Kemijska struktura ugljikohidrata, klasifikacija i funkcije



ugljikohidrati, ugljikohidrati ili saharidi su organske molekule koje pohranjuju energiju u živim bićima. To su najobilnije biomolekule i uključuju: šećere, škrobove i celulozu, među ostalim spojevima u živim organizmima.

Organizmi koji provode fotosintezu (biljke, alge i neke bakterije) glavni su proizvođači ugljikohidrata u prirodi. Struktura ovih saharida može biti linearna ili razgranata, jednostavna ili spoj i može se također povezati s biomolekulama druge vrste.

Na primjer, ugljikohidrati mogu vezati proteine ​​u glikoproteine. Oni također mogu biti povezani s molekulama lipida, formirajući glikolipide, biomolekule koje tvore strukturu bioloških membrana. Ugljikohidrati su također prisutni u strukturi nukleinskih kiselina.

U početku su se ugljikohidrati prepoznavali kao molekule stanične energije. Potom su utvrđene i druge važne funkcije koje ispunjavaju ugljikohidrati u biološkim sustavima.

Sve živa bića imaju svoje stanice prekrivene gustim slojem složenih ugljikohidrata. Ugljikohidrati su sastavljeni od monosaharida, malih molekula formiranih od tri do devet ugljikovih atoma vezanih za hidroksilne skupine (-OH), koje mogu varirati u veličini i konfiguraciji..

Važno svojstvo ugljikohidrata je ogromna strukturna raznolikost unutar ove klase molekula, koja im omogućuje obavljanje širokog raspona funkcija kao što su generiranje molekula signaliziranja stanica, formiranje tkiva i generiranje identiteta različitih krvnih skupina kod ljudi..

Isto tako, ekstracelularni matriks u višim eukariotima je bogat izlučenim ugljikohidratima, neophodnim za preživljavanje stanica i komunikaciju. Ovi mehanizmi za prepoznavanje stanica su upregnuti različitim patogenima kako bi zarazili njihove stanice domaćina.

Monosaharidi se mogu povezati glikozidnim vezama kako bi se stvorio velik broj ugljikohidrata: disaharida, oligosaharida i polisaharida. Proučavanje strukture i funkcije ugljikohidrata u biološkim sustavima naziva se glikobiologija.

indeks

  • 1 Kemijska struktura
  • 2 Klasifikacija
    • 2.1 Monosaharidi
    • 2.2. Disaharidi
    • 2.3. Oligosaharidi 
    • 2.4 Polisaharidi
  • 3 Funkcije
  • 4 Hrana koja sadrži ugljikohidrate
    • 4.1 Skrobovi
    • 4.2 Voće i povrće
    • 4.3 Mlijeko
    • 4.4 Slatkiši
  • 5 metabolizam ugljikohidrata
  • 6 Reference

Kemijska struktura

Ugljikohidrati se sastoje od atoma ugljika, vodika i kisika. Većina njih može biti predstavljena empirijskom formulom (CH2O) n, gdje je n broj ugljika u molekuli. Drugim riječima, omjer ugljika, vodika i kisika je 1: 2: 1 u ugljikohidratnim molekulama.

Ova formula objašnjava podrijetlo izraza "ugljikohidrat" jer su komponente ugljikovi atomi ("karbo") i vodeni atomi (dakle, "hidrat"). Iako se ugljikohidrati uglavnom sastoje od ova tri atoma, postoje ugljikohidrati s dušikom, fosforom ili sumporom.

U svom osnovnom obliku, ugljikohidrati su jednostavni šećeri ili monosaharidi. Ovi jednostavni šećeri mogu se kombinirati zajedno u obliku složenijih ugljikohidrata.

Kombinacija dvaju jednostavnih šećera je disaharid. Oligosaharidi sadrže između dva i deset jednostavnih šećera, a polisaharidi su najveći ugljikohidrati koji se sastoje od više od deset jedinica monosaharida.

