Molekule ugljikohidrata: struktura, različite vrste i primjeri

Mnogi prirodni materijali su polimeri, uključujući drvnu celulozu i ugljikohidrate u hrani. Oni se nazivaju biopolimeri, a to su divovske molekule izrađene od lanaca ili mreža povezanih malih organskih molekula. Četiri najvažnije klase bioloških molekula su proteini, lipidi, nukleinske kiseline i ugljikohidrati. Ovaj članak dijeli opći pregled atoma ugljika koji se nazivaju ugljikohidrati, što su oni i zašto su važni.

Kao što i samo ime govori, ugljikohidrati su hidrati ugljika. To znači da imaju ugljik, vodik i kisik. Općenito, formula za molekulu ugljikohidrata je CH₂O, a omjer elemenata ugljikohidrata je 1: 2: 1 za C: H: O.

Da biste napravilipolimerbilo koje vrste, trebaju vam monomeri. Monomeri su pojedinačne jedinice koje su građevni blokovi duljeg lanca. Monomeri ugljikohidrata su monosaharidi. Monosaharidi se mogu nalaziti u ravnom ugljikovom lancu ili u prstenu. Svi monosaharidi imaju formulu C₆H₁₂O₆. Kao takvi, oni su strukturni izomeri. Primjeri različitih monosaharida bit će dati u nastavku. Monosaharidi su ono što je poznato kao jednostavni šećeri.

Disaharidi nastaju reakcijom dehidracije koja omogućuje da se monosaharidi spoje. Kontinuirana dehidracija rezultira dodavanjem više monomera kako bi se dobio polisaharid.

Jednostavni ugljikohidrati nazivaju se jednostavni šećeri. Polisaharidi su ono što je poznato kao složeni ugljikohidrati. Kemijski to znači tri ili više povezanih šećera. Primjeri uobičajenih disaharida i polisaharida dani su u nastavku.

Glukoza je najčešći ugljikohidrat i jedan od najvažnijih. Glukoza je aldoza (u lančanom obliku sadrži aldehid) i heksoza (šećer od šest ugljika). U vodenoj otopini glukoza se prvenstveno nalazi u cikličkom obliku.

Glukozu biljke stvaraju tijekom fotosinteze korištenjem ugljičnog dioksida i sunčeve svjetlosti. Od molekula glukoze pretvara se škrob za skladištenje u biljkama. Ljudi glukozu dobivaju jedući biljke.

Ljudi koriste glukozu za energiju. Procesi glikolize i staničnog disanja omogućuju stanici da razgradi molekule glukoze kao način izvlačenja energije iz hrane koju jedete. Kao rezultat staničnog disanja, na kraju se regeneriraju molekule ATP, koje su energetska valuta tijela.

Fruktoza je još jedan uobičajeni monosaharid. Možda ste čuli za "visoku fruktozu" u hrani i pićima. To je fruktoza o kojoj govore! Fruktoza je heksoza poput glukoze, ali je ketoza umjesto aldoze. Uobičajeni stolni šećer je disaharid načinjen od molekule glukoze i molekule fruktoze. Stolni šećer kemijski je poznat kao saharoza, a više o tome možete pročitati u nastavku.

Galaktoza je još jedan monosaharid koji je aldoza i heksoza. Obično se nalazi kao monosaharid u grašku.

Galaktozemija je bolest kod koje nije prisutan enzim potreban za pretvorbu galaktoze u glukozu. Ovo je veliki problem za novorođenčad ako se ne uhvati rano. Bez enzima, razina galaktoze u krvi je visoka i može uzrokovati razne simptome, uključujući gubitak kilograma i žuticu. Ako se pronađe rano, tada se svi izvori galaktoze mogu ukloniti iz djetetove prehrane. Na kraju, dijete razvija alternativni put za metabolizaciju galaktoze.

Možda ste za ovaj šećer čuli kao dio druge vrste važne biološke makromolekule: nukleinske kiseline. Riboza i deoksiriboza važni su dijelovi nukleinskih kiselina. Oni čine šećerno-fosfatnu okosnicu. Riboza se nalazi u RNA, a deoksiriboza u DNA.

