Skip to main content
Global

3.1: פחמימות - מולקולות פחמימות

  1. Last updated
  2. Save as PDF
  • Page ID
    209935

    • Boundless
    • Boundless
    \( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)\(\newcommand{\AA}{\unicode[.8,0]{x212B}}\)

    מטרות למידה
    • תאר את המבנה של מונו-, די- ופולי-סכרידים

    ניתן לייצג פחמימות על ידי הנוסחה הסטוכיומטרית (CH 2 O) n, כאשר n הוא מספר הפחמנים במולקולה. לכן, היחס בין פחמן למימן לחמצן הוא 1:2: 1 במולקולות פחמימות. מקור המונח "פחמימה" מבוסס על מרכיביו: פחמן ("פחמימות") ומים ("הידרט"). פחמימות מסווגות לשלושה תת-סוגים: חד סוכרים, דו סוכרים ופוליסכרידים.

    מונוסכרידים

    מונוסכרידים (מונו- = "אחד"; sacchar- = "מתוק") הם סוכרים פשוטים. במונוסכרידים, מספר הפחמנים נע בדרך כלל בין שלושה לשבעה. אם לסוכר יש קבוצת אלדהיד (הקבוצה הפונקציונלית עם המבנה R-CHO), הוא ידוע בשם אלדוז, ואם יש לו קבוצת קטון (הקבוצה הפונקציונלית עם המבנה RC (=O) R'), זה ידוע בתור קטוזה. בהתאם למספר הפחמנים בסוכר, הם עשויים להיקרא גם טריוזות (שלושה פחמנים), פנטוזות (חמישה פחמנים) או הקסוזות (שישה פחמנים). מונוסכרידים יכולים להתקיים כשרשרת לינארית או כמולקולות בצורת טבעת; בתמיסות מימיות הם נמצאים בדרך כלל בצורות טבעת.

    דמות
    איור\(\PageIndex{1}\): חד סוכרים: חד סוכרים מסווגים על סמך מיקום קבוצת הקרבוניל שלהם ומספר הפחמנים בעמוד השדרה. לאלדוזות יש קבוצת קרבוניל (מסומנת בירוק) בסוף שרשרת הפחמן, ולקטוזים יש קבוצת קרבוניל באמצע שרשרת הפחמן. לטריוזות, פנטוזות והקסוזות יש שלוש, חמש ושישה עמודי שדרה פחמניים, בהתאמה.

    מונוסכרידים נפוצים

    גלוקוז (C 6 H 12 O 6) הוא חד סוכר נפוץ ומקור אנרגיה חשוב. במהלך הנשימה התאית, אנרגיה משתחררת מגלוקוז ואנרגיה זו משמשת כדי לסייע בייצור אדנוסין טריפוספט (ATP). צמחים מסנתזים גלוקוז באמצעות פחמן דו חמצני ומים, וגלוקוז, בתורו, משמש לדרישות האנרגיה של הצמח.

    גלקטוז (סוכר חלב) ופרוקטוז (נמצא בפירות) הם חד סוכרים נפוצים אחרים. למרות שלגלוקוז, גלקטוז ופרוקטוז יש את אותה נוסחה כימית (C 6 H 12 O 6), הם שונים מבחינה מבנית וסטריאוכימית. זה הופך אותם למולקולות שונות למרות שהם חולקים את אותם אטומים באותן פרופורציות, וכולם איזומרים זה מזה, או חד -סוכרים איזומריים. גלוקוז וגלקטוז הם אלדוזים, ופרוקטוז הוא קטוז.

    דיסכרידים

    דיסכרידים (di- = "שניים") נוצרים כאשר שני חד סוכרים עוברים תגובת התייבשות (הידועה גם כתגובת עיבוי או סינתזת התייבשות). במהלך תהליך זה, קבוצת ההידרוקסיל של מונוסכריד אחד משתלבת עם מימן של מונוסכריד אחר, משחררת מולקולת מים ויוצרת קשר קוולנטי. קשר קוולנטי שנוצר בין מולקולת פחמימות למולקולה אחרת (במקרה זה, בין שני מונוסכרידים) ידוע כקשר גליקוזידי. קשרים גליקוזידיים (נקראים גם קשרים גליקוזידיים) יכולים להיות מסוג אלפא או בטא.

    דמות
    איור\(\PageIndex{1}\): דו סוכרים: סוכרוז נוצר כאשר מונומר של גלוקוז ומונומר של פרוקטוז מחוברים לתגובת התייבשות ליצירת קשר גליקוזידי. בתהליך, מולקולת מים הולכת לאיבוד. לפי המוסכמה, אטומי הפחמן בחד-סוכר ממוספרים מהפחמן הסופי הקרוב ביותר לקבוצת הקרבוניל. בסוכרוז נוצר קשר גליקוזידי בין פחמן 1 בגלוקוז לפחמן 2 בפרוקטוז.

