Kolhydrater, kemisk struktur, klassificering och funktioner



den kolhydrater, kolhydrater eller sackarider, är organiska molekyler som lagrar energi i levande varelser. De är de mest rikliga biomolekylerna och inkluderar: sockerarter, stärkelser och cellulosa, bland andra föreningar som finns i levande organismer.

De organismer som utför fotosyntes (växter, alger och vissa bakterier) är de viktigaste tillverkarna av kolhydrater i naturen. Strukturen hos dessa sackarider kan vara linjär eller grenad, enkel eller förening och kan också associeras med biomolekyler av en annan typ.

Till exempel kan kolhydrater binda proteiner för att bilda glykoproteiner. De kan också associeras med lipidmolekyler, som bildar glykolipider, de biomolekyler som bildar strukturen hos biologiska membran. Kolhydrater är också närvarande i strukturen av nukleinsyror.

Inledningsvis erkändes kolhydrater som cellulära energilagringsmolekyler. Därefter bestämdes andra viktiga funktioner som kolhydrater uppfyller i biologiska system.

Alla levande varelser har sina celler täckta av ett tätt lager av komplexa kolhydrater. Kolhydrater består av monosackarider, små molekyler bildade med tre till nio kolatomer bundna till hydroxylgrupper (-OH), som kan variera i storlek och konfiguration.

En viktig egenskap hos kolhydrater är den enorma strukturella mångfalden inom denna klass av molekyler, vilket gör det möjligt för dem att utföra ett brett spektrum av funktioner som att generera cellsignalmolekyler, bilda vävnader och generera identiteten hos olika blodgrupper hos människor..

På samma sätt är den extracellulära matrisen i högre eukaryoter rik på utsöndrade kolhydrater, essentiella för cellöverlevnad och kommunikation. Dessa celligenkänningsmekanismer utnyttjas av en mängd olika patogener för att infektera sina värdceller.

Monosackarider kan kopplas genom glykosidbindningar för att bilda en stor mängd kolhydrater: disackarider, oligosackarider och polysackarider. Studien av kolhydraternas struktur och funktion i biologiska system kallas glycobiology.

index

  • 1 Kemisk struktur
  • 2 klassificering
    • 2.1 Monosackarider
    • 2,2 disackarider
    • 2.3 Oligosackarider 
    • 2.4 Polysackarider
  • 3 funktioner
  • 4 Livsmedel som innehåller kolhydrater
    • 4.1 Stärkelserna
    • 4.2 Frukt och grönsaker
    • 4.3 mjölk
    • 4.4 godis
  • 5 Karbohydratmetabolism
  • 6 referenser

Kemisk struktur

Kolhydrater består av kol, väte och syreatomer. De flesta av dessa kan representeras av empirisk formel (CH2O) n, där n är antalet kol i molekylen. Med andra ord är förhållandet mellan kol, väte och syre 1: 2: 1 i kolhydratmolekyler.

Denna formel förklarar ursprunget för termen "kolhydrat" eftersom komponenterna är kolatomer ("carbo") och vattenatomer (därför "hydrat"). Även om kolhydrater bildas huvudsakligen av dessa tre atomer, finns det några kolhydrater med kväve, fosfor eller svavel.

I sin grundläggande form är kolhydrater enkla sockerarter eller monosackarider. Dessa enkla sockerarter kan kombineras för att bilda mer komplexa kolhydrater.

Kombinationen av två enkla sockerarter är en disackarid. Oligosackarider innehåller mellan två och tio enkla sockerarter, och polysackarider är de största kolhydraterna, som består av mer än tio enheter av monosackarider.

Kolhydraternas struktur bestämmer hur energi lagras i sina bindningar under bildandet genom fotosyntes, och även hur dessa bindningar bryts under cellulär andning.

klassificering

monosackarider

Monosackarider är de elementära enheterna av kolhydrater, varför de är den enklaste strukturen av en sackarid. Fysiskt är monosackarider kristallina fasta substanser utan färg. De flesta har en söt smak.

Från kemisk synvinkel kan monosackariderna vara aldehyder eller ketoner, beroende på var karbonylgruppen (C = O) är belägen i de linjära kolhydraterna. Strukturellt kan monosackarider bilda linjära kedjor eller slutna ringar.

Eftersom monosackarider har hydroxylgrupper är de flesta vattenlösliga och olösliga i icke-polära lösningsmedel.

Beroende på antalet kolatomer du har i din struktur, kommer en monosackarid att ha olika namn, till exempel: trios (om du har 3 C-atomer), pentos (om du har 5C) och så vidare.

disackarider

Disackariderna är dubbla sockerarter som bildas genom att man förenar två monosackarider i en kemisk process som kallas dehydreringssyntes, eftersom en molekyl vatten förloras under reaktionen. Det är också känt som en kondensationsreaktion.

Sålunda är en disackarid vilken som helst substans som består av två molekyler av enkla sockerarter (monosackarider) sammanbundna genom en glykosidisk länk.

