Karbohydratmolekyler: Struktur, forskjellige typer og eksempler

Mange naturlige materialer er polymerer, inkludert cellulose av tre og karbohydrater i maten. Disse kalles biopolymerer, og de er gigantiske molekyler laget av kjeder eller nettverk av sammenkoblede små organiske molekyler. Fire av de viktigste biologiske molekylklassene er proteiner, lipider, nukleinsyrer og karbohydrater. Denne artikkelen deler en generell oversikt over karbonatomer som kalles karbohydrater, hva de er og hvorfor de er viktige.

Som navnet antyder er karbohydrater hydrater av karbon. Dette betyr at de har karbon, hydrogen og oksygen. Generelt er formelen for et karbohydratmolekyl CH₂O, og grunnforholdet for et karbohydrat er 1: 2: 1 for C: H: O.

Å lage enpolymerav noe slag trenger du monomerer. Monomerer er de enkelte enhetene som er byggesteinene i den lengre kjeden. Monomerer av karbohydrater er monosakkarider. Monosakkarider kan finnes i enten en rett karbonkjede eller i en ring. Alle monosakkarider har formelen C₆H₁₂O₆. Som sådan er de strukturelle isomerer. Eksempler på forskjellige monosakkarider vil bli gitt i avsnittet nedenfor. Monosakkarider er det som er kjent som enkle sukkerarter.

Disakkarider dannes gjennom en dehydreringsreaksjon som gjør det mulig for monosakkarider å komme sammen. Fortsatt dehydrering resulterer i tilsetning av flere monomerer for å danne et polysakkarid.

Enkle karbohydrater kalles enkle sukkerarter. Polysakkarider er det som er kjent som komplekse karbohydrater. Kjemisk betyr det tre eller flere sammenkoblede sukkerarter. Eksempler på vanlige disakkarider og polysakkarider er gitt nedenfor.

Glukose er det vanligste karbohydratet og et av de viktigste. Glukose er en aldose (i kjedeform inneholder den et aldehyd) og en heksose (seks-karbon sukker). I vandig løsning finnes glukose primært i syklisk form.

Glukose produseres av planter under fotosyntese ved å bruke karbondioksid og sollys. Glukosemolekyler blir laget til stivelse for lagring i planter. Folk får glukose ved å spise planter.

Mennesker bruker glukose til energi. Prosessene med glykolyse og cellulær respirasjon gjør det mulig for cellen å bryte ned glukosemolekyler som en måte å utvinne energi fra maten du spiser. Som et resultat av cellulær respirasjon, ender du opp med å regenerere ATP-molekyler, som er kroppens energivaluta.

Fruktose er et annet vanlig monosakkarid. Du har kanskje hørt om "høy fruktose" i mat og drikke. Dette er fruktosen de snakker om! Fruktose er en heksose akkurat som glukose, men det er en ketose i stedet for en aldose. Det vanlige bordsukkeret er et disakkarid laget av et glukosemolekyl og et fruktosemolekyl. Bordsukker er kjemisk kjent som sukrose, og du kan lese mer om det nedenfor.

Galaktose er et annet monosakkarid som er en aldose og en heksose. Det er ofte funnet som et monosakkarid i erter.

Galaktosemi er en sykdom der enzymet som trengs for å omdanne galaktose til glukose ikke er tilstede. Dette er et stort problem for nyfødte hvis ikke fanget tidlig. Uten enzymet er blodgalaktosenivået høyt og kan forårsake en rekke symptomer, inkludert vekttap og gulsott. Hvis de blir funnet tidlig, kan alle kilder til galaktose fjernes fra barnets diett. Til slutt utvikler barnet en alternativ vei for metabolisering av galaktose.

Du har kanskje hørt om dette sukkeret som en del av en annen type viktig biologisk makromolekyl: nukleinsyrer. Ribose og deoksyribose er viktige deler av nukleinsyrer. De utgjør sukker-fosfat ryggraden. Ribose finnes i RNA, og deoksyribose finnes i DNA.

