Kulhydrater kemisk struktur, klassificering og funktioner

2533
Simon Doyle

Det kulhydrater, Kulhydrater eller sakkarider er organiske molekyler, der lagrer energi i levende væsener. De er de mest rigelige biomolekyler og inkluderer: sukker, stivelse og cellulose, blandt andre forbindelser, der findes i levende organismer.

Organismer, der udfører fotosyntese (planter, alger og nogle bakterier) er de største producenter af kulhydrater i naturen. Strukturen af ​​disse saccharider kan være lineær eller forgrenet, enkel eller sammensat, og de kan også associeres med biomolekyler af en anden klasse..

For eksempel kan kulhydrater binde sig til proteiner for at danne glycoproteiner. De kan også forbinde sig med lipidmolekyler og dermed danne glycolipider, de biomolekyler, der danner strukturen af ​​biologiske membraner. Kulhydrater er også til stede i strukturen af ​​nukleinsyrer.

Oprindeligt blev kulhydrater anerkendt som cellulære energilagringsmolekyler. Derefter blev andre vigtige funktioner, som kulhydrater opfylder i biologiske systemer, bestemt.

Alle levende ting har deres celler dækket af et tæt lag af komplekse kulhydrater. Kulhydrater består af monosaccharider, små molekyler, der består af tre til ni carbonatomer bundet til hydroxylgrupper (-OH), som kan variere i størrelse og konfiguration..

En vigtig egenskab ved kulhydrater er den enorme strukturelle mangfoldighed inden for denne klasse af molekyler, som giver dem mulighed for at udføre en bred vifte af funktioner såsom generering af cellesignaleringsmolekyler, dannelse af væv og generering af identiteten af ​​de forskellige blodgrupper hos mennesker..

Ligeledes er den ekstracellulære matrix i højere eukaryoter rig på udskilte kulhydrater, der er essentielle for celleoverlevelse og kommunikation. Disse cellegenkendelsesmekanismer udnyttes af en række patogener til at inficere deres værtsceller..

Monosaccharider kan bindes ved glykosidbindinger til dannelse af en lang række kulhydrater: disaccharider, oligosaccharider og polysaccharider. Undersøgelsen af ​​strukturen og funktionen af ​​kulhydrater i biologiske systemer kaldes glykobiologi.

Artikelindeks

  • 1 Kemisk struktur
  • 2 Klassificering
    • 2.1 Monosaccharider
    • 2.2 Disaccharider
    • 2.3 Oligosaccharider 
    • 2.4 Polysaccharider
  • 3 funktioner
  • 4 Fødevarer, der indeholder kulhydrater
    • 4.1 Stivelse
    • 4.2 Frugt og grønt
    • 4.3 mælk
    • 4.4 De søde sager
  • 5 Kulhydratmetabolisme
  • 6 Referencer

Kemisk struktur

Kulhydrater består af kulstof, brint og iltatomer. De fleste af disse kan repræsenteres af den empiriske formel (CH2O) n, hvor n er antallet af carbonatomer i molekylet. Med andre ord er forholdet mellem kulstof, brint og ilt 1: 2: 1 i kulhydratmolekyler..

Denne formel forklarer oprindelsen af ​​udtrykket "kulhydrat", da komponenterne er kulstofatomer ("carbo") og vandatomer (derfor "hydrat"). Selvom kulhydrater hovedsageligt består af disse tre atomer, er der nogle kulhydrater med nitrogen, fosfor eller svovl..

I deres grundlæggende form er kulhydrater enkle sukkerarter eller monosaccharider. Disse enkle sukkerarter kan kombineres med hinanden for at danne mere komplekse kulhydrater.

Kombinationen af ​​to enkle sukkerarter er et disaccharid. Oligosaccharider indeholder mellem to og ti enkle sukkerarter, og polysaccharider er de største kulhydrater, der består af mere end ti monosaccharidenheder.

Strukturen af ​​kulhydrater bestemmer, hvordan energi lagres i deres bindinger under deres dannelse ved fotosyntese, og også hvordan disse bindinger brydes under cellulær respiration..

