جزيئات الكربوهيدرات: التركيب ، أنواع وأمثلة مختلفة

العديد من المواد الطبيعية عبارة عن بوليمرات ، بما في ذلك سليلوز الخشب والكربوهيدرات في الطعام. تسمى هذه البوليمرات الحيوية ، وهي جزيئات عملاقة مصنوعة من سلاسل أو شبكات من الجزيئات العضوية الصغيرة المرتبطة. أربعة من أهم فئات الجزيئات البيولوجية هي البروتينات والدهون والأحماض النووية والكربوهيدرات. تشارك هذه المقالة نظرة عامة على ذرات الكربون التي تسمى الكربوهيدرات ، وما هي ولماذا هي مهمة.

كما يوحي الاسم ، الكربوهيدرات هي هيدرات الكربون. هذا يعني أن لديهم الكربون والهيدروجين والأكسجين. بشكل عام ، صيغة جزيء الكربوهيدرات هي C H₂O ، والنسبة الأساسية للكربوهيدرات هي 1: 2: 1 لـ C: H: O.

لصنعبوليمرمن أي نوع ، فأنت بحاجة إلى المونومرات. المونمرات هي الوحدات الفردية التي تشكل اللبنات الأساسية للسلسلة الأطول. مونومرات الكربوهيدرات هي السكريات الأحادية. يمكن العثور على السكريات الأحادية إما في سلسلة كربون مستقيمة أو في حلقة. جميع السكريات الأحادية لها الصيغة C₆ح₁₂ا₆. على هذا النحو ، فهي ايزومرات هيكلية. سيتم إعطاء أمثلة على السكريات الأحادية المختلفة في القسم أدناه. السكريات الأحادية هي ما يعرف بالسكريات البسيطة.

تتشكل السكريات الثنائية من خلال تفاعل الجفاف الذي يسمح للسكريات الأحادية بالتجمع. يؤدي استمرار الجفاف إلى إضافة المزيد من المونومرات لتشكيل عديد السكاريد.

الكربوهيدرات البسيطة تسمى السكريات البسيطة. السكريات المتعددة هي ما يعرف بالكربوهيدرات المعقدة. كيميائيًا ، يعني ذلك ثلاثة سكريات مرتبطة أو أكثر. فيما يلي أمثلة للسكريات والسكريات الشائعة.

الجلوكوز هو الكربوهيدرات الأكثر شيوعًا وأحد أهمها. الجلوكوز عبارة عن ألدوز (في شكل سلسلة ، يحتوي على ألدهيد) وهكسوز (سكر من ستة كربون). في المحلول المائي ، يوجد الجلوكوز بشكل أساسي في شكل دوري.

تصنع النباتات الجلوكوز أثناء عملية التمثيل الضوئي باستخدام ثاني أكسيد الكربون وأشعة الشمس. يتم تصنيع جزيئات الجلوكوز في النشا للتخزين في النباتات. يحصل الناس على الجلوكوز عن طريق تناول النباتات.

يستخدم البشر الجلوكوز للحصول على الطاقة. تسمح عمليات تحلل السكر والتنفس الخلوي للخلية بتفكيك جزيئات الجلوكوز كوسيلة لاستخراج الطاقة من الطعام الذي تتناوله. نتيجة للتنفس الخلوي ، ينتهي بك الأمر بتجديد جزيئات ATP ، وهي عملة الطاقة في الجسم.

الفركتوز هو أحد السكريات الأحادية الشائعة. ربما سمعت عن "ارتفاع الفركتوز" في الأطعمة والمشروبات. هذا هو الفركتوز الذي يتحدثون عنه! الفركتوز هو مادة سداسية مثل الجلوكوز ، لكنه كيتوز بدلاً من ألدوز. سكر المائدة الشائع هو ثنائي السكاريد مصنوع من جزيء الجلوكوز وجزيء الفركتوز. يُعرف سكر المائدة كيميائيًا باسم السكروز ، ويمكنك قراءة المزيد عن ذلك أدناه.

الجالاكتوز هو أحادي السكاريد وهو ألدوز وهكسوز. توجد عادة على شكل أحادي السكاريد في البازلاء.

الجالاكتوز في الدم هو مرض لا يوجد فيه الإنزيم اللازم لتحويل الجالاكتوز إلى جلوكوز. هذه مشكلة كبيرة للأطفال حديثي الولادة إذا لم يتم اكتشافها مبكرًا. بدون الإنزيم ، تكون مستويات الجالاكتوز في الدم مرتفعة ويمكن أن تسبب مجموعة متنوعة من الأعراض ، بما في ذلك فقدان الوزن واليرقان. إذا تم العثور عليه مبكرًا ، فيمكن إزالة جميع مصادر الجالاكتوز من نظام الطفل الغذائي. في النهاية ، يطور الطفل مسارًا بديلًا لاستقلاب الجالاكتوز.

ربما سمعت عن هذا السكر كجزء من نوع آخر من الجزيئات البيولوجية المهمة: الأحماض النووية. الريبوز و الديوكسيريبوز جزءان مهمان من الأحماض النووية. إنهم يشكلون العمود الفقري للسكر والفوسفات. تم العثور على ريبوز في الحمض النووي الريبي ، وتم العثور على ديوكسيريبوز في الحمض النووي.