Struktura ugljikohidrata određuje kako se energija pohranjuje u svojim vezama tijekom njenog stvaranja fotosintezom, kao i kako se te veze prekidaju tijekom staničnog disanja.

klasifikacija

monosaharidi

Monosaharidi su elementarne jedinice ugljikohidrata, zbog čega su najjednostavnija struktura saharida. Fizički, monosaharidi su kristalne krutine bez boje. Većina ima slatki okus.

S kemijske točke gledišta, monosaharidi mogu biti aldehidi ili ketoni, ovisno o tome gdje se karbonilna skupina (C = O) nalazi u linearnim ugljikohidratima. Strukturno, monosaharidi mogu tvoriti linearne lance ili zatvorene prstenove.

Budući da monosaharidi imaju hidroksilne skupine, većina ih je topljiva u vodi i netopiva u nepolarnim otapalima.

Ovisno o broju ugljika koje imate u svojoj strukturi, monosaharid će imati različita imena, na primjer: triose (ako imate 3 C atoma), pentozu (ako imate 5C) i tako dalje.

disaharidi

Disaharidi su dvostruki šećeri koji nastaju spajanjem dva monosaharida u kemijskom procesu koji se naziva sinteza dehidracije, jer se tijekom reakcije gubi molekula vode. Također je poznat kao reakcija kondenzacije.

Prema tome, disaharid je svaka tvar koja se sastoji od dvije molekule jednostavnih šećera (monosaharida) povezanih zajedno kroz glikozidnu vezu.

Kiseline imaju sposobnost razbijanja tih veza, zbog čega se disaharidi mogu probaviti u želucu.

Disaharidi su općenito topljivi u vodi i slatki kada se progutaju. Tri glavna disaharida su saharoza, laktoza i maltoza: saharoza dolazi od vezanja glukoze i fruktoze; laktoza dolazi iz spoja glukoze i galaktoze; i maltoza dolazi iz spoja dvije molekule glukoze.

oligosaharidi

Oligosaharidi su složeni polimeri nastali od nekoliko jedinica jednostavnih šećera, to jest, između 3 do 9 monosaharida.

Reakcija je ista koja tvori disaharide, ali dolazi i od razgradnje složenijih molekula šećera (polisaharida)..

Većina oligosaharida nalazi se u biljkama i djeluje kao topiva vlakna koja mogu spriječiti zatvor. Međutim, ljudi ne posjeduju enzime koji ih uglavnom probavljaju, osim maltotrioze.

Iz tog razloga, oligosaharidi koji se početno ne probavljaju u tankom crijevu mogu biti razgrađeni bakterijama koje normalno obitavaju u debelom crijevu kroz proces fermentacije. Prebiotici ispunjavaju ovu funkciju, služe kao hrana za korisne bakterije.

polisaharide

Polisaharidi su najveći saharidni polimeri, formirani su s više od 10 (do tisuću) jedinica monosaharida raspoređenih linearno ili razgranato. Varijacije u prostornom rasporedu su ono što daje višestruka svojstva tim šećerima.

Polisaharidi mogu biti sastavljeni od istog monosaharida ili kombinacijom različitih monosaharida. Ako se formiraju ponovljenim jedinicama istog šećera, nazivaju se homopolisaharidi, kao što su glikogen i škrob, koji su ugljikohidrati skladištenja životinja i biljaka..

Ako se polisaharid sastoji od jedinica različitih šećera, nazivaju se heteropolisaharidi. Većina sadrži samo dvije različite jedinice i obično su povezane s proteinima (glikoproteini, kao što je gama globulin u krvnoj plazmi) ili lipidi (glikolipidi, kao što su gangliozidi).

funkcije

Četiri glavne funkcije ugljikohidrata su: osigurati energiju, pohraniti energiju, izgraditi makromolekule i spriječiti razgradnju proteina i masti.

Ugljikohidrati se razgrađuju digestijom u jednostavnim šećerima. One se apsorbiraju u stanicama tankog crijeva i prenose se do svih stanica u tijelu gdje se oksidiraju za energiju u obliku adenozin trifosfata (ATP).

Šećerne molekule koje se ne koriste u proizvodnji energije u bilo kojem trenutku pohranjuju se kao dio rezervnih polimera kao što su glikogen i škrob.