Disakkarider dannes gjennom endehydrering reaksjon. For eksempel, når to glukosemolekyler danner et disakkarid, danner alkoholgruppen på en glukose og hydrogenet fra alkoholgruppen på en annen alkohol vann. Det som er igjen er en binding gjennom et oksygen mellom de to monomerene. Denne koblingen kalles glykosidbinding eller glykosidbinding.

Disakkarider kan ikke metaboliseres av mennesker. Hvorfor? Vel, et disakkarid er for stort til å passere gjennom cellemembranen. Som et resultat må eventuelle disakkarider (eller større kjeder) først brytes ned av et enzym. Etter dette kan de sammensatte monosakkaridene metaboliseres.

Du er sannsynligvis veldig kjent med sukrose. Sukrose er også kjent som sukker. Sukrose er sukkeret du tilsetter blandingen når du prøver å lage en kake.

Sukrose lages når glukose og fruktose danner et disakkarid. Ettersom fruktose er søtere enn sukrose, når sukrose hydrolyseres i komponentene, blir løsningen enda søtere. Bier hydrolyserer sukrose i glukose og fruktose. Derfor er honning så søt.

For å bryte ned sukrose, må du ha enzymet sucrase.

Laktose er sukkeret som finnes i melk. Det finnes i melk hos mennesker og andre pattedyr. Laktose er sammensatt av galaktose og glukose. Det er ikke så søtt som sukrose (som du sikkert kunne gjette, siden melk ikke er så søt som sukker!).

For å bryte ned laktose i komponentene, må du ha enzymet laktase. Personer som ikke har laktase, blir betegnet som "laktoseintolerant." Mange mennesker er noe laktoseintolerante; de vet kanskje ikke det.

Maltose er et disakkarid dannet av to glukosemonomerer. For å bryte ned maltose trenger menneskekroppen enzymet maltase.

Polysakkarider er kjeder av monosakkarider sammen med mange glykosidiske bindinger. Polysakkarider er de mest utbredte karbohydratmolekylene som finnes i levende organismer fordi de tjener en rekke funksjoner, inkludert å gi struktur til planter og lagre energi.

De dannes av reaksjonen mellom alkohol (-OH) -gruppen i ett glukosemolekyl og alkoholgruppen på et annet glukosemolekyl, og skaper koblinger. Disse koblingene blir laget om og om igjen mellom monosakkarider. Denne typen reaksjon kalles en kondensasjonspolymerisasjonsreaksjon (eller dehydratiseringssyntese) fordi et vannmolekyl dannes fra den OH-funksjonelle gruppen av den ene alkoholen og H fra den andre alkohol.

Stivelse er et av de viktigste karbohydratene, da det utgjør en stor del av det menneskelige kostholdet. Stivelse er en polymer som lagrer glukose i planter, spesielt knoller (tenk poteter). Mens mennesker kan spise stivelse for energi, kan planter også bryte ned stivelse og bruke glukosen til energi når de ikke kan fotosyntetere så mye.

Dette polysakkaridet er laget av amylose (kjeder av glukose) og amylopektin (forgrenede kjeder av glukose).

For å bryte ned stivelse, bruker menneskekroppen mange enzymer som kjent er amylaser. Disse enzymene bryter ned de lange kjedene av stivelse i mindre enheter som menneskekroppen kan metabolisere. Amylaser kan bli funnet i munnen din. Derfor begynner fordøyelsen i munnen din.

Cellulose er et karbohydrat som finnes i planter. Det er en viktig strukturell komponent av veggene til planteceller. Du kan også finne den i forskjellige vegetabilske fibre som bomull. Uten cellulose ville planter vært mye floppier.

Cellulose er en lineær polymer av glukose. Den spesielle konformasjonen av glykosidbindinger i cellulose er ikke fordøyelig for mennesker. Som sådan kan mennesker spise stivelse, men ikke cellulose.

Glykogen er polysakkaridet som dyr bruker for å lagre energi. Glykogen, som består av høyt forgrenede kjeder av glukose, lagres primært i leveren. Når du ikke spiser noe eller er i faste tilstand, bruker kroppen glykogenet som er i disse butikkene for å skaffe glukosen du trenger som en energikilde.