تتشكل السكاريد من خلال أتفاعل الجفاف. على سبيل المثال ، عندما يشكل جزيئين من الجلوكوز ثنائي السكاريد ، فإن مجموعة الكحول الموجودة على أحد الجلوكوز والهيدروجين من مجموعة الكحول في كحول آخر تشكل الماء. ما تبقى هو رابطة من خلال الأكسجين بين المونومرين. يسمى هذا الارتباط ارتباط جليكوسيد أو رابطة جليكوسيدية.

لا يمكن استقلاب السكريات بواسطة البشر. لماذا ا؟ حسنًا ، ثنائي السكاريد أكبر من أن يمر عبر غشاء الخلية. نتيجة لذلك ، يجب أولاً تفكيك أي سكريات (أو سلاسل أكبر) بواسطة إنزيم. بعد ذلك ، يمكن استقلاب السكريات الأحادية المكونة.

ربما تكون على دراية كبيرة بالسكروز. يُعرف السكروز أيضًا باسم سكر المائدة أو السكر فقط. السكروز هو السكر الذي تضيفه إلى الخليط عندما تحاول صنع كعكة.

يتكون السكروز عندما يتشكل الجلوكوز والفركتوز من ثنائي السكاريد. نظرًا لأن الفركتوز أحلى من السكروز ، فعند تحلل السكروز في الأجزاء المكونة له ، يصبح المحلول أكثر حلاوة. يحلل النحل السكروز إلى جلوكوز وفركتوز. هذا هو السبب في أن العسل حلو جدا.

من أجل تكسير السكروز ، يجب أن يكون لديك إنزيم سوكريز.

اللاكتوز هو السكر الموجود في الحليب. يوجد في حليب البشر والثدييات الأخرى. يتكون اللاكتوز من الجالاكتوز والجلوكوز. إنها ليست حلوة مثل السكروز (كما يمكنك أن تتخيل ، لأن الحليب ليس حلوًا مثل السكر!).

من أجل تفتيت اللاكتوز إلى مكوناته ، يجب أن يكون لديك إنزيم اللاكتاز. يطلق على الأفراد الذين ليس لديهم اللاكتاز "عدم تحمل اللاكتوز". كثير من الناس يعانون إلى حد ما من عدم تحمل اللاكتوز. قد لا يعرفون ذلك.

المالتوز هو ثنائي السكاريد يتكون من اثنين من مونومرات الجلوكوز. من أجل تكسير المالتوز ، يحتاج جسم الإنسان إلى إنزيم المالتاز.

السكريات المتعددة هي سلاسل من السكريات الأحادية مرتبطة بالعديد من الروابط الجليكوسيدية. السكريات المتعددة هي جزيئات الكربوهيدرات الأكثر وفرة الموجودة في الكائنات الحية لأنها تؤدي مجموعة متنوعة من الوظائف بما في ذلك توفير بنية للنباتات وتخزين الطاقة.

تتشكل من خلال التفاعل بين مجموعة الكحول (-OH) لجزيء جلوكوز واحد ومجموعة الكحول على جزيء جلوكوز آخر ، مما يؤدي إلى إنشاء روابط. يتم إجراء هذه الروابط مرارًا وتكرارًا بين السكريات الأحادية. يسمى هذا النوع من التفاعل تفاعل بلمرة التكثيف (أو تخليق الجفاف) لأن جزيء الماء يتكون من مجموعة OH الوظيفية لكحول واحد و H من الآخر كحول.

النشا من أهم الكربوهيدرات لأنها تشكل نسبة كبيرة من النظام الغذائي للإنسان. النشا عبارة عن بوليمر يخزن الجلوكوز في النباتات ، وخاصة الدرنات (مثل البطاطس). بينما يمكن للبشر تناول النشا للحصول على الطاقة ، يمكن للنباتات أيضًا تكسير النشا واستخدام الجلوكوز للحصول على الطاقة عندما لا يتمكنون من التمثيل الضوئي بنفس القدر.

يتكون عديد السكاريد هذا من الأميلوز (سلاسل الجلوكوز) والأميلوبكتين (سلاسل متفرعة من الجلوكوز).

من أجل تكسير النشا ، يستخدم جسم الإنسان العديد من الإنزيمات المعروفة مجتمعة باسم الأميلاز. تقسم هذه الإنزيمات سلاسل النشا الطويلة إلى وحدات أصغر يمكن لجسم الإنسان أن يستقلبها. يمكن العثور على الأميليز في فمك. لهذا يبدأ الهضم في فمك.

السليلوز هو كربوهيدرات توجد في النباتات. إنه مكون هيكلي حيوي لجدران الخلايا النباتية. يمكنك أيضًا العثور عليه في ألياف نباتية مختلفة مثل القطن. بدون السليلوز ، ستكون النباتات أكثر مرونة.

السليلوز هو بوليمر خطي من الجلوكوز. التشكل الخاص للروابط الجليكوسيدية في السليلوز غير قابل للهضم من قبل البشر. على هذا النحو ، يمكن للبشر أن يأكلوا النشا ولكن ليس السليلوز.

الجليكوجين هو عديد السكاريد الذي تستخدمه الحيوانات لتخزين الطاقة. يتم تخزين الجليكوجين ، الذي يتكون من سلاسل شديدة التشعب من الجلوكوز ، بشكل أساسي في الكبد. عندما لا تأكل أي شيء أو تكون في حالة صيام ، يستخدم جسمك الجليكوجين الموجود في هذه المخازن للحصول على الجلوكوز الذي تحتاجه كمصدر للطاقة.