Klassifikation

Monosaccharider

Monosaccharider er de grundlæggende enheder af kulhydrater, hvorfor de er den enkleste struktur af et saccharid. Fysisk er monosaccharider farveløse krystallinske faste stoffer. De fleste har en sød smag.

Fra et kemisk synspunkt kan monosaccharider være aldehyder eller ketoner, afhængigt af hvor carbonylgruppen (C = O) er placeret i lineære kulhydrater. Strukturelt kan monosaccharider danne lineære kæder eller lukkede ringe.

Fordi monosaccharider har hydroxylgrupper, er de fleste opløselige i vand og uopløselige i ikke-polære opløsningsmidler..

Afhængigt af antallet af carbonatomer i dets struktur vil et monosaccharid have forskellige navne, for eksempel: triose (hvis det har 3 C-atomer), pentose (hvis det har 5C) og så videre..

Disaccharider

Disaccharider er dobbelt sukkerarter, der dannes ved at bringe to monosaccharider sammen i en kemisk proces kaldet dehydratiseringssyntese, fordi et vandmolekyle går tabt under reaktionen. Det er også kendt som en kondensationsreaktion.

Således er et disaccharid ethvert stof, der består af to molekyler af enkle sukkerarter (monosaccharider), der er bundet sammen gennem en glykosidisk binding..

Syrer har evnen til at bryde disse bindinger, og derfor kan disaccharider fordøjes i maven.

Disaccharider er generelt vandopløselige og søde, når de indtages. De tre vigtigste disaccharider er saccharose, lactose og maltose: saccharose kommer fra foreningen af ​​glucose og fruktose; lactose kommer fra foreningen af ​​glucose og galactose; og maltose kommer fra foreningen af ​​to glukosemolekyler.

Oligosaccharider

Oligosaccharider er komplekse polymerer, der består af få enkle sukkerenheder, det vil sige mellem 3 og 9 monosaccharider.

Reaktionen er den samme, der danner disaccharider, men de kommer også fra nedbrydningen af ​​mere komplekse sukkermolekyler (polysaccharider).

De fleste oligosaccharider findes i planter og fungerer som opløselig fiber, hvilket kan hjælpe med at forhindre forstoppelse. Imidlertid har de fleste mennesker ikke enzymerne til at fordøje dem, bortset fra maltotriose..

Af denne grund kan oligosaccharider, der ikke oprindeligt fordøjes i tyndtarmen, nedbrydes af bakterier, der normalt lever i tyktarmen gennem en gæringsproces. Præbiotika udfører denne funktion og tjener som mad til gavnlige bakterier.

Polysaccharider

Polysaccharider er de største saccharidpolymerer, de består af mere end 10 (op til tusinder) monosaccharidenheder arrangeret på en lineær eller forgrenet måde. Variationer i rumlig opstilling er, hvad der giver disse sukkerarter deres mange egenskaber.

Polysaccharider kan være sammensat af det samme monosaccharid eller ved en kombination af forskellige monosaccharider. Hvis de dannes af gentagne enheder af det samme sukker, kaldes de homopolysaccharider såsom glykogen og stivelse, som er henholdsvis oplagringskulhydrater fra dyr og planter..

Hvis polysaccharidet består af enheder med forskellige sukkerarter, kaldes de heteropolysaccharider. De fleste indeholder kun to forskellige enheder og er normalt forbundet med proteiner (glycoproteiner, såsom gammaglobulin i blodplasma) eller lipider (glycolipider, såsom gangliosider)..

Funktioner

De fire vigtigste funktioner i kulhydrater er: at levere energi, at opbevare energi, at opbygge makromolekyler og at forhindre nedbrydning af proteiner og fedtstoffer..

Kulhydrater nedbrydes gennem fordøjelsen til enkle sukkerarter. Disse absorberes af tyndtarmens celler og transporteres til alle kroppens celler, hvor de vil blive oxideret for at opnå energi i form af adenosintrifosfat (ATP)..

