מולקולות פחמימות: מבנה, סוגים שונים ודוגמאות

חומרים טבעיים רבים הם פולימרים, כולל תאית עץ ופחמימות במזון. אלה נקראים ביו-פולימרים, והם מולקולות ענק העשויות משרשראות או רשתות של מולקולות אורגניות קטנות מקושרות. ארבע משיעורי המולקולות הביולוגיות החשובות ביותר הם חלבונים, ליפידים, חומצות גרעין ופחמימות. מאמר זה חולק סקירה כללית של אטומי הפחמן הנקראים פחמימות, מה הם ומדוע הם חשובים.

כפי שהשם מרמז, פחמימות הן הידרטים של פחמן. פירוש הדבר שיש להם פחמן, מימן וחמצן. באופן כללי, הנוסחה למולקולת פחמימות היא CH₂O, והיחס האלמנטרי לפחמימה הוא 1: 2: 1 עבור C: H: O.

להכיןפּוֹלִימֵרמכל סוג שהוא, אתה צריך מונומרים. מונומרים הם היחידות הבודדות המהוות אבני הבניין של השרשרת הארוכה יותר. מונומרים של פחמימות הם חד סוכרים. חד סוכרים ניתן למצוא בשרשרת פחמן ישרה או בטבעת. לכל החד סוכרים הנוסחה C₆ה₁₂או₆. ככאלה, הם איזומרים מבניים. דוגמאות לחד-סוכרים שונים יובאו בסעיף להלן. חד-סוכרים הם מה שמכונה סוכרים פשוטים.

דיסאכרידים נוצרים באמצעות תגובת התייבשות המאפשרת חד-סוכרים להתאחד. התייבשות מתמשכת גורמת לתוספת של מונומרים נוספים ליצירת רב סוכר.

פחמימות פשוטות נקראות סוכרים פשוטים. פוליסכרידים הם מה שמכונה פחמימות מורכבות. מבחינה כימית, זה אומר שלוש או יותר סוכרים מקושרים. להלן דוגמאות לדיסאכרידים ופוליסכרידים נפוצים.

גלוקוז הוא הפחמימה הנפוצה ביותר ואחת החשובות ביותר. גלוקוז הוא אלדוז (בצורת השרשרת, הוא מכיל אלדהיד) והקסוז (סוכר בעל שש פחמן). בתמיסה מימית, הגלוקוז נמצא בעיקר בצורה המחזורית.

גלוקוז מיוצר על ידי צמחים במהלך פוטוסינתזה באמצעות פחמן דו חמצני ואור שמש. מולקולות גלוקוז מיוצרות עמילן לאחסון בצמחים. אנשים מקבלים גלוקוז על ידי אכילת צמחים.

בני אדם משתמשים בגלוקוז לאנרגיה. תהליכי הגליקוליזה והנשימה התאית מאפשרים לתא לפרק מולקולות גלוקוז כדרך להפיק אנרגיה מהמזון שאתם אוכלים. כתוצאה מנשימה תאית, בסופו של דבר אתה מחדש מולקולות ATP, שהן מטבע האנרגיה של הגוף.

פרוקטוז הוא מונוסכריד נפוץ נוסף. אולי שמעת על "פרוקטוז גבוה" במזונות ובמשקאות. זה הפרוקטוז שעליו הם מדברים! פרוקטוז הוא הקסוז בדיוק כמו גלוקוז, אך הוא קטוז במקום אלדוז. סוכר השולחן הנפוץ הוא דו-סוכר המורכב ממולקולת גלוקוז וממולקולת פרוקטוז. סוכר לשולחן מכונה כימית סוכרוז, ותוכלו לקרוא על כך בהמשך.

גלקטוז הוא חד סוכר נוסף שהוא אלדוז והקסוז. זה נמצא בדרך כלל כמו חד סוכר באפונה.

גלקטוזמיה היא מחלה בה האנזים הדרוש להמרת גלקטוז לגלוקוז אינו קיים. זו בעיה גדולה עבור תינוקות אם לא נתפסים מוקדם. ללא האנזים, רמות הגלקטוז בדם גבוהות ועלולות לגרום למגוון תסמינים, כולל ירידה במשקל וצהבת. אם נמצא מוקדם, אזי ניתן להסיר את כל מקורות הגלקטוז מהתזונה של הילד. בסופו של דבר, הילד מפתח מסלול חלופי למטבוליזם של גלקטוז.

אולי שמעתם על סוכר זה כחלק מסוג אחר של מקרומולקולה ביולוגית חשובה: חומצות גרעין. ריבוז ודאוקסיריבוז הם חלקים חשובים של חומצות גרעין. הם מרכיבים את עמוד השדרה הסוכר-פוספט. ריבוז נמצא ב- RNA, ודאוקסיריבוז נמצא ב- DNA.

דיסאכרידים נוצרים באמצעותתגובת התייבשות. לדוגמא, כאשר שתי מולקולות גלוקוז יוצרות דו-סוכר, קבוצת האלכוהול על גלוקוז אחד והמימן מקבוצת האלכוהול על אלכוהול אחר יוצרים מים. מה שנשאר הוא קשר דרך חמצן בין שני המונומרים. הצמדה זו נקראת הצמדה גליקוזידית או קשר גליקוזידי.

