Karbohydrater kjemisk struktur, klassifisering og funksjoner



den karbohydrater, karbohydrater eller sakkarider, er organiske molekyler som lagrer energi i levende vesener. De er de mest omfattende biomolekylene og inkluderer: sukkerarter, stivelse og cellulose, blant annet forbindelser som finnes i levende organismer.

De organismer som utfører fotosyntese (planter, alger og noen bakterier) er de viktigste produsentene av karbohydrater i naturen. Strukturen av disse sakkaridene kan være lineær eller forgrenet, enkel eller sammensatt og kan også være forbundet med biomolekyler av en annen type.

For eksempel kan karbohydrater binde proteiner for å danne glykoproteiner. De kan også knyttes til lipidmolekyler, som danner glykolipider, biomolekylene som danner strukturen av biologiske membraner. Karbohydrater er også tilstede i strukturen av nukleinsyrer.

I utgangspunktet ble karbohydrater anerkjent som cellulære energilagringsmolekyler. Deretter ble andre viktige funksjoner som karbohydrater oppfyller i biologiske systemer bestemt.

Alle levende vesener har sine celler dekket av et tett lag av komplekse karbohydrater. Karbohydrater består av monosakkarider, små molekyler dannet av tre til ni karbonatomer festet til hydroksylgrupper (-OH), som kan variere i størrelse og konfigurasjon.

En viktig egenskap for karbohydrater er enorm strukturelle diversitet innenfor denne klassen av molekyler, slik at de kan utføre en rekke funksjoner, slik som generering av cellesignaliseringsmolekyler, danner vev og generere om identiteten til de humane blodgruppene.

På samme måte er den ekstracellulære matrisen i høyere eukaryoter rik på utskilt karbohydrater, essensielt for celleoverlevelse og kommunikasjon. Disse cellegenkjenningsmekanismer er utnyttet av en rekke patogener for å infisere deres vertsceller.

Monosakkarider kan kobles sammen med glykosidiske bindinger for å danne et stort utvalg av karbohydrater: disakkarider, oligosakkarider og polysakkarider. Studien av strukturen og funksjonen av karbohydrater i biologiske systemer kalles glycobiology.

index

  • 1 Kjemisk struktur
  • 2 Klassifisering
    • 2.1 Monosakkarider
    • 2,2 disakkarider
    • 2.3 Oligosakkarider 
    • 2.4 Polysakkarider
  • 3 funksjoner
  • 4 Matvarer som inneholder karbohydrater
    • 4.1 Stivelsene
    • 4.2 Frukt og grønnsaker
    • 4.3 Melk
    • 4.4 søtsaker
  • 5 karbohydrat metabolisme
  • 6 Referanser

Kjemisk struktur

Karbohydrater består av karbon, hydrogen og oksygenatomer. De fleste av disse kan representeres av empirisk formel (CH2O) n, hvor n er antall karboner i molekylet. Med andre ord, forholdet mellom karbon, hydrogen og oksygen er 1: 2: 1 i karbohydratmolekyler.

Denne formelen forklarer opprinnelsen til begrepet "karbohydrat" fordi komponentene er karbonatomer ("karbohydrater") og vannatomer (derfor "hydrat"). Selv om karbohydrater dannes hovedsakelig av disse tre atomer, er det noen karbohydrater med nitrogen, fosfor eller svovel.

I sin grunnleggende form er karbohydrater enkle sukkerarter eller monosakkarider. Disse enkle sukkerene kan kombineres for å danne mer komplekse karbohydrater.

Kombinasjonen av to enkle sukkerarter er et disakkarid. Oligosakkarider inneholder mellom to til ti enkle sukkerarter, og polysakkarider er de største karbohydrater, som består av mer enn ti enheter av monosakkarider.