De sukkermolekyler, der ikke anvendes til produktion af energi til enhver tid, opbevares som en del af reservepolymerer såsom glykogen og stivelse.

Nukleotider, de grundlæggende enheder af nukleinsyrer, har glukosemolekyler i deres struktur. Flere vigtige proteiner er forbundet med kulhydratmolekyler, for eksempel: follikelstimulerende hormon (FSH), der er involveret i ægløsningsprocessen.

Fordi kulhydrater er den vigtigste energikilde, forhindrer deres hurtige nedbrydning, at andre biomolekyler nedbrydes til energi. Når således sukkerniveauer er normale, beskyttes proteiner og lipider mod nedbrydning..

Nogle kulhydrater er opløselige i vand, fungerer som en basisføde i næsten alle, og oxidationen af ​​disse molekyler er den vigtigste vej til energiproduktion i de fleste ikke-fotosyntetiske celler..

Uopløselige kulhydrater forbinder til mere komplekse strukturer, der fungerer som beskyttelse. For eksempel: cellulose danner væggen af ​​planteceller sammen med hemicelluloser og pektin. Chitin danner svampens cellevæg og leddyrs eksoskelet.

Peptidoglycan danner også cellevæggen af ​​bakterier og cyanobakterier. Bindevæv fra dyr og skeletled består af polysaccharider.

Mange kulhydrater er kovalent bundet til proteiner eller lipider, der danner mere komplekse strukturer, kollektivt kaldet glykokonjugater. Disse komplekser fungerer som tags, der bestemmer den intracellulære placering eller metaboliske skæbne for disse molekyler.

Kulhydratholdige fødevarer

Kulhydrater er en vigtig komponent i en sund kost, da de er den vigtigste energikilde. Imidlertid har nogle fødevarer sundere kulhydrater, der tilbyder en højere mængde næringsstoffer, for eksempel:

Stivelse

Stivelsesholdige fødevarer er den vigtigste kilde til kulhydrater. Disse stivelser er generelt komplekse kulhydrater, dvs. de består af mange sukkerarter, der er bundet sammen og danner en lang molekylær kæde. Af denne grund tager stivelse længere tid at fordøje..

Der er en bred vifte af fødevarer, der indeholder stivelse. Korn inkluderer fødevarer med et højt indhold af stivelse, for eksempel: bønner, linser og ris. Korn indeholder også disse kulhydrater, for eksempel: havre, byg, hvede og derivater deraf (mel og pasta) .

Bælgfrugter og nødder indeholder også kulhydrater i form af stivelse. Derudover er grøntsager såsom kartofler, søde kartofler, majs og squash rig på stivelsesindhold..

Det er vigtigt, at mange kulhydrater er en kilde til fiber. Med andre ord er fiber dybest set en type kulhydrat, som kroppen kun delvist kan fordøje..

Svarende til komplekse kulhydrater har kulhydratfibre en tendens til at fordøjes langsomt.

Frugt og grønt

Frugt og grøntsager indeholder meget kulhydrater. I modsætning til stivelse indeholder frugt og grøntsager enkle kulhydrater, det vil sige kulhydrater med en eller to saccharider bundet sammen.

Disse kulhydrater, der er enkle i deres molekylære struktur, fordøjes lettere og hurtigere end komplekse. Dette giver en idé om de forskellige niveauer og typer af kulhydrater, som fødevarer har.

Nogle frugter har således mere kulhydratindhold pr. Portion, for eksempel: bananer, æbler, appelsiner, meloner og druer har mere kulhydrater end nogle grøntsager som spinat, broccoli og grønkål, gulerødder, svampe og auberginer.

Mælk

Svarende til grøntsager og frugter er mejeriprodukter fødevarer, der indeholder enkle kulhydrater. Mælk har sit eget sukker kaldet lactose, et sødsmagende disaccharid. En kop af dette svarer til ca. 12 gram kulhydrater.

Der findes mange versioner af mælk og yoghurt på markedet. Uanset om du spiser en hel eller fedtfattig version af et bestemt mejeri, vil mængden af ​​kulhydrater være den samme.