לא ניתן לחילוף חומרים של סוכרים על ידי בני אדם. למה? ובכן, סוכר גדול מכדי לעבור דרך קרום התא. כתוצאה מכך, תחילה יש לפרק כל דיסאכרידים (או שרשראות גדולות יותר) על ידי אנזים. לאחר מכן, ניתן לחילוף חומרים חד סוכרים המרכיבים.

אתה כנראה מכיר מאוד את הסוכרוז. סוכרוז ידוע גם בשם סוכר שולחני או סתם סוכר. סוכרוז הוא הסוכר שאתה מוסיף לתערובת כשאתה מנסה להכין עוגה.

סוכרוז מיוצר כאשר גלוקוז ופרוקטוז יוצרים סוכר. מכיוון שפרוקטוז מתוק יותר מסוכרוז, כאשר הסוכרוז ממידרג לחלקיו המרכיבים, התמיסה הופכת למתוקה עוד יותר. דבורים הידרוליזות סוכרוז לגלוקוז ופרוקטוז. לכן דבש כל כך מתוק.

על מנת לפרק סוכרוז, עליך לקבל את האנזים סוכרזיה.

לקטוז הוא הסוכר המצוי בחלב. הוא נמצא בחלב של בני אדם ויונקים אחרים. לקטוז מורכב מגלקטוז וגלוקוז. זה כמעט לא מתוק כמו סוכרוז (כפי שאתה בטח יכול לנחש, מכיוון שחלב הוא לא מתוק כמו סוכר!).

על מנת לפרק לקטוז לחלקיו המרכיבים, עליך לקבל את האנזים לקטאז. אנשים שאין להם לקטאז מכונים "חסרי סובלנות ללקטוז". אנשים רבים מעט סובלניים מלקטוז; הם פשוט לא יכולים לדעת את זה.

מלטוז הוא דו-סוכר שנוצר על ידי שני מונומרים גלוקוזיים. על מנת לפרק מלטוז, גוף האדם זקוק לאנזים מלטאז.

פוליסכרידים הם שרשראות של חד-סוכרים המצטרפים לחיבורים גליקוזידיים רבים. פוליסכרידים הם מולקולות הפחמימות הנפוצות ביותר הנמצאות באורגניזמים חיים מכיוון שהן משרתות מגוון פונקציות, כולל מתן מבנה לצמחים ואחסון אנרגיה.

הם נוצרים על ידי התגובה בין קבוצת האלכוהול (-OH) של מולקולת גלוקוז אחת לקבוצת האלכוהול על מולקולת גלוקוז אחרת, ויוצרים קשרים. קישורים אלה נעשים שוב ושוב בין חד סוכרים. תגובה מסוג זה נקראת תגובת פילמור עיבוי (או סינתזת התייבשות) מכיוון שמולקולת מים נוצרת מקבוצה פונקציונלית של OH של אלכוהול אחד ו- H מהשנייה כּוֹהֶל.

עמילן הוא אחד הפחמימות החשובות ביותר מכיוון שהוא מהווה חלק גדול מהתזונה האנושית. עמילן הוא פולימר המאחסן גלוקוז בצמחים, במיוחד פקעות (חושב תפוחי אדמה). בעוד שבני אדם יכולים לאכול עמילן לצורך אנרגיה, צמחים יכולים גם לפרק עמילן ולהשתמש בגלוקוזה לאנרגיה כאשר הם אינם יכולים לפוטוסינתזה באותה מידה.

רב-סוכר זה עשוי מאמילוז (שרשראות גלוקוז) ועמילופקטין (שרשראות מסועפות של גלוקוז).

על מנת לפרק עמילן, גוף האדם עושה שימוש באנזימים רבים הידועים ביחד כעמילאזות. אנזימים אלו מפרקים את שרשראות העמילן הארוכות ליחידות קטנות יותר שגוף האדם יכול לחילוף חומרים. ניתן למצוא עמילאזות בפה. לכן העיכול מתחיל בפה.

תאית היא פחמימה המצויה בצמחים. זהו מרכיב מבני חיוני בדפנות תאי הצמח. אתה יכול למצוא אותו גם בסיבים צמחיים שונים כמו של כותנה. ללא תאית, צמחים יהיו הרבה יותר קלים.

תאית היא פולימר ליניארי של גלוקוז. הקונפורמציה המסוימת של ההצמדות הגליקוזידיות בתאית אינה ניתנת לעיכול על ידי בני האדם. ככאלה, בני אדם יכולים לאכול עמילן אך לא תאית.

גליקוגן הוא הרב-סוכר בו משתמשים בעלי חיים לאחסון אנרגיה. גליקוגן, המורכב משרשראות מסועפות מאוד של גלוקוז, מאוחסן בעיקר בכבד. כאשר אינך אוכל דבר או נמצא בצום, גופך משתמש בגליקוגן המצוי במאגרים אלה כדי להשיג את הגלוקוז הדרוש לך כמקור אנרגיה.