Strukturen av karbohydrater bestemmer hvordan energi lagres i sine bindinger under dannelsen av fotosyntese, og også hvordan disse bindingene brytes under cellulær respirasjon.

klassifisering

monosakkarider

Monosakkarider er de grunnleggende enhetene av karbohydrater, og det er derfor de er den enkleste strukturen til et sakkarid. Fysisk er monosakkarider krystallinske faste stoffer uten farge. De fleste har en søt smak.

Fra kjemisk synspunkt, kan monosakkaridene være aldehyder eller ketoner, avhengig av hvor karbonylgruppen (C = O) for å bli plassert i de lineære karbohydrater. Strukturelt kan monosakkarider danne lineære kjeder eller lukkede ringer.

Fordi monosakkarider har hydroksylgrupper, er de fleste vannoppløselige og uoppløselige i ikke-polare løsningsmidler.

Avhengig av antall karbonatomer som i sin struktur, et monosakkarid har forskjellige navn, for eksempel, triose (hvis 3 karbonatomer), pentose (hvis 5 ° C) og så videre.

disakkarider

Disakkarider er doble sukkerene som dannes ved sammenføyning av to monosakkarider i en kjemisk prosess som kalles dehydrering syntese fordi et molekyl vann er tapt under reaksjonen. Det er også kjent som en kondensasjonsreaksjon.

Dermed er et disakkarid et hvilket som helst stoff som består av to molekyler enkle sukkerarter (monosakkarider) koblet sammen gjennom en glykosidisk forbindelse.

Syrer har muligheten til å bryte disse bindingene, av denne grunn kan disakkarider fordøyes i magen.

Disakkarider er generelt oppløselige i vann og søte ved svelging. De tre hoveddisakkkaridene er sukrose, laktose og maltose: sukrose kommer fra bindingen av glukose og fruktose; laktose kommer fra forening av glukose og galaktose; og maltose kommer fra forening av to glukose molekyler.

oligosakkarider

Oligosakkarider er komplekse polymerer dannet av få enheter av enkle sukkerarter, det vil si mellom 3 til 9 monosakkarider.

Reaksjonen er den samme som danner disakkaridene, men kommer også fra nedbrytningen av mer komplekse sukkermolekyler (polysakkarider).

De fleste oligosakkarider finnes i planter og fungerer som løselig fiber, noe som kan bidra til å forhindre forstoppelse. Imidlertid har mennesker ikke enzymer til å fordøye dem for det meste, bortsett fra maltotriosen.

Derfor blir oligosakkaridene i utgangspunktet ikke fordøyes i tynntarmen, kan de brytes ned av bakterier som normalt forekommer i tykktarmen gjennom en gjæringsprosess. Prebiotika oppfyller denne funksjonen, tjener som mat for gunstige bakterier.

polysakkarider

Polysakkarider er de største sakkaridpolymerene, de dannes av mer enn 10 (opp til tusen) enheter av monosakkarider anordnet på lineær eller forgrenet måte. Variasjonene i romforholdet er det som gir de mange egenskapene til disse sukkene.

Polysakkaridene kan bestå av samme monosakkarid eller ved kombinasjon av forskjellige monosakkarider. Hvis de dannes av gjentatte enheter av samme sukker, kalles de homopolysakkarider, for eksempel glykogen og stivelse, som er henholdsvis oppbevaring av karbohydrater av dyr og planter..

Hvis polysakkaridet består av enheter av forskjellige sukkerarter, kalles de heteropolysakkarider. De fleste inneholder bare to forskjellige enheter, og ofte forbundet med proteiner (glykoproteiner, slik som blodplasma gammaglobulin) eller lipider (glykolipider, gangliosider som).

funksjoner

De fire hovedfunksjonene av karbohydrater er: gi energi, lagre energi, bygge makromolekyler og forhindre nedbrytning av proteiner og fett.

Karbohydrater nedbrytes ved fordøyelsen i enkle sukkerarter. Disse blir absorbert av tynntarmens celler og transporteres til alle celler i kroppen hvor de vil bli oksidert for energi i form av adenosintrifosfat (ATP).