    דו סוכרים נפוצים

    דיסכרידים נפוצים כוללים לקטוז, מלטוז וסוכרוז. לקטוז הוא דו סוכר המורכב מהמונומרים גלוקוז וגלקטוז. הוא נמצא באופן טבעי בחלב. מלטוז, או סוכר מאלט, הוא דו סוכר שנוצר על ידי תגובת התייבשות בין שתי מולקולות גלוקוז. הדיסכריד הנפוץ ביותר הוא סוכרוז, או סוכר שולחן, המורכב מהמונומרים גלוקוז ופרוקטוז.

    פוליסכרידים

    שרשרת ארוכה של חד סוכרים המקושרים על ידי קשרים גליקוזידיים ידועה כפוליסכריד (פולי- = "רבים"). השרשרת עשויה להיות מסועפת או לא מסועפת, והיא עשויה להכיל סוגים שונים של מונוסכרידים. עמילן, גליקוגן, תאית וכיטין הם דוגמאות עיקריות לפוליסכרידים.

    צמחים מסוגלים לסנתז גלוקוז, ואת עודף גלוקוז מאוחסן כמו עמילן בחלקי צמחים שונים, כולל שורשים וזרעים. עמילן הוא הצורה המאוחסנת של סוכרים בצמחים והוא מורכב ממונומרים של גלוקוז אליהם מצטרפים קשרים α1-4 או 1-6 גליקוזידים. העמילן בזרעים מספק מזון לעובר כשהוא נובט ואילו העמילן הנצרך על ידי בני אדם מתפרק על ידי אנזימים למולקולות קטנות יותר, כמו מלטוז וגלוקוז. לאחר מכן התאים יכולים לספוג את הגלוקוז.

    פוליסכרידים נפוצים

    גליקוגן הוא צורת האחסון של גלוקוז בבני אדם ובעלי חוליות אחרים. זה מורכב ממונומרים של גלוקוז. גליקוגן הוא המקבילה החייתית לעמילן והוא מולקולה מסועפת מאוד המאוחסנת בדרך כלל בתאי כבד ושריר. בכל פעם שרמות הגלוקוז בדם יורדות, הגליקוגן מתפרק לשחרור גלוקוז בתהליך המכונה גליקוגנוליזה.

    תאית היא הביופולימר הטבעי השופע ביותר. דופן התא של הצמחים עשויה ברובה מתאית ומספקת תמיכה מבנית לתא. תאית מורכבת ממונומרים של גלוקוז המקושרים על ידי קשרים גליקוזידיים β 1-4. כל מונומר גלוקוז אחר בתאית מתהפך, והמונומרים ארוזים היטב כשרשראות ארוכות מורחבות. זה נותן לתאית את קשיחותה וחוזק המתיחה הגבוה שלה - וזה כל כך חשוב לתאי הצמח.

    דמות
    איור\(\PageIndex{1}\): פוליסכרידים: בתאית, מונומרים של גלוקוז מקושרים בשרשראות לא מסועפות על ידי הצמדות גליקוזידיות β 1-4. בגלל האופן שבו יחידות המשנה של הגלוקוז מחוברות, כל מונומר גלוקוז מתהפך ביחס לזה הבא וכתוצאה מכך מבנה ליניארי וסיבי.

    פונקציית פחמימות

    פחמימות משרתות פונקציות שונות בבעלי חיים שונים. לפרוקי רגליים יש שלד חיצוני, השלד החיצוני, המגן על חלקי גופם הפנימיים. שלד חיצוני זה עשוי מכיטין, שהוא חנקן המכיל פוליסכריד. הוא עשוי מיחידות חוזרות של N-אצטיל-β-D-גלוקוזאמין, סוכר שונה. כיטין הוא גם מרכיב עיקרי בדפנות התא הפטרייתי.

    נקודות מפתח

    • מונוסכרידים הם סוכרים פשוטים המורכבים משלושה עד שבעה פחמנים, והם יכולים להתקיים כשרשרת לינארית או כמולקולות בצורת טבעת.
    • גלוקוז, גלקטוז ופרוקטוז הם איזומרים חד-סוכרים, מה שאומר שלכולם יש אותה נוסחה כימית אך שונים מבחינה מבנית וכימית.
    • דיסכרידים נוצרים כאשר שני חד סוכרים עוברים תגובת התייבשות (תגובת עיבוי); הם מוחזקים יחד על ידי קשר קוולנטי.
    • סוכרוז (סוכר שולחן) הוא הדיסכריד הנפוץ ביותר, המורכב מהמונומרים גלוקוז ופרוקטוז.
    • פוליסכריד הוא שרשרת ארוכה של חד סוכרים המקושרים על ידי קשרים גליקוזידיים; השרשרת עשויה להיות מסועפת או לא מסועפת ויכולה להכיל סוגים רבים של חד סוכרים.

    מונחי מפתח

    • איזומר: כל אחת משתי תרכובות או יותר עם אותה נוסחה מולקולרית אך עם מבנה שונה.
    • תגובת התייבשות: תגובה כימית שבה שתי מולקולות מקושרות באופן קוולנטי בתגובה היוצרת H2O כמוצר שני.
    • ביו-פולימר: כל מקרומולקולה של אורגניזם חי הנוצרת מפילמור של ישויות קטנות יותר; פולימר המופיע באורגניזם חי או נובע מהחיים.