碳水化合物-定义,结构,类型,例子,功能

碳水化合物是什么?

  • 碳水化合物是一组自然存在的羰基化合物(醛或酮),也包含几个羟基。
  • 它也可以包括在水解过程中产生这类化合物的衍生物。
  • 它们是自然界中最丰富的有机分子,也被称为“糖类”。
  • 溶于水且味道甜的碳水化合物称为“糖”。

碳水化合物的结构

  • 碳水化合物由碳、氢和氧组成。
  • 碳水化合物的一般经验结构是(CH2O)n
  • 它们是以醛或酮的形式组织的有机化合物,碳链上有多个羟基。
  • 所有碳水化合物的组成部分都是单糖,即单糖。
  • 单糖可以是多羟基醛(醛糖)或多羟基酮(酮糖)。

碳水化合物在结构上可以有以下三种形式:

  • 开链结构。
  • Hemi-acetal结构。
  • 霍沃思结构。

开链结构-它是碳水化合物的长直链形式。

Hemi-acetal结构这里葡萄糖的第1个碳与第5个碳的- oh基团缩合形成一个环结构。

霍沃思结构-是吡喃糖环结构的存在。

碳水化合物的性质

碳水化合物的物理性质

  • 立体异构现象-复合剃须相同的结构公式,但空间配置不同。葡萄糖的倒数第二个碳原子有两个同分异构体。它们是d -葡萄糖和l -葡萄糖。
  • 旋光性-它是平面偏振光的旋转形成(+)葡萄糖和(-)葡萄糖。
  • Diastereo同分异构体-它是葡萄糖中C2、C3或C4的构型变化。例如:甘露糖、半乳糖。
  • Annomerism-它是醛糖中第一个碳原子和酮糖中第二个碳原子的空间构型。

碳水化合物的化学性质

  • 脎的形成:当糖与过量的苯肼反应时,脎是碳水化合物的衍生物。如。葡萄糖脎
  • 本笃十六世的测试:还原糖在碱存在下加热时,会转化为强还原性物质,称为烯二醇。当本尼迪克特试剂溶液和还原糖一起加热时,溶液的颜色变为橘红色/砖红色。
  • 氧化:单糖是还原糖,如果它们的羰基氧化生成羧酸。在本尼迪克特的试验中,d -葡萄糖被氧化为d -葡萄糖酸,因此葡萄糖被认为是一种还原糖。
  • 减少醇:碳水化合物的开链形式的C=O基团可以被硼氢化钠(NaBH)还原成醇4,或催化加氢(H2, Ni, EtOH/H2O)。这些产品被称为“糖醇”。

单糖的性质

  • 大多数单糖都有甜味(果糖是最甜的;比蔗糖甜73%)。
  • 它们在室温下是固体。
  • 它们极易溶于水:-尽管它们的分子量很高,但大量羟基的存在使单糖比大多数类似分子量的分子更容易溶于水。
  • 葡萄糖可以溶于少量的水,制成糖浆(1克/ 1毫升水)。

碳水化合物分类(碳水化合物种类)

碳水化合物的分类

简单碳水化合物包括单糖(单糖)和聚合物、低聚糖和多糖。

单糖

  • 碳水化合物中最简单的一组,通常称为单糖,因为它们不能被进一步水解。
  • 无色结晶固体,溶于水,不溶于非极性溶剂。
  • 这是一种含有游离醛或酮基团的化合物。
  • 一般的公式是Cn(水)n或CnH2 nOn
  • 它们是根据它们所含碳原子的数量和所含官能团来分类的。
  • 因此,含有3,4,5,6,7…碳的单糖被称为三糖、四糖、戊糖、己糖、庚糖等,根据它们是否含有醛或酮,也被称为醛或酮糖。
  • 例子:葡萄糖,果糖,赤糖,核酮糖。

低聚糖

  • 低聚糖是一种复合糖,通过水解可以产生2到10个相同或不同的单糖分子。
  • 单糖单元由糖苷键连接。
  • 根据单糖的单位数,又进一步分为二糖、三糖、四糖等。
  • 水解出2分子单糖的低聚糖称为双糖,水解出3或4分子单糖的低聚糖分别称为三糖和四糖,以此类推。
  • 二糖的通式为Cn(水)n - 1三糖是Cn(水)n -等等。
  • 例子:双糖包括蔗糖、乳糖、麦芽糖等。
  • 三糖是棉子糖,Rabinose。

多糖

  • 它们也被称为“聚糖”。
  • 多糖含有超过10个单糖单位,可以是数百个糖单位的长度。
  • 它们水解后可产生10分子以上的单糖。
  • 多糖的不同之处在于它们重复出现的单糖单位的身份、链的长度、键连接单位的类型和分支的程度。
  • 它们主要涉及两个重要的功能。结构功能和能量的储存。
  • 根据水解产生的分子类型,它们被进一步分类。
  • 他们可能会homopolysaccharidesE,含有相同类型的单糖或杂多糖即不同类型的单糖。
  • 同多糖的例子有淀粉,糖原,纤维素,果胶。
  • H外多糖是透明质酸,软骨素。

功能

碳水化合物是广泛分布在动植物组织中的分子。在植物和节肢动物中,碳水化合物来自骨骼结构,它们在植物和动物中也充当食物储备。它们是各种代谢活动所需的重要能量来源,这些能量是通过氧化产生的。

其主要职能包括:

  • 生物利用碳水化合物作为细胞反应的燃料。它们是所有生物最丰富的能量来源(每克4千卡)。
  • 碳水化合物不仅是主要的能量来源,在许多动物中也是即时的能量来源。葡萄糖被糖酵解/三羧酸循环产生ATP。
  • 作为能量储存,燃料和代谢中间体。它在动物中以糖原的形式储存,在植物中以淀粉的形式储存。
  • 储存的碳水化合物作为能量来源而不是蛋白质。
  • 它们形成了结构和保护成分,就像细胞壁植物和微生物。细菌(肽聚糖或壁蛋白)、植物(纤维素)和动物(几丁质)细胞壁中的结构成分。
  • 碳水化合物是脂肪和蛋白质生物合成的中间产物。
  • 碳水化合物有助于神经组织的调节,是大脑的能量来源。
  • 碳水化合物与脂质和蛋白质结合形成表面抗原、受体分子、维生素和抗生素。
  • RNA和DNA(核糖核酸和脱氧核糖核酸)结构框架的形成。
  • 它们与许多蛋白质和脂质相连。这种连接的碳水化合物在细胞间的通讯以及细胞与细胞环境中其他元素之间的相互作用中是重要的。
  • 在动物中,它们是结缔组织的重要组成部分。
  • 富含纤维的碳水化合物有助于预防便秘。
  • 此外,它们还有助于调节免疫系统。

参考文献

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  4. https://biology.tutorvista.com/biomolecules/carbohydrates.html

碳水化合物-定义,结构,类型,例子,功能

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