Szénhidrátmolekulák: szerkezet, különféle típusok és példák

Sok természetes anyag polimer, beleértve a fa cellulózát és az élelmiszerekben található szénhidrátokat. Ezeket biopolimereknek nevezzük, és óriási molekulák, amelyek összekapcsolt kis szerves molekulák láncaiból vagy hálózataiból állnak. A legfontosabb biológiai molekulacsoportok közül négy a fehérjék, lipidek, nukleinsavak és szénhidrátok. Ez a cikk általános áttekintést nyújt a szénhidrátoknak nevezett szénatomokról, mik azok és miért fontosak.

Ahogy a neve is sugallja, a szénhidrátok a szénhidrátok. Ez azt jelenti, hogy szén, hidrogén és oxigén van bennük. Általában a szénhidrátmolekula képlete CH₂O, és a szénhidrát elemi aránya 1: 2: 1 a C: H: O esetében.

Hogy apolimerbármiféle monomerekre van szükség. A monomerek azok az egyes egységek, amelyek a hosszabb lánc építőelemei. A szénhidrátok monomerjei monoszacharidok. A monoszacharidok egyenes szénláncban vagy gyűrűben találhatók. Valamennyi monoszacharidnak C képlete van₆H₁₂O₆. Mint ilyenek, szerkezeti izomerek. Különböző monoszacharidokra példákat adunk az alábbi szakaszban. A monoszacharidok az úgynevezett egyszerű cukrok.

A diszacharidok dehidratációs reakció útján keletkeznek, amely lehetővé teszi a monoszacharidok összejövetelét. A folyamatos dehidratáció több monomer hozzáadását eredményezi, hogy poliszacharidot képezzen.

Az egyszerű szénhidrátokat egyszerű cukroknak nevezzük. A poliszacharidok az úgynevezett komplex szénhidrátok. Kémiailag ez három vagy több kapcsolt cukrot jelent. Az alábbiakban közönséges diszacharidokra és poliszacharidokra mutatunk be példákat.

A glükóz a leggyakoribb szénhidrát és az egyik legfontosabb. A glükóz egy aldóz (lánc formájában aldehidet tartalmaz) és egy hexóz (hatszén-cukor). Vizes oldatban a glükóz elsősorban ciklikus formában található meg.

A glükózt a növények fotoszintézis során állítják elő szén-dioxid és napfény felhasználásával. A glükózmolekulákból keményítőt készítenek növényekben történő tárolás céljából. Az emberek növényeket fogyasztva kapnak glükózt.

Az emberek energiához glükózt használnak. A glikolízis és a sejtlégzés folyamatai lehetővé teszik a sejtek számára, hogy lebontják a glükózmolekulákat, így energiát nyerhetnek ki az elfogyasztott ételből. A sejtlégzés eredményeként az ATP-molekulák regenerálódnak, amelyek a test energiavalutája.

A fruktóz egy másik gyakori monoszacharid. Lehet, hogy hallottál az ételek és italok „magas fruktóz-tartalmáról”. Ez a fruktóz, amiről beszélnek! A fruktóz ugyanúgy hexóz, mint a glükóz, de az aldóz helyett ketóz. Az általános asztali cukor egy glükózmolekulából és egy fruktózmolekulából készült diszacharid. Az asztali cukor kémiailag szacharóz néven ismert, és erről alább olvashat.

A galaktóz egy másik monoszacharid, amely aldóz és hexóz. A borsóban általában monoszacharidként található meg.

A galaktozémia olyan betegség, amelyben nincs jelen a galaktóz glükózzá alakításához szükséges enzim. Ez nagy probléma az újszülöttek számára, ha korán nem kapják el őket. Enzim nélkül a vér galaktózszintje magas, és különféle tüneteket okozhat, beleértve a fogyást és a sárgaságot. Ha korán megtalálják, akkor a galaktóz minden forrása eltávolítható a gyermek étrendjéből. Végül a gyermek alternatív utat alakít ki a galaktóz metabolizálására.

Lehet, hogy hallott erről a cukorról egy másik fontos biológiai makromolekula részeként: a nukleinsavak. A ribóz és a dezoxiribóz a nukleinsavak fontos részei. Ezek alkotják a cukor-foszfát gerincet. A ribóz megtalálható az RNS-ben, a dezoxiribóz pedig a DNS-ben.