Sukkermolekyler som ikke brukes til produksjon av energi til enhver tid, lagres som en del av reservepolymerer som glykogen og stivelse.

Nukleotider, de grunnleggende enhetene av nukleinsyrer, har glukosemolekyler i deres struktur. Flere viktige proteiner er assosiert med karbohydratmolekyler, for eksempel: Follikelstimulerende hormon (FSH) som går inn i eggløsningsprosessen.

Fordi karbohydrater er hovedkilden til energi, forhindrer deres raske nedbrytning andre biomolekyler å bli nedbrytet for å oppnå energi. Således, når sukkernivåene er normale, er proteiner og lipider beskyttet mot nedbrytning.

Noen karbohydrater er vannløselige, virker som stift i praktisk talt alle, og oksydasjon av disse molekylene er hovedenergiproduksjon i de fleste ikke-fotosyntetiske celler.

Uoppløselige karbohydrater er forbundet med å danne mer komplekse strukturer som tjener som beskyttelse. For eksempel: cellulose danner veggen av planteceller sammen med hemicelluloser og pektin. Chitin danner veggen av soppceller og eksoskeletet av leddyr.

Peptidoglykan danner også cellemuren av bakterier og cyanobakterier. Bindevevet til dyr og skjelettledd er dannet av polysakkarider.

Mange karbohydrater er kovalent bundet til proteiner eller lipider, som danner mer komplekse strukturer, kollektivt kalt glykokonjugater. Disse kompleksene virker som etiketter som bestemmer den intracellulære beliggenheten eller metabolsk skjebnen til disse molekylene

Matvarer som inneholder karbohydrater

Karbohydrater er en viktig del av et sunt kosthold, siden de er den viktigste energikilden. Imidlertid har noen mat sunnere karbohydrater som tilbyr en større mengde næringsstoffer, for eksempel:

Stivelsene

Matvarer som inneholder stivelse er den viktigste kilden til karbohydrater. Disse stivelsene er generelt komplekse karbohydrater, det vil si de dannes av mange sukker sammen som danner en langmolekylær kjede. Av denne grunn tar stivelse lenger tid å fordøye.

Det finnes et bredt spekter av matvarer som inneholder stivelse. Kornene inkluderer mat med høy stivelsesinnhold, for eksempel: bønner, linser og ris. Korn inneholder også disse karbohydrater, for eksempel: havre, bygg, hvete og dets derivater (mel og pasta) .

Legumes og nøtter inneholder også karbohydrater i form av stivelse. I tillegg er grønnsaker som: poteter, søte poteter, mais og gresskar også rik på stivelseinnhold.

Det er viktig å merke seg at mange karbohydrater er en kilde til fiber. Det vil si, fiber er egentlig en type karbohydrat som kroppen bare kan fordøye seg delvis.

I likhet med komplekse karbohydrater har karbohydratfibrene en tendens til å bli langsomt fordøyd.

Frukt og grønnsaker

Frukt og grønnsaker har høyt karbohydratinnhold. I motsetning til stivelse inneholder frukt og grønnsaker enkle karbohydrater, det vil si karbohydrater med en eller to sakkarider knyttet sammen.

Disse karbohydrater, som er enkle i deres molekylære struktur, fordøyes lettere og hurtigere enn komplekse. Dette gir en ide om forskjellige nivåer og typer karbohydrater som maten har.

Dermed noen frukter har mer karbohydratinnhold per porsjon, for eksempel bananer, epler, appelsiner, meloner og druer har mer karbohydrater noen grønnsaker som spinat, brokkoli og grønnkål, gulrøtter, sopp og eggplanter.

Melken

I likhet med grønnsaker og frukt er meieriprodukter matvarer som inneholder enkle karbohydrater. Melk har sitt eget sukker kalt laktose, en søtsmekkende disakkarid. En kopp av dette er omtrent 12 gram karbohydrater.

Det er mange versjoner av melk og yoghurt i markedet. Uansett om du bruker en full eller redusert fettutgave av et bestemt meieri, vil mengden karbohydrater være det samme.