Slik

Slik er en anden velkendt kilde til kulhydrater. Disse inkluderer sukker, honning, slik, kunstige drikkevarer, kager, is, blandt mange andre desserter. Alle disse produkter indeholder høje koncentrationer af sukker.

På den anden side indeholder nogle forarbejdede og raffinerede fødevarer komplekse kulhydrater, for eksempel: brød, ris og hvid pasta. Det er vigtigt at bemærke, at raffinerede kulhydrater ikke er nærende som de kulhydrater, der findes i frugt og grøntsager.

Kulhydratmetabolisme

Kulhydratmetabolisme er det sæt metaboliske reaktioner, der involverer dannelse, nedbrydning og omdannelse af kulhydrater i celler.

Metabolismen af ​​kulhydrater er meget konserveret og kan observeres selv fra bakterier, hvor hovedeksemplet er Operon Lac de E coli.

Kulhydrater er vigtige på mange metaboliske veje, såsom fotosyntese, naturens vigtigste kulhydratdannelsesreaktion.

Fra kuldioxid og vand bruger planter energi fra solen til at syntetisere kulhydratmolekyler.

For deres del nedbryder dyre- og svampeceller kulhydrater, der indtages i plantevæv, for at opnå energi i form af ATP gennem en proces kaldet cellulær respiration..

Hos hvirveldyr transporteres glukose gennem kroppen gennem blodet. Hvis cellulære energilagre er lave, nedbrydes glukose gennem en metabolisk reaktion kaldet glykolyse for at producere noget energi og nogle metaboliske mellemprodukter..

Glukosemolekyler, der ikke er nødvendige til øjeblikkelig energiproduktion, opbevares som glykogen i leveren og musklen gennem en proces kaldet glykogenese..

Nogle enkle kulhydrater har deres egne nedbrydningsveje, som nogle af de mere komplekse kulhydrater. Lactose kræver for eksempel virkningen af ​​enzymet lactase, som bryder sine bindinger og frigiver dets fundamentale monosaccharider, glucose og galactose..

Glukose er det vigtigste kulhydrat, der forbruges af celler, det udgør ca. 80% af energikilderne.

Glucose distribueres til celler, hvor den kan komme ind gennem specifikke transportører, der skal nedbrydes eller opbevares som glykogen.

Afhængig af de metaboliske krav til en celle kan glukose også bruges til at syntetisere andre monosaccharider, fedtsyrer, nukleinsyrer og visse aminosyrer..

Den vigtigste funktion af kulhydratmetabolisme er at opretholde kontrol med blodsukkerniveauet, dette er hvad der er kendt som intern homeostase.

Referencer

  1. Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., Morgan, D., Raff, M., Roberts, K. & Walter, P. (2014). Molecular Biology of the Cell (6. udgave). Garland videnskab.
  2. Berg, J., Tymoczko, J., Gatto, G. & Strayer, L. (2015). Biokemi (8. udgave). W. H. Freeman og Company.
  3. Campbell, N. & Reece, J. (2005). Biologi (2. udgave) Pearson Education.
  4. Dashty, M. (2013). Et hurtigt kig på biokemi: Kulhydratmetabolisme. Klinisk biokemi, 46(15), 1339-1352.
  5. Lodish, H., Berk, A., Kaiser, C., Krieger, M., Bretscher, A., Ploegh, H., Amon, A. & Martin, K. (2016). Molekylær cellebiologi (8. udgave). W. H. Freeman og Company.
  6. Maughan, R. (2009). Kulhydratmetabolisme. Kirurgi, 27(1), 6-10.
  7. Nelson, D., Cox, M. & Lehninger, A. (2013). Lehninger Principper for biokemi (6th). W H. Freeman og Company.
  8. Solomon, E., Berg, L. & Martin, D. (2004). Biologi (7. udgave) Cengage Learning.
  9. Voet, D., Voet, J. & Pratt, C. (2016). Grundlæggende om biokemi: Liv på molekylært niveau (5. udgave). Wiley.

Endnu ingen kommentarer