A diszacharidok adehidrációs reakció. Például, amikor két glükózmolekula diszacharidot képez, az egyik glükózon lévő alkoholcsoport, a másik alkoholcsoportnál lévő hidrogén pedig vizet képez. Maradt egy oxigénen keresztüli kötés a két monomer között. Ezt a kötést glikozidos kötésnek vagy glikozidos kötésnek nevezzük.

A diszacharidokat az ember nem tudja metabolizálni. Miért? Nos, egy diszacharid túl nagy ahhoz, hogy áthaladjon a sejtmembránon. Ennek eredményeként minden diszacharidot (vagy nagyobb láncot) először egy enzimnek kell lebontania. Ezt követően az alkotó monoszacharidok metabolizálódhatnak.

Valószínűleg nagyon jól ismeri a szacharózt. A szacharózt asztali cukornak vagy csak cukornak is nevezik. A szacharóz az a cukor, amelyet hozzáad a keverékhez, amikor tortát próbál készíteni.

A szacharóz akkor keletkezik, amikor a glükóz és a fruktóz diszacharidot képez. Mivel a fruktóz édesebb, mint a szacharóz, a szacharózt alkotórészeire hidrolizálva az oldat még édesebbé válik. A méhek hidrolizálják a szacharózt glükózzá és fruktózzá. Ezért olyan édes a méz.

A szacharóz lebontásához rendelkeznie kell a szacharóz enzimmel.

A laktóz a tejben található cukor. Emberek és más emlősök tejében található meg. A laktóz galaktózból és glükózból áll. Közel sem olyan édes, mint a szacharóz (amint azt valószínűleg kitalálhatnád, mivel a tej nem olyan édes, mint a cukor!).

A laktóz összetevőire bontásához rendelkeznie kell a laktáz enzimmel. Azokat a személyeket, akiknek nincs laktázuk, „laktóz-intoleránsnak” nevezik. Sok ember kissé laktóz-intoleráns; csak lehet, hogy nem tudják.

A maltóz egy diszacharid, amelyet két glükóz monomer alkot. A maltóz lebontásához az emberi testnek szüksége van a maltáz enzimre.

A poliszacharidok sok glikozidos kötéssel összekapcsolt monoszacharidok láncai. A poliszacharidok a leggyakoribb szénhidrátmolekulák, amelyek az élő organizmusokban megtalálhatók, mivel különféle funkciókat töltenek be, beleértve a növények szerkezetének biztosítását és az energia tárolását.

Az egyik glükózmolekula alkohol (-OH) csoportja és egy másik glükózmolekula alkoholcsoportja közötti reakció révén keletkeznek, összekapcsolódásokat létrehozva. Ezek a kapcsolatok újra és újra létrejönnek a monoszacharidok között. Ezt a fajta reakciót kondenzációs polimerizációs reakciónak (vagy dehidrációs szintézisnek) nevezzük mert az egyik alkohol OH és a másik H csoportjának funkcionális csoportjából vízmolekula képződik alkohol.

A keményítő az egyik legfontosabb szénhidrát, mivel az emberi étrend nagy részét teszi ki. A keményítő egy olyan polimer, amely glükózt tárol a növényekben, különösen a gumókban (a burgonyában). Míg az emberek energiából fogyaszthatnak keményítőt, a növények a keményítőt is lebonthatják, és energiára felhasználhatják a glükózt, ha nem képesek annyira fotoszintetizálni.

Ez a poliszacharid amilózból (glükózláncok) és amilopektinből (elágazó láncú glükózláncokból) készül.

A keményítő lebontása érdekében az emberi test számos enzimet használ együtt, amiláz néven. Ezek az enzimek a keményítő hosszú láncait kisebb egységekre bontják, amelyeket az emberi test képes metabolizálni. Az amilázok megtalálhatók a szájban. Ezért kezdődik az emésztés a szájában.

A cellulóz a növényekben található szénhidrát. A növényi sejtek falainak létfontosságú szerkezeti eleme. Különböző növényi rostokban is megtalálható, mint például a pamut. Cellulóz nélkül a növények sokkal floppierebbek lennének.

A cellulóz a glükóz lineáris polimerje. A cellulózban lévő glikozidkötések sajátos konformációját az ember nem emésztheti meg. Mint ilyen, az emberek keményítőt fogyaszthatnak, de cellulózot nem.

A glikogén az a poliszacharid, amelyet az állatok az energia tárolására használnak. Az erősen elágazó glükózláncokból álló glikogén elsősorban a májban tárolódik. Amikor nem eszel semmit, vagy éhgyomri állapotban van, teste az ezekben a raktárakban található glikogént használja fel az energiaforrásként szükséges glükóz megszerzéséhez.