Molekule ogljikovih hidratov: zgradba, različne vrste in primeri

Številni naravni materiali so polimeri, vključno z lesno celulozo in ogljikovimi hidrati v hrani. Temu rečemo biopolimeri in so velikanske molekule iz verig ali mrež povezanih majhnih organskih molekul. Štirje najpomembnejši razredi bioloških molekul so beljakovine, lipidi, nukleinske kisline in ogljikovi hidrati. Ta članek deli splošen pregled ogljikovih atomov, imenovanih ogljikovi hidrati, kaj so in zakaj so pomembni.

Kot že ime pove, so ogljikovi hidrati ogljikovi hidrati. To pomeni, da imajo ogljik, vodik in kisik. Na splošno je formula za molekulo ogljikovih hidratov CH₂O, in razmerje elementov za ogljikove hidrate je 1: 2: 1 za C: H: O.

Če želite nareditipolimerkakršne koli vrste, potrebujete monomere. Monomeri so posamezne enote, ki so gradniki daljše verige. Monomeri ogljikovih hidratov so monosaharidi. Monosaharide najdemo v ravni ogljikovi verigi ali v obroču. Vsi monosaharidi imajo formulo C.₆H₁₂O₆. Kot taki so strukturni izomeri. Primeri različnih monosaharidov bodo podani v spodnjem oddelku. Monosaharidi so tako imenovani preprosti sladkorji.

Dihaharidi nastajajo z reakcijo dehidracije, ki omogoča, da se monosaharidi združijo. Nadaljevanje dehidracije povzroči dodajanje več monomerov, da nastane polisaharid.

Preprosti ogljikovi hidrati se imenujejo preprosti sladkorji. Polisaharidi so tako imenovani kompleksni ogljikovi hidrati. Kemično to pomeni tri ali več povezanih sladkorjev. Primeri pogostih disaharidov in polisaharidov so navedeni spodaj.

Glukoza je najpogostejši ogljikov hidrat in eden najpomembnejših. Glukoza je aldoza (v verižni obliki vsebuje aldehid) in heksoza (šest-ogljikov sladkor). V vodni raztopini se glukoza nahaja predvsem v ciklični obliki.

Glukozo rastline proizvajajo med fotosintezo z uporabo ogljikovega dioksida in sončne svetlobe. Iz molekul glukoze se v škrob shrani v rastlinah. Ljudje glukozo dobijo z uživanjem rastlin.

Ljudje glukozo uporabljamo za energijo. Procesi glikolize in celičnega dihanja omogočajo celici, da razgradi molekule glukoze kot način pridobivanja energije iz hrane, ki jo jeste. Kot rezultat celičnega dihanja na koncu regenerirate molekule ATP, ki so energijska valuta telesa.

Fruktoza je še en pogost monosaharid. Morda ste že slišali za "visoko vsebnost fruktoze" v živilih in pijačah. To je fruktoza, o kateri govorijo! Fruktoza je heksoza, tako kot glukoza, vendar je ketoza namesto aldoze. Običajni namizni sladkor je disaharid iz molekule glukoze in molekule fruktoze. Namizni sladkor je kemično znan kot saharoza, več o tem pa si lahko preberete spodaj.

Galaktoza je še en monosaharid, ki je aldoza in heksoza. Pogosto ga najdemo kot monosaharid v grahu.

Galaktozemija je bolezen, pri kateri encim, potreben za pretvorbo galaktoze v glukozo, ni prisoten. To je velik problem za novorojenčke, če jih ne ujamejo zgodaj. Brez encima so ravni galaktoze v krvi visoke in lahko povzročijo različne simptome, vključno z izgubo teže in zlatenico. Če ga najdemo zgodaj, lahko iz otrokove prehrane odstranimo vse vire galaktoze. Sčasoma otrok razvije alternativno pot za presnovo galaktoze.

Morda ste za ta sladkor slišali kot del druge vrste pomembne biološke makromolekule: nukleinskih kislin. Riboza in deoksiriboza sta pomembna dela nukleinskih kislin. Sestavljajo ogrodje sladkorja-fosfata. Riboza se nahaja v RNK, deoksiriboza pa v DNK.

