Kulhydrater kemisk struktur, klassificering og funktioner



den kulhydrater, kulhydrater eller saccharider, er organiske molekyler, der opbevarer energi i levende væsener. De er de mest rigelige biomolekyler og omfatter: sukkerarter, stivelser og cellulose, blandt andre forbindelser, der findes i levende organismer.

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

For eksempel kan carbohydrater binde proteiner til dannelse af glycoproteiner. De kan også være forbundet med lipidmolekyler, der danner glycolipider, de biomolekyler, som danner strukturen af ​​biologiske membraner. Kulhydrater er også til stede i strukturen af ​​nukleinsyrer.

I begyndelsen blev kulhydrater genkendt som cellulære energilagringsmolekyler. Derefter blev andre vigtige funktioner, som kulhydrater opfylder i biologiske systemer, bestemt.

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

En vigtig egenskab af kulhydrater er den enorme strukturel diversitet inden for denne klasse af molekyler, så de kan udføre en lang række funktioner, såsom generering cellesignalerende molekyler, danner væv og generere identiteten af ​​de humane blodtyper.

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

Monosaccharider kan forbindes med glycosidiske bindinger til dannelse af et stort udvalg af kulhydrater: disaccharider, oligosaccharider og polysaccharider. Undersøgelsen af ​​strukturen og funktionen af ​​kulhydrater i biologiske systemer kaldes glycobiology.

indeks

  • 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 Stivelserne
    • 4.2 Frugter og grøntsager
    • 4.3 Mælk
    • 4.4 slikene
  • 5 Carbohydrat metabolisme
  • 6 referencer

Kemisk struktur

Kulhydrater består af carbon, hydrogen og oxygenatomer. De fleste af disse kan repræsenteres af den empiriske formel (CH2O) n, hvor n er antallet af carboner i molekylet. Med andre ord er forholdet mellem kulstof, hydrogen og oxygen 1: 2: 1 i kulhydratmolekyler.

Denne formel forklarer oprindelsen af ​​udtrykket "kulhydrat", fordi komponenterne er carbonatomer ("carbo") og vandatomer (derfor "hydrat"). Selv om kulhydrater hovedsageligt dannes af disse tre atomer, er der nogle kulhydrater med nitrogen, fosfor eller svovl.

I sin grundlæggende form er kulhydrater simple sukkerarter eller monosaccharider. Disse enkle sukkerarter kan kombineres til dannelse af mere komplekse kulhydrater.

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

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

klassifikation

monosaccharider

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

Fra kemisk synspunkt kan monosacchariderne være aldehyder eller ketoner, afhængigt af hvor carbonylgruppen (C = O) at være placeret i de lineære kulhydrater. Strukturelt kan monosacchariderne være ligekædet eller lukket ring.

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

Afhængig af antallet af carbonatomer, der har i sin struktur, et monosaccharid har forskellige navne, f.eks, triose (hvis 3 carbonatomer), pentose (hvis 5C) og så videre.

disaccharider

Disaccharider er dobbelt sukkere dannet ved sammenføjning to monosaccharider i en kemisk proces kaldet dehydrering syntese fordi et molekyle vand tabt under reaktionen. Det er også kendt som en kondensationsreaktion.

Således er et disaccharid et hvilket som helst stof, som består af to molekyler simple sukkerarter (monosaccharider) forbundet sammen gennem en glycosidisk forbindelse.

Syrer har evnen til at bryde disse bindinger, af denne grund kan disaccharider fordøjes i maven.

Disaccharider er generelt opløselige i vand og søde ved indtagelse. De tre vigtigste disaccharider er saccharose, lactose og maltose: saccharose kommer fra bindingen af ​​glucose og fructose; lactose kommer fra forening af glucose og galactose; og maltose kommer fra foreningen af ​​to glucosemolekyler.

oligosaccharider

Oligosaccharider er komplekse polymerer dannet af få enheder af simple sukkerarter, det vil sige mellem 3 til 9 monosaccharider.

Reaktionen er den samme som danner disacchariderne, men kommer også fra nedbrydning af mere komplekse sukkermolekyler (polysaccharider).

De fleste oligosaccharider findes i planter og fungerer som opløselige fibre, som kan hjælpe med at forhindre forstoppelse. Imidlertid har mennesker ikke enzymerne til at fordøje dem for det meste, bortset fra maltotriosen.

Derfor er oligosacchariderne ikke oprindeligt fordøjes i tyndtarmen, kan de nedbrydes af bakterier, der normalt er til stede i tyktarmen gennem en gæringsproces. Præbiotika opfylde denne funktion, tjene som føde for gavnlige bakterier.

polysaccharider

Polysaccharider er de største saccharidpolymerer, de dannes af mere end 10 (op til tusinder) enheder af monosaccharider arrangeret lineært eller forgrenet. Variationerne i det rumlige arrangement er, hvad der giver de mange egenskaber til disse sukkerarter.

Polysacchariderne kan sammensættes af det samme monosaccharid eller ved kombination af forskellige monosaccharider. Hvis dannet af repeterende enheder af samme sukker kaldes homopolysaccharider såsom glycogen og stivelse er opbevaring carbohydrater af planter og dyr, henholdsvis.

