.org/wiki/Glucose.
Reece, J. B., Urry, L. A., Cain, M. L., Wasserman, S. A., Minorsky, P. V., and Jackson, R. B. (2011). Structural polysaccharides. In Campbell biology (10th ed., p. 71). San Francisco, CA: Pearson.
Purves, W. K., Sadava, D., Orians, G. H., and Heller, H. C. (2003). 3,16. Representative polysaccharides. In Life: The science of biology (7th ed., p. 49). Sunderland, MA: Sinauer Associates, Inc.

Հավելյալ հղումներ

Amylase. (2015, June 16). Retrieved July 24, 2015 from Wikipedia: https://en.wikipedia.org/wiki/Amylase.

Bowen, R. (2006, April 16). Absorption of monosaccharides. In Pathophysiology of the digestive system (small intestine). Retrieved from http://www.vivo.colostate.edu/hbooks/pathphys/digestion/smallgut/absorb_sugars.html.

Glucose. (2015, July 7). Retrieved July 24, 2015 from Wikipedia: https://en.wikipedia.org/wiki/Glucose.

Monosaccharide. (2015, July 5). Retrieved July 24, 2015 from Wikipedia: https://en.wikipedia.org/wiki/Monosaccharide.

Monosaccharides. (2014, November 12). Retrieved July 24, 2015 from Wikibooks: https://en.wikibooks.org/wiki/Structural_Biochemistry/Carbohydrates/Monosaccharides.

Purves, W. K., Sadava, D., Orians, G. H., and Heller, H. C. (2003). Polysaccharides serve as energy stores or structural materials. In Life: The science of biology (7th ed., p. 48). Sunderland, MA: Sinauer Associates, Inc.

Raven, P. H., Johnson, G. B., Mason, K. A., Losos, J. B., and Singer, S. R. (2014). Carbohydrates: Energy storage and structural molecules. In Biology (10th ed., AP ed., pp. 38-41). New York, NY: McGraw-Hill.

Reece, J. B., Urry, L. A., Cain, M. L., Wasserman, S. A., Minorsky, P. V., and Jackson, R. B. (2011). Carbohydrates serve as fuel and building material. In Campbell biology (10th ed., pp. 68-72). San Francisco, CA: Pearson.

Starch. (2015, July 23). Retrieved July 24, 2015 from Wikipedia: https://en.wikipedia.org/wiki/Starch.

Stereoisomerism. (2015, June 24). Retrieved July 24, 2015 from Wikipedia: https://en.wikipedia.org/wiki/Stereoisomerism.

Structural isomer. (2015, May 22). Retrieved July 24, 2015 from Wikipedia: https://en.wikipedia.org/wiki/Structural_isomer.

U.S. Department of Agriculture, Agricultural Research Service. (2014). Basic report: 11352, potatoes, flesh and skin, raw. In USDA national nutrient database for standard reference (release 27). Retrieved from http://ndb.nal.usda.gov/ndb/foods/show/3115?fgcd=&manu=&lfacet=&format=&count=&max=35&offset=&sort=&qlookup=11352.

Ուզո՞ւմ ես միանալ խոսակցությանը։

Մուտք գործել

Դասակարգել ըստ

Առայժմ հրապարակումներ չկան։

Անգլերեն հասկանո՞ւմ ես: Սեղմիր այստեղ և ավելի շատ քննարկումներ կգտնես «Քան» ակադեմիայի անգլերեն կայքում: