Kulhydratmolekyler: Struktur, forskellige typer og eksempler

Mange naturlige materialer er polymerer, herunder cellulose af træ og kulhydrater i mad. Disse kaldes biopolymerer, og de er gigantiske molekyler lavet af kæder eller netværk af sammenkædede små organiske molekyler. Fire af de vigtigste biologiske molekyleklasser er proteiner, lipider, nukleinsyrer og kulhydrater. Denne artikel deler en generel oversigt over kulstofatomer kaldet kulhydrater, hvad de er, og hvorfor de er vigtige.

Som navnet antyder, er kulhydrater kulhydrater. Dette betyder, at de har kulstof, brint og ilt. Generelt er formlen for et kulhydratmolekyle CH₂O, og det grundlæggende forhold for et kulhydrat er 1: 2: 1 for C: H: O.

At lave enpolymeraf enhver art har du brug for monomerer. Monomerer er de enkelte enheder, der er byggestenene i den længere kæde. Monomererne af kulhydrater er monosaccharider. Monosaccharider kan findes i enten en lige carbonkæde eller i en ring. Alle monosaccharider har formlen C₆H₁₂O₆. Som sådan er de strukturelle isomerer. Eksempler på forskellige monosaccharider vil blive givet i afsnittet nedenfor. Monosaccharider er det, der kaldes enkle sukkerarter.

Disaccharider dannes gennem en dehydratiseringsreaktion, der gør det muligt for monosaccharider at komme sammen. Fortsat dehydrering resulterer i tilsætning af flere monomerer til dannelse af et polysaccharid.

Enkle kulhydrater kaldes enkle sukkerarter. Polysaccharider er såkaldte komplekse kulhydrater. Kemisk betyder det tre eller flere sammenkædede sukkerarter. Eksempler på almindelige disaccharider og polysaccharider er angivet nedenfor.

Glukose er det mest almindelige kulhydrat og et af de vigtigste. Glukose er en aldose (i kædeform, den indeholder et aldehyd) og en hexose (seks-kulstof sukker). I vandig opløsning findes glucose primært i den cykliske form.

Glukose fremstilles af planter under fotosyntese ved hjælp af kuldioxid og sollys. Glukosemolekyler laves til stivelse til opbevaring i planter. Folk får glukose ved at spise planter.

Mennesker bruger glukose til energi. Processerne med glykolyse og cellulær respiration gør det muligt for cellen at nedbryde glukosemolekyler som en måde at udvinde energi fra den mad, du spiser. Som et resultat af cellulær respiration ender du med at regenerere ATP-molekyler, som er kroppens energivaluta.

Fruktose er et andet almindeligt monosaccharid. Du har måske hørt om "høj fruktose" i mad og drikke. Dette er fruktosen, de taler om! Fruktose er en hexose ligesom glucose, men det er en ketose i stedet for en aldose. Det almindelige bordsukker er et disaccharid lavet af et glukosemolekyle og et fruktosemolekyle. Bordsukker er kemisk kendt som saccharose, og du kan læse mere om det nedenfor.

Galactose er et andet monosaccharid, der er en aldose og en hexose. Det findes almindeligvis som et monosaccharid i ærter.

Galactosemia er en sygdom, hvor det nødvendige enzym til at omdanne galactose til glucose ikke er til stede. Dette er et stort problem for nyfødte, hvis de ikke fanges tidligt. Uden enzymet er blodgalactoseniveauerne høje og kan forårsage en række symptomer, herunder vægttab og gulsot. Hvis de findes tidligt, kan alle kilder til galactose fjernes fra barnets diæt. Til sidst udvikler barnet en alternativ vej til metabolisering af galactose.

Du har måske hørt om dette sukker som en del af en anden vigtig biologisk makromolekyle: nukleinsyrer. Ribose og deoxyribose er vigtige dele af nukleinsyrer. De udgør sukker-fosfat rygraden. Ribose findes i RNA, og deoxyribose findes i DNA.

Disaccharider dannes gennem endehydrering reaktion. For eksempel, når to glukosemolekyler danner et disaccharid, dannes alkoholgruppen på en glukose og brintet fra alkoholgruppen på en anden alkohol vand. Hvad der er tilbage er en binding gennem et ilt mellem de to monomerer. Denne binding kaldes en glykosidisk binding eller glykosidisk binding.

Disaccharider kan ikke metaboliseres af mennesker. Hvorfor? Nå, et disaccharid er for stort til at passere gennem cellemembranen. Som et resultat skal eventuelle disaccharider (eller større kæder) først nedbrydes af et enzym. Herefter kan de sammensatte monosaccharider metaboliseres.

Du er sandsynligvis meget fortrolig med saccharose. Sucrose er også kendt som bordsukker eller bare sukker. Sucrose er det sukker, du tilsætter til blandingen, når du prøver at lave en kage.

Sucrose fremstilles, når glucose og fruktose danner et disaccharid. Da fruktose er sødere end saccharose, når saccharose hydrolyseres i dets bestanddele, bliver opløsningen endnu sødere. Bier hydrolyserer saccharose til glucose og fructose. Derfor er skat så sød.

For at nedbryde saccharose skal du have enzymet sucrase.

Lactose er det sukker, der findes i mælk. Det findes i mælken hos mennesker og andre pattedyr. Lactose er sammensat af galactose og glucose. Det er ikke nær så sødt som saccharose (som du sandsynligvis kunne gætte, da mælk ikke er så sød som sukker!).

For at nedbryde lactose i dets bestanddele skal du have enzymet lactase. Personer, der ikke har lactase, kaldes "lactoseintolerant." Mange mennesker er noget laktoseintolerante; de ved det måske ikke.

Maltose er et disaccharid dannet af to glukosemonomerer. For at nedbryde maltose har den menneskelige krop brug for enzymet maltase.

Polysaccharider er kæder af monosaccharider forbundet med mange glykosidiske bindinger. Polysaccharider er de mest rigelige kulhydratmolekyler, der findes i levende organismer, fordi de tjener en række funktioner, herunder at give struktur til planter og lagre energi.

De dannes ved reaktionen mellem alkoholgruppen (-OH) i et glukosemolekyle og alkoholgruppen på et andet glukosemolekyle, hvilket skaber bindinger. Disse forbindelser foretages igen og igen mellem monosaccharider. Denne type reaktion kaldes en kondensationspolymerisationsreaktion (eller dehydratiseringssyntese) fordi et vandmolekyle er dannet af den OH-funktionelle gruppe af den ene alkohol og H fra den anden alkohol.

Stivelse er et af de vigtigste kulhydrater, da det udgør en stor del af den menneskelige diæt. Stivelse er en polymer, der lagrer glukose i planter, især knolde (tænk kartofler). Mens mennesker kan spise stivelse efter energi, kan planter også nedbryde stivelse og bruge glukosen til energi, når de ikke kan fotosyntetere så meget.

Dette polysaccharid er lavet af amylose (kæder af glucose) og amylopectin (forgrenede kæder af glucose).

For at nedbryde stivelse bruger den menneskelige krop mange enzymer, der kollektivt kendes som amylaser. Disse enzymer nedbryder de lange stivelseskæder i mindre enheder, som menneskekroppen kan metabolisere. Amylaser kan findes i munden. Derfor starter fordøjelsen i munden.

Cellulose er et kulhydrat, der findes i planter. Det er en vigtig strukturel komponent i væggene i plantecellerne. Du kan også finde det i forskellige vegetabilske fibre som bomuld. Uden cellulose ville planter være meget floppier.

Cellulose er en lineær polymer af glucose. Den særlige konformation af de glykosidiske bindinger i cellulose kan ikke fordøjes af mennesker. Som sådan kan mennesker spise stivelse, men ikke cellulose.

Glykogen er det polysaccharid, som dyr bruger til at lagre energi. Glykogen, der består af stærkt forgrenede kæder af glukose, opbevares primært i leveren. Når du ikke spiser noget eller er i fastende tilstand, bruger din krop det glykogen, der er i disse butikker, for at opnå den glukose, du har brug for, som en energikilde.