Dihaharidi se tvorijo skozireakcija dehidracije. Na primer, ko dve molekuli glukoze tvorita disaharid, alkoholna skupina na eni glukozi in vodik iz alkoholne skupine na drugi alkohol tvorita vodo. Preostala je vez skozi kisik med obema monomeroma. Ta vez se imenuje glikozidna vez ali glikozidna vez.

Človek ne more presnavljati disaharidov. Zakaj? No, disaharid je prevelik, da bi šel skozi celično membrano. Posledično mora vse disaharide (ali večje verige) najprej razgraditi encim. Po tem se lahko sestavljeni monosaharidi presnovijo.

Verjetno dobro poznate saharozo. Saharoza je znana tudi kot namizni sladkor ali samo sladkor. Saharoza je sladkor, ki ga dodate mešanici, ko poskušate narediti torto.

Saharoza nastane, kadar glukoza in fruktoza tvorita disaharid. Ker je fruktoza slajša od saharoze, se ob hidrolizi saharoze v sestavne dele raztopina še slajša. Čebele hidrolizirajo saharozo v glukozo in fruktozo. Zato je med tako sladek.

Če želite razgraditi saharozo, morate imeti encim saharozo.

Laktoza je sladkor v mleku. Najdemo ga v mleku ljudi in drugih sesalcev. Laktoza je sestavljena iz galaktoze in glukoze. Ni skoraj tako sladek kot saharoza (kot ste verjetno uganili, saj mleko ni tako sladko kot sladkor!).

Če želite razgraditi laktozo na sestavne dele, morate imeti encim laktazo. Osebe, ki nimajo laktaze, imenujemo "laktozna intoleranca". Mnogi ljudje nekoliko ne prenašajo laktoze; morda tega ne bi vedeli.

Maltoza je disaharid, ki ga tvorita dva monomera glukoze. Za razgradnjo maltoze človeško telo potrebuje encim maltazo.

Polisaharidi so verige monosaharidov, ki jih povezuje veliko glikozidnih vezi. Polisaharidi so najpogostejše molekule ogljikovih hidratov, ki jih najdemo v živih organizmih, saj imajo različne funkcije, vključno z zagotavljanjem strukture rastlinam in shranjevanjem energije.

Nastanejo z reakcijo med alkoholno (-OH) skupino ene molekule glukoze in alkoholno skupino na drugi molekuli glukoze, kar ustvarja povezave. Te povezave se vedno znova tvorijo med monosaharidi. Ta vrsta reakcije se imenuje reakcija kondenzacijske polimerizacije (ali sinteza dehidracije) ker molekula vode nastane iz funkcionalne skupine OH enega alkohola in H iz drugega alkohol.

Škrob je eden najpomembnejših ogljikovih hidratov, saj predstavlja velik del človeške prehrane. Škrob je polimer, ki shranjuje glukozo v rastlinah, zlasti v gomoljih (pomislite na krompir). Medtem ko lahko ljudje škrob jedo za energijo, lahko rastline škrob tudi razgradijo in glukozo porabijo za energijo, kadar fotosinteze ne morejo toliko.

Ta polisaharid je narejen iz amiloze (verige glukoze) in amilopektina (razvejane verige glukoze).

Za razgradnjo škroba človeško telo uporablja številne encime, ki jih skupaj poznamo kot amilaze. Ti encimi razgradijo dolge verige škroba na manjše enote, ki jih človeško telo lahko presnovi. Amilaze lahko najdemo v ustih. Zato se prebava začne v ustih.

Celuloza je ogljikov hidrat, ki ga najdemo v rastlinah. Je vitalna strukturna sestavina sten rastlinskih celic. Najdete ga tudi v različnih rastlinskih vlaknih, kot so bombažna. Brez celuloze bi bile rastline veliko bolj flopične.

Celuloza je linearni polimer glukoze. Človek ne prebavi posebne oblike glikozidnih vezi v celulozi. Kot taki lahko ljudje jemo škrob, ne pa tudi celuloze.

Glikogen je polisaharid, ki ga živali uporabljajo za shranjevanje energije. Glikogen, ki je sestavljen iz močno razvejanih verig glukoze, je v glavnem shranjen v jetrih. Ko ničesar ne jeste ali ste na tešče, vaše telo z glikogenom, ki je v teh trgovinah, pridobi glukozo, ki jo potrebujete kot vir energije.