Søtsaker

Søtsaker er en annen kjent kilde til karbohydrater. Disse inkluderer sukker, honning, candies, kunstige drinker, kaker, iskrem, blant mange andre desserter. Alle disse produktene inneholder høye konsentrasjoner sukkerarter.

For sin del inneholder noen bearbeidede og raffinerte matvarer komplekse karbohydrater, for eksempel: brød, ris og hvit pasta. Det er viktig å merke seg at raffinerte karbohydrater ikke er så næringsrike som karbohydrater som frukt og grønnsaker har.

Karbohydratmetabolisme

Metabolismen av karbohydrater er settet av metabolske reaksjoner som involverer dannelse, nedbrytning og omdannelse av karbohydrater i celler.

Metabolismen av karbohydrater er sterkt konservert og kan observeres selv fra bakterier, hovedeksemplet er Lac Operon. E. coli.

Karbohydrater er viktige i mange metabolske veier som fotosyntese, den viktigste karbohydratformasjonsreaksjonen i naturen.

Fra kullsyre og vann bruker planter solen til å syntetisere karbohydratmolekyler.

I mellomtiden, animalske og soppceller brytes ned karbohydrater, forbrukes i plantemateriale, for energi i form av ATP ved en prosess som kalles celle puste.

Hos vertebrater blir glukose transportert gjennom hele kroppen gjennom blodet. Dersom de cellulære energireservene er lave, er glukose degradert av en metabolsk reaksjon som kalles glykolyse til å produsere noen energi og noen metabolske mellom.

Glukosemolekyler ikke er nødvendige for øyeblikkelig energiproduksjon blir lagret som glykogen i leveren og muskel, gjennom en prosess som kalles glukoneogenese.

Noen enkle karbohydrater har sine egne nedbrytningsveier, som noen av de mer komplekse karbohydrater. Laktose krever for eksempel virkningen av laktasenzymet som bryter sine bindinger og frigjør dets grunnleggende monosakkarider, glukose og galaktose.

Glukose er det viktigste karbohydratet som forbrukes av celler, som utgjør ca. 80% av energikilder.

Glukose distribueres til celler, hvor den kan komme inn gjennom bestemte transportører for å bli nedbrytet eller lagret som glykogen.

Avhengig av de metabolske kravene til en celle, kan glucose også brukes til å syntetisere andre monosakkarider, fettsyrer, nukleinsyrer og visse aminosyrer.

Hovedfunksjonen av karbohydratmetabolismen er å opprettholde kontrollen av blodsukkernivå, dette er det som kalles intern homeostase.

referanser

  1. Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., Morgan, D., Raff, M., Roberts, K. & Walter, P. (2014). Molekylærbiologi av cellen (6. utgave). Garland Science.
  2. Berg, J., Tymoczko, J., Gatto, G. & Strayer, L. (2015). biokjemi (8. utgave). W. H. Freeman og Company.
  3. Campbell, N. & Reece, J. (2005). Biology (2. utg.) Pearson Education.
  4. Dashty, M. (2013). Et raskt blikk på biokjemi: Karbohydrat metabolisme. Klinisk biokjemi, 46(15), 1339-1352.
  5. Lodish, H., Berk, A., Kaiser, C., Krieger, M., Bretscher, A., Ploegh, H., Amon, A. & Martin, K. (2016). Molecular Cell Biology (8. utgave). W. H. Freeman og Company.
  6. Maughan, R. (2009). Karbohydratmetabolisme. kirurgi, 27(1), 6-10.
  7. Nelson, D., Cox, M. & Lehninger, A. (2013). Lehninger Prinsipper for biokjemi (6th). W.H. Freeman og Company.
  8. Solomon, E., Berg, L. & Martin, D. (2004). Biology (7. utg.) Cengage Learning.
  9. Voet, D., Voet, J. & Pratt, C. (2016). Grunnlaget for biokjemi: Livet på molekylivå (5. utgave). Wiley.