Nukleotidi, temeljne jedinice nukleinskih kiselina, posjeduju molekule glukoze u svojoj strukturi. Nekoliko važnih proteina povezano je s molekulama ugljikohidrata, na primjer: folikul stimulirajući hormon (FSH) koji intervenira u procesu ovulacije.

Budući da su ugljikohidrati glavni izvor energije, njihova brza degradacija sprječava degradaciju drugih biomolekula kako bi se dobila energija. Stoga, kada su razine šećera normalne, proteini i lipidi su zaštićeni od degradacije.

Neki ugljikohidrati su topljivi u vodi, oni funkcioniraju kao glavna hrana u gotovo cijelom svijetu, a oksidacija tih molekula glavni je izvor energije u većini ne-fotosintetskih stanica..

Nerastvorljivi ugljikohidrati povezani su kako bi se stvorile složenije strukture koje služe kao zaštita. Na primjer: celuloza oblikuje zid biljnih stanica zajedno s hemicelulozama i pektinom. Hitin oblikuje zid gljivičnih stanica i egzoskeleton člankonožaca.

Također, peptidoglikan tvori staničnu stijenku bakterija i cijanobakterija. Vezivno tkivo životinja i skeletni zglobovi tvore polisaharidi.

Mnogi ugljikohidrati su kovalentno vezani za proteine ​​ili lipide, tvoreći složenije strukture, zajednički nazvane glikokonjugati. Ovi kompleksi djeluju kao oznake koje određuju unutarstanično mjesto ili metaboličku sudbinu tih molekula

Hrana koja sadrži ugljikohidrate

Ugljikohidrati su bitna komponenta zdrave prehrane, budući da su glavni izvor energije. Međutim, neke namirnice imaju zdravije ugljikohidrate koji nude veću količinu hranjivih tvari, na primjer:

Skrobovi

Hrana koja sadrži škrob je glavni izvor ugljikohidrata. Ovi škrobovi su općenito složeni ugljikohidrati, to jest, oni su formirani od mnogih šećera koji su spojeni zajedno i tvore dugi molekularni lanac. Iz tog razloga, škrobovi se duže uzimaju.

Postoji širok raspon namirnica koje sadrže škrob. Žitarice uključuju hranu s visokim sadržajem škroba, primjerice: grah, leću i rižu. Žitarice također sadrže ove ugljikohidrate, na primjer: zob, ječam, pšenicu i njezine derivate (brašno i tjestenine) .

Mahunarke i orašasti plodovi također sadrže ugljikohidrate u obliku škroba. Osim toga, povrće kao što su: krumpir, slatki krumpir, kukuruz i bundeve također su bogati sadržajem škroba.

Važno je napomenuti da su mnogi ugljikohidrati izvor vlakana. Da je, vlakno je u osnovi vrsta ugljikohidrata da tijelo može digest samo djelomično.

Slično kao i složeni ugljikohidrati, vlakna ugljikohidrata imaju tendenciju da se polako digestiraju.

Voće i povrće

Voće i povrće imaju visok sadržaj ugljikohidrata. Za razliku od škroba, voće i povrće sadrže jednostavne ugljikohidrate, tj. Ugljikohidrate s jednim ili dva saharida povezana zajedno.

Ovi ugljikohidrati, koji su jednostavni u svojoj molekularnoj strukturi, probavljaju se lakše i brže od složenih. To daje ideju o različitim razinama i vrstama ugljikohidrata koje hrana posjeduje.

Tako, neki plodovi imaju više ugljikohidrata po obroku, na primjer: banane, jabuke, naranče, dinje i grožđe imaju više ugljikohidrata od nekih povrća kao što su špinat, brokula i kelj, mrkva, gljive i patlidžani.

Mlijeko

Slično povrću i voću, mliječni proizvodi su namirnice koje sadrže jednostavne ugljikohidrate. Mlijeko ima vlastiti šećer laktozu, slatki okus disaharida. Jedna šalica jednaka je oko 12 grama ugljikohidrata.

Postoje mnoge verzije mlijeka i jogurta na tržištu. Bez obzira na to je li konzumiranje pune ili smanjene masnoće određene mliječne proizvode, količina ugljikohidrata bit će ista.