Hvis polysaccharid er sammensat af forskellige sukker-enheder kaldes heteropolysaccharider. De fleste indeholder kun to forskellige enheder og ofte forbundet med proteiner (glycoproteiner, såsom blodplasma gammaglobulin) eller lipider (glycolipider, gangliosider som).

funktioner

De fire hovedfunktioner af kulhydrater er: tilvejebringe energi, gemme energi, bygge makromolekyler og forhindre nedbrydning af proteiner og fedtstoffer.

Kulhydrater nedbrydes ved fordøjelse i simple sukkerarter. Disse absorberes af tyndtarmen og transporteres til alle celler i kroppen, hvor de vil blive oxideret til energi i form af adenosintrifosfat (ATP).

Sukkermolekyler, der ikke anvendes til produktion af energi på et givet tidspunkt, opbevares som en del af reservepolymerer, såsom glykogen og stivelse.

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

Fordi kulhydrater er den vigtigste energikilde, forhindrer deres hurtige nedbrydning, at andre biomolekyler nedbrydes for at opnå energi. Således, når sukkerniveauer er normale, er proteiner og lipider beskyttet mod nedbrydning.

Nogle kulhydrater er opløselige i vand, de virker som en stapelføde i næsten hele verden, og oxidationen af ​​disse molekyler er den vigtigste kilde til energiproduktion i de fleste ikke-fotosyntetiske celler..

Uopløselige kulhydrater er forbundet med at danne mere komplekse strukturer, der tjener som beskyttelse. For eksempel: cellulose danner væggen af ​​planteceller sammen med hemicelluloser og pektin. Chitin danner væggen af ​​svampeceller og leddyrets exoskelet.

Peptidoglycan danner også cellevæggen af ​​bakterier og cyanobakterier. Bindevævet af dyr og skeletled er dannet af polysaccharider.

Mange kulhydrater er kovalent bundet til proteiner eller lipider, der danner mere komplekse strukturer, kollektivt kaldet glycoconjugater. Disse komplekser virker som mærker, der bestemmer de intracellulære placering eller metabolsk skæbne af disse molekyler

Fødevarer, der indeholder kulhydrater

Kulhydrater er en væsentlig bestanddel af en sund kost, da de er den vigtigste energikilde. Men nogle fødevarer har sundere kulhydrater, der tilbyder en større mængde næringsstoffer, for eksempel:

Stivelserne

Fødevarer, der indeholder stivelse, er den vigtigste kilde til kulhydrater. Disse stivelser er generelt komplekse kulhydrater, det vil sige de er dannet af mange sukkerarter, der tilsammen danner en langmolekylær kæde. Af denne grund tager stivelser længere tid at fordøje.

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

Legumes og nødder indeholder også kulhydrater i form af stivelse. Derudover er grøntsager som: kartofler, søde kartofler, majs og græskar også rig på stivelsesindhold.

Det er vigtigt at bemærke, at mange kulhydrater er en kilde til fiber. Det vil sige, fiber er dybest set en type kulhydrat, som kroppen kun kan fordøje kun delvist.

På samme måde som komplekse kulhydrater har kulhydratfibre tendens til at blive langsomt fordøjet.

Frugt og grøntsager

Frugter og grøntsager har et højt kulhydratindhold. I modsætning til stivelse indeholder frugt og grøntsager enkle kulhydrater, det vil sige kulhydrater med en eller to saccharider forbundet sammen.

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

Således har nogle frugter mere kulhydratindhold per portion, for eksempel: bananer, æbler, appelsiner, meloner og druer har mere kulhydrater end nogle grøntsager som spinat, broccoli og kale, gulerødder, svampe og ægplanter.

Mælken

Ligesom 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 er mange versioner af mælk og yoghurt på markedet. Uanset om du bruger en fuld eller reduceret fedt version af et bestemt mejeri, vil mængden af ​​kulhydrater være den samme.

Slikene

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

For sin del 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 så næringsrige som de kulhydrater, der frugter og grøntsager besidder.

Kulhydratmetabolisme

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

Metabolismen af ​​kulhydrater er stærkt konserveret og kan observeres selv fra bakterier. Det vigtigste eksempel er Lac Operon. E. coli.

Kulhydrater er vigtige i mange metaboliske veje som fotosyntese, den vigtigste kulhydratdannelsesreaktion i naturen.

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

Dyre- og svampeceller bryder ned for kulhydrater, der indtages i plantevæv, for at opnå energi i form af ATP gennem en proces kaldet cellulær respiration..

Hos hvirveldyr transporteres glukose gennem hele kroppen gennem blodet. Hvis cellulære energibutikker er lave, nedbrydes glucose ved en metabolisk reaktion kaldet glycolyse for at producere lidt energi og nogle metaboliske mellemprodukter.

Glucosemolekyler, der ikke er nødvendige til øjeblikkelig energiproduktion, opbevares som glykogen i leveren og musklerne gennem en proces kaldet glycogenese.

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

Glucose er den vigtigste kulhydrat, der forbruges af celler, som udgør ca. 80% af energikilderne.

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

Afhængigt af de metaboliske krav i en celle kan glucose også anvendes til at syntetisere andre monosaccharider, fedtsyrer, nukleinsyrer og visse aminosyrer.

Hovedfunktionen af ​​kulhydratmetabolisme er at opretholde kontrollen af ​​blodsukkerniveauerne, det er det, der kaldes 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 Science.
  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). Molecular Cell Biology (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). Grundlag for biokemi: Livet på molekylær niveau (5. udgave). Wiley.