Syror har förmågan att bryta dessa bindningar, därför kan disackarider digereras i magen.

Disackarider är i allmänhet lösliga i vatten och söta när de sväljas. De tre huvudsakliga disackariderna är sackaros, laktos och maltos: sackaros kommer från bindningen av glukos och fruktos; laktos kommer från föreningen av glukos och galaktos; och maltos kommer från fackföreningen av två glukosmolekyler.

oligosackarider

Oligosackarider är komplexa polymerer bildade av få enheter av enkla sockerarter, det vill säga mellan 3 och 9 monosackarider.

Reaktionen är densamma som bildar disackariderna, men kommer också från nedbrytningen av mer komplexa sockermolekyler (polysackarider).

De flesta oligosackarider finns i växter och fungerar som löslig fiber, vilket kan bidra till att förhindra förstoppning. Men människor har inte enzymerna för att smälta dem för det mesta, förutom maltotriosen.

Av denna anledning kan oligosackarider som inte förstörs initialt i tunntarmen försämras av bakterier som normalt bor i tjocktarmen genom en fermenteringsprocess. Prebiotika uppfyller denna funktion, tjänar som mat för goda bakterier.

polysackarider

Polysackarider är de största sackaridpolymererna, de bildas av mer än 10 (upp till tusentals) enheter av monosackarider anordnade på linjärt eller förgrenat sätt. Variationerna i det rumsliga arrangemanget är vad som ger de flera egenskaperna till dessa sockerarter.

Polysackariderna kan bestå av samma monosackarid eller genom kombination av olika monosackarider. Om de bildas av upprepade enheter av samma socker kallas de homopolysackarider, såsom glykogen och stärkelse, vilka är respektive kolhydrater av djur och växter..

Om polysackariden består av enheter av olika socker heter de heteropolysackarider. De flesta innehåller bara två olika enheter och är vanligtvis associerade med proteiner (glykoproteiner, såsom gammaglobulin i blodplasma) eller lipider (glykolipider, såsom gangliosider).

funktioner

De fyra huvudfunktionerna av kolhydrater är: ge energi, lagra energi, bygga makromolekyler och förhindra nedbrytning av proteiner och fetter.

Kolhydrater försämras genom smältning i enkla sockerarter. Dessa absorberas av cellerna i tunntarmen och transporteras till alla celler i kroppen där de kommer att oxideras för energi i form av adenosintrifosfat (ATP).

Sockermolekyler som inte används vid framställning av energi vid vilken tidpunkt som helst, lagras som en del av reservpolymerer såsom glykogen och stärkelse.

Nukleotider, de grundläggande enheterna av nukleinsyror, har glukosmolekyler i deras struktur. Flera viktiga proteiner är associerade med kolhydratmolekyler, till exempel: det follikelstimulerande hormonet (FSH) som ingriper i ägglossningsförfarandet.

Eftersom kolhydrater är den främsta energikällan, hindrar deras snabba nedbrytning andra biomolekyler att försämras för att erhålla energi. Således, när sockernivåer är normala, skyddas proteiner och lipider från nedbrytning.

Vissa kolhydrater är lösliga i vatten, de fungerar som en basföda i praktiskt taget hela världen, och oxidationen av dessa molekyler är den främsta källan till energiproduktion i de flesta icke-fotosyntetiska celler..

Olösliga kolhydrater är förenade med att bilda mer komplexa strukturer som tjänar som skydd. Till exempel: cellulosa bildar väggen av växtceller tillsammans med hemicelluloser och pektin. Chitin bildar muren av svampceller och exoskeletan av artropoder.

Peptidoglykan bildar också cellväggen av bakterier och cyanobakterier. Bindvävnaden hos djur och skelettled bildas av polysackarider.

Många kolhydrater är kovalent bundna till proteiner eller lipider, som bildar mer komplexa strukturer, kollektivt kallade glykokonjugat. Dessa komplex fungerar som etiketter som bestämmer de intracellulära lokaliseringarna eller de metaboliska ödet för dessa molekyler

Livsmedel som innehåller kolhydrater

Kolhydrater är en väsentlig del av en hälsosam diet, eftersom de är den främsta energikällan. Men vissa livsmedel har hälsosammare kolhydrater som erbjuder en större mängd näringsämnen, till exempel:

Stärkelserna

Livsmedel som innehåller stärkelse är huvudkällan för kolhydrater. Dessa stärkelser är i allmänhet komplexa kolhydrater, det vill säga de bildas av många sockerarter som sammanfogas som bildar en långmolekylär kedja. Av denna anledning tar stärkelse längre att smälta.

Det finns ett brett utbud av livsmedel som innehåller stärkelse. Kornen innehåller mat med hög stärkelsehalt, till exempel: bönor, linser och ris. Spannmål innehåller även dessa kolhydrater, till exempel: havre, korn, vete och dess derivat (mjöl och pasta) .

Legumes och nötter innehåller också kolhydrater i form av stärkelse. Dessutom är grönsaker som: potatis, sötpotatis, majs och pumpor också rik på stärkelseinnehåll.