Slatkiši

Slatkiši su još jedan poznati izvor ugljikohidrata. To su šećer, med, slatkiši, umjetna pića, kolačići, sladoled, te mnoge druge slastice. Svi ovi proizvodi sadrže visoke koncentracije šećera.

Sa svoje strane, neke prerađene i rafinirane namirnice sadrže složene ugljikohidrate, na primjer: kruh, rižu i bijelu tjesteninu. Važno je napomenuti da rafinirani ugljikohidrati nisu toliko hranjivi kao ugljikohidrati koje posjeduju voće i povrće.

Metabolizam ugljikohidrata

Metabolizam ugljikohidrata je skup metaboličkih reakcija koje uključuju stvaranje, degradaciju i konverziju ugljikohidrata u stanice..

Metabolizam ugljikohidrata je visoko konzerviran i može se promatrati čak i od bakterija, a glavni primjer je Lac Operon. E. coli.

Ugljikohidrati su važni u mnogim metaboličkim putovima kao što je fotosinteza, najvažnija reakcija stvaranja ugljikohidrata u prirodi.

Od ugljičnog dioksida i vode, biljke koriste sunčevu energiju za sintezu molekula ugljikohidrata.

Životinjske i gljivične stanice uništavaju ugljikohidrate, konzumirane u biljnim tkivima, kako bi dobili energiju u obliku ATP-a kroz proces koji se naziva stanično disanje..

Kod kralježnjaka se glukoza prenosi kroz tijelo kroz krv. Ako su stanične energije niske, glukoza se razgrađuje metaboličkom reakcijom zvanom glikoliza za proizvodnju malo energije i nekih metaboličkih intermedijera..

Molekule glukoze koje nisu potrebne za trenutnu proizvodnju energije pohranjuju se kao glikogen u jetri i mišićima, kroz proces koji se naziva glikogeneza.

Neki jednostavni ugljikohidrati imaju vlastite putove degradacije, poput nekih složenijih ugljikohidrata. Laktoza, na primjer, zahtijeva djelovanje enzima laktaze koji lomi svoje veze i oslobađa njegove osnovne monosaharide, glukozu i galaktozu..

Glukoza je glavni ugljikohidrat koji konzumiraju stanice, što čini oko 80% izvora energije.

Glukoza se distribuira u stanice, gdje može ući kroz određene transportere da bi se razgradila ili pohranila kao glikogen.

Ovisno o metaboličkim zahtjevima stanice, glukoza se također može koristiti za sintezu drugih monosaharida, masnih kiselina, nukleinskih kiselina i određenih aminokiselina..

Glavna funkcija metabolizma ugljikohidrata je održavanje razine šećera u krvi, to je ono što se naziva interna homeostaza.

reference

  1. Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., Morgan, D., Raff, M., Roberts, K. i Walter, P. (2014). Molekularna biologija stanice (6. izdanje). Znanost o Garlandu.
  2. Berg, J., Tymoczko, J., Gatto, G. i Strayer, L. (2015). biokemija (8. izdanje). W. H. Freeman i tvrtka.
  3. Campbell, N. i Reece, J. (2005). biologija (2. izdanje) Pearson Education.
  4. Dashty, M. (2013). Brzi pogled na biokemiju: metabolizam ugljikohidrata. Klinička biokemija, 46(15), 1339-1352.
  5. Lodish, H., Berk, A., Kaiser, C., Krieger, M., Bretscher, A., Ploegh, H., Amon, A. i Martin, K. (2016). Molekularna stanična biologija (8. izdanje). W. H. Freeman i tvrtka.
  6. Maughan, R. (2009). Metabolizam ugljikohidrata. kirurgija, 27(1), 6-10.
  7. Nelson, D., Cox, M. i Lehninger, A. (2013). Lehningerova načela biokemije (6th). W. H. Freeman i tvrtka.
  8. Solomon, E., Berg, L. i Martin, D. (2004). biologija (7. izdanje) Cengage Learning.
  9. Voet, D., Voet, J. i Pratt, C. (2016). Osnove biokemije: život na molekularnoj razini (5. izd.). Wiley.