Dihaharidi nastaju krozreakcija dehidracije. Na primjer, kada dvije molekule glukoze tvore disaharid, alkoholna skupina na jednoj glukozi, a vodik iz alkoholne skupine na drugoj alkoholu tvore vodu. Preostala je veza kroz kisik između dva monomera. Ta se veza naziva glikozidna veza ili glikozidna veza.

Ljudi ne mogu metabolizirati disaharide. Zašto? Pa, disaharid je prevelik da bi prošao kroz staničnu membranu. Kao rezultat toga, bilo koji disaharidi (ili veći lanci) moraju se prvo razgraditi enzimom. Nakon toga, sastavni monosaharidi mogu se metabolizirati.

Vjerojatno ste dobro upoznati sa saharozom. Saharoza je poznata i kao stolni šećer ili samo šećer. Saharoza je šećer koji dodajete smjesi kada pokušavate napraviti kolač.

Saharoza nastaje kada glukoza i fruktoza tvore disaharid. Kako je fruktoza slađa od saharoze, kad se saharoza hidrolizira u sastavne dijelove, otopina postaje još slađa. Pčele hidroliziraju saharozu u glukozu i fruktozu. Zato je med tako sladak.

Da biste razgradili saharozu, morate imati enzim sukrazu.

Laktoza je šećer koji se nalazi u mlijeku. Nalazi se u mlijeku ljudi i drugih sisavaca. Laktoza se sastoji od galaktoze i glukoze. Nije ni približno slatko kao saharoza (kao što biste vjerojatno mogli pretpostaviti, jer mlijeko nije slatko kao šećer!).

Da biste razgradili laktozu na sastavne dijelove, morate imati enzim laktazu. Pojedinci koji nemaju laktazu nazivaju se "netolerantnim na laktozu". Mnogi ljudi pomalo ne podnose laktozu; oni to jednostavno ne bi mogli znati.

Maltoza je disaharid koji tvore dva monomera glukoze. Da bi razgradio maltozu, ljudskom tijelu je potreban enzim maltaza.

Polisaharidi su lanci monosaharida pridruženi mnogim glikozidnim vezama. Polisaharidi su najzastupljenije molekule ugljikohidrata koje se nalaze u živim organizmima jer služe različitim funkcijama, uključujući pružanje strukture biljkama i skladištenje energije.

Nastaju reakcijom između alkoholne (-OH) skupine jedne molekule glukoze i alkoholne skupine na drugoj molekuli glukoze, stvarajući veze. Te se veze iznova izrađuju između monosaharida. Ova vrsta reakcije naziva se reakcija kondenzacijske polimerizacije (ili sinteza dehidracije) jer molekula vode nastaje iz OH funkcionalne skupine jednog alkohola, a H iz drugog alkohol.

Škrob je jedan od najvažnijih ugljikohidrata jer čini velik dio ljudske prehrane. Škrob je polimer koji skladišti glukozu u biljkama, posebno u gomoljima (mislite na krumpir). Iako ljudi mogu jesti škrob za energiju, biljke također mogu razgraditi škrob i koristiti glukozu za energiju kad ne mogu toliko fotosintetizirati.

Ovaj polisaharid izrađen je od amiloze (lanci glukoze) i amilopektina (razgranati lanci glukoze).

Kako bi razgradio škrob, ljudsko tijelo koristi mnoge enzime koji su zajednički poznati kao amilaze. Ti enzimi razlažu duge lance škroba na manje jedinice koje ljudsko tijelo može metabolizirati. Amilaze se mogu naći u ustima. Zato probava započinje u ustima.

Celuloza je ugljikohidrat koji se nalazi u biljkama. To je vitalna strukturna komponenta zidova biljnih stanica. Možete ga pronaći i u različitim biljnim vlaknima poput pamučnih. Bez celuloze biljke bi bile puno mlitavije.

Celuloza je linearni polimer glukoze. Ljudi ne mogu probaviti određenu konformaciju glikozidnih veza u celulozi. Kao takvi, ljudi mogu jesti škrob, ali ne i celulozu.

Glikogen je polisaharid koji životinje koriste za pohranu energije. Glikogen, koji se sastoji od jako razgranatih lanaca glukoze, prvenstveno se pohranjuje u jetri. Kad ništa ne jedete ili ste natašte, vaše tijelo koristi glikogen koji se nalazi u tim trgovinama kako bi dobilo glukozu koja vam je potrebna kao izvor energije.