Det är viktigt att notera att många kolhydrater är en källa till fiber. Det vill säga fiber är i princip en typ av kolhydrater som kroppen bara kan dela upp.

På liknande sätt som komplexa kolhydrater tenderar kolhydratfibrer att smälta långsamt.

Frukt och grönsaker

Frukt och grönsaker har ett högt kolhydratinnehåll. I motsats till stärkelse innehåller frukter och grönsaker enkla kolhydrater, det vill säga kolhydrater med en eller två sackarider kopplade ihop.

Dessa kolhydrater, som är enkla i sin molekylära struktur, smälts lättare och snabbt än komplexa. Detta ger en uppfattning om olika nivåer och typer av kolhydrater som maten har.

Således har vissa frukter mer kolhydrathalt per portion, till exempel: bananer, äpplen, apelsiner, meloner och druvor har mer kolhydrater än vissa grönsaker som spenat, broccoli och kale, morötter, svamp och äggplantor.

Mjölken

Liksom grönsaker och frukter är mejeriprodukter livsmedel som innehåller enkla kolhydrater. Mjölk har sitt eget socker som kallas laktos, en sötsmakande disackarid. En kopp här är ungefär 12 gram kolhydrater.

Det finns många versioner av mjölk och yoghurt på marknaden. Oavsett om du konsumerar en fullständig eller reducerad fetthalt av ett visst mejeri kommer mängden kolhydrater att vara densamma.

Sötsakerna

Godis är en annan välkänd källa till kolhydrater. Dessa inkluderar socker, honung, godis, konstgjorda drycker, kakor, glass, bland många andra desserter. Alla dessa produkter innehåller höga halter av sockerarter.

För sin del innehåller vissa bearbetade och raffinerade livsmedel komplexa kolhydrater, till exempel: bröd, ris och vit pasta. Det är viktigt att notera att raffinerad kolhydrater inte är lika näringsrika som de kolhydrater som frukt och grönsaker har.

Karbohydratmetabolism

Metabolism av kolhydrater är uppsättningen metaboliska reaktioner som involverar bildning, nedbrytning och omvandling av kolhydrater i celler.

Metabolismen av kolhydrater är starkt konserverad och kan observeras även från bakterier. Det främsta exemplet är Lac Operon. E. coli.

Kolhydrater är viktiga i många metaboliska vägar som fotosyntes, den viktigaste kolhydratbildningsreaktionen i naturen.

Från koldioxid och vatten använder växter solens energi för att syntetisera kolhydratmolekyler.

För sin del bryter djur- och svampceller ner kolhydrater som konsumeras i växtvävnader för att erhålla energi i form av ATP genom en process som kallas cellulär andning..

Vid ryggradsdjur transporteras glukos genom hela kroppen genom blodet. Om cellulära energibutiker är låga försämras glukos genom en metabolisk reaktion som kallas glykolys för att producera lite energi och vissa metaboliska intermediärer.

Glukosmolekyler som inte behövs för omedelbar energiproduktion lagras som glykogen i levern och muskeln genom en process som kallas glykogenes.

Vissa enkla kolhydrater har egna nedbrytningsvägar, som några av de mer komplexa kolhydraterna. Laktos, till exempel, kräver verkan av laktasenzymet som bryter dess bindningar och släpper ut sina grundläggande monosackarider, glukos och galaktos.

Glukos är det viktigaste kolhydratet som konsumeras av celler, vilket utgör cirka 80% av energikällorna.

Glukos distribueras till celler, där den kan komma in genom specifika transportörer som bryts ned eller lagras som glykogen.

Beroende på cellens metaboliska krav kan glukos också användas för att syntetisera andra monosackarider, fettsyror, nukleinsyror och vissa aminosyror.

Den huvudsakliga funktionen av kolhydratmetabolism är att upprätthålla kontrollen av blodsockernivåer, det här är det som kallas intern homeostas.

referenser

  1. Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., Morgan, D., Raff, M., Roberts, K. & Walter, P. (2014). Molecular Biology of the Cell (6: e upplagan). Garland Science.
  2. Berg, J., Tymoczko, J., Gatto, G. & Strayer, L. (2015). biokemi (8: e upplagan). W. H. Freeman och Company.
  3. Campbell, N. & Reece, J. (2005). biologi (2: e upplagan) Pearson Education.
  4. Dashty, M. (2013). En snabb titt på biokemi: Karbohydratmetabolism. 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: e upplagan). W. H. Freeman och Company.
  6. Maughan, R. (2009). Karbohydratmetabolism. kirurgi, 27(1), 6-10.
  7. Nelson, D., Cox, M. & Lehninger, A. (2013). Lehninger-principerna för biokemi (6th). W.H. Freeman och Company.
  8. Solomon, E., Berg, L. & Martin, D. (2004). biologi (7: e upplagan) Cengage Learning.
  9. Voet, D., Voet, J. & Pratt, C. (2016). Grundämnena för biokemi: Livet på molekylär nivå (5: e upplagan). Wiley.