Kolhydratmolekyler: struktur, olika typer och exempel

Många naturliga material är polymerer, inklusive cellulosa av trä och kolhydrater i maten. Dessa kallas biopolymerer, och de är jätte molekyler gjorda av kedjor eller nätverk av länkade små organiska molekyler. Fyra av de viktigaste biologiska molekylklasserna är proteiner, lipider, nukleinsyror och kolhydrater. Denna artikel delar en allmän översikt över kolatomerna som kallas kolhydrater, vad de är och varför de är viktiga.

Som namnet antyder är kolhydrater kolhydrater. Detta innebär att de har kol, väte och syre. I allmänhet är formeln för en kolhydratmolekyl CH₂O, och elementförhållandet för ett kolhydrat är 1: 2: 1 för C: H: O.

Att göra enpolymerav något slag behöver du monomerer. Monomerer är de enskilda enheterna som är byggstenarna för den längre kedjan. Monomererna av kolhydrater är monosackarider. Monosackarider finns i antingen en rak kolkedja eller i en ring. Alla monosackarider har formeln C₆H₁₂O₆. Som sådana är de strukturella isomerer. Exempel på olika monosackarider ges i avsnittet nedan. Monosackarider är så kallade enkla sockerarter.

Disackarider bildas genom en uttorkningsreaktion som gör det möjligt för monosackarider att komma ihop. Fortsatt uttorkning resulterar i tillsats av fler monomerer för att bilda en polysackarid.

Enkla kolhydrater kallas enkla sockerarter. Polysackarider är så kallade komplexa kolhydrater. Kemiskt betyder det tre eller flera kopplade sockerarter. Exempel på vanliga disackarider och polysackarider ges nedan.

Glukos är den vanligaste kolhydraten och en av de viktigaste. Glukos är en aldos (i kedjeform innehåller den en aldehyd) och en hexos (sexkolssocker). I vattenlösning finns glukos främst i cyklisk form.

Glukos tillverkas av växter under fotosyntes genom att använda koldioxid och solljus. Glukosmolekyler görs till stärkelse för förvaring i växter. Människor får glukos genom att äta växter.

Människor använder glukos för energi. Processerna med glykolys och cellandning möjliggör för cellen att bryta ner glukosmolekyler som ett sätt att extrahera energi från maten du äter. Som ett resultat av cellulär andning slutar du att regenerera ATP-molekyler, som är kroppens energivaluta.

Fruktos är en annan vanlig monosackarid. Du kanske har hört talas om "hög fruktos" i mat och dryck. Det här är fruktosen de pratar om! Fruktos är en hexos precis som glukos, men det är en ketos istället för en aldos. Det vanliga bordssockret är en disackarid gjord av en glukosmolekyl och en fruktosmolekyl. Bordsocker är kemiskt känt som sackaros, och du kan läsa mer om det nedan.

Galaktos är en annan monosackarid som är en aldos och en hexos. Det finns vanligtvis som en monosackarid i ärter.

Galaktosemi är en sjukdom där det enzym som behövs för att omvandla galaktos till glukos inte är närvarande. Detta är ett stort problem för nyfödda om de inte fångas tidigt. Utan enzymet är blodgalaktosnivåerna höga och kan orsaka en mängd olika symtom, inklusive viktminskning och gulsot. Om det hittas tidigt kan alla källor till galaktos tas bort från barnets kost. Så småningom utvecklar barnet en alternativ väg för metabolisering av galaktos.

Du kanske har hört talas om detta socker som en del av en annan typ av viktig biologisk makromolekyl: nukleinsyror. Ribos och deoxiribos är viktiga delar av nukleinsyror. De utgör socker-fosfat ryggraden. Ribos finns i RNA och deoxiribos finns i DNA.

Disackarider bildas genom auttorkningsreaktion. Till exempel, när två glukosmolekyler bildar en sackarid, bildar alkoholgruppen på en glukos och väte från alkoholgruppen på en annan alkohol vatten. Det som finns kvar är en bindning genom ett syre mellan de två monomererna. Denna koppling kallas en glykosidbindning eller glykosidbindning.

Disackarider kan inte metaboliseras av människor. Varför? En disackarid är för stor för att passera genom cellmembranet. Som ett resultat måste eventuella disackarider (eller större kedjor) först brytas ned av ett enzym. Efter detta kan de ingående monosackariderna metaboliseras.

Du är nog mycket bekant med sackaros. Sackaros är också känd som bordssocker eller bara socker. Sackaros är det socker du lägger till blandningen när du försöker göra en tårta.

Sackaros framställs när glukos och fruktos bildar en sackarid. Eftersom fruktos är sötare än sackaros blir lösningen ännu sötare när sackaros hydrolyseras i dess komponenter. Bin hydrolyserar sackaros till glukos och fruktos. Det är därför honung är så söt.

För att bryta ner sackaros måste du ha enzymet sucrase.

Laktos är det socker som finns i mjölk. Det finns i mjölken hos människor och andra däggdjur. Laktos består av galaktos och glukos. Det är inte så söt som sackaros (som du antagligen kan gissa, eftersom mjölk inte är så söt som socker!).

För att bryta ner laktos i dess komponenter måste du ha enzymet laktas. Individer som inte har laktas kallas laktosintoleranta. Många människor är något laktosintoleranta. de kanske bara inte vet det.

Maltos är en disackarid bildad av två glukosmonomerer. För att bryta ner maltos behöver människokroppen enzymet maltas.

Polysackarider är kedjor av monosackarider förenade med många glykosidbindningar. Polysackarider är de mest förekommande kolhydratmolekylerna som finns i levande organismer eftersom de tjänar en mängd olika funktioner, inklusive att ge struktur till växter och lagra energi.

De bildas genom reaktionen mellan alkohol (-OH) -gruppen i en glukosmolekyl och alkoholgruppen på en annan glukosmolekyl, vilket skapar kopplingar. Dessa kopplingar görs om och om igen mellan monosackarider. Denna typ av reaktion kallas en kondensationspolymerisationsreaktion (eller uttorkningssyntes) eftersom en vattenmolekyl bildas från den OH-funktionella gruppen av en alkohol och H från den andra alkohol.

Stärkelse är en av de viktigaste kolhydraterna eftersom den utgör en stor del av den mänskliga kosten. Stärkelse är en polymer som lagrar glukos i växter, särskilt knölar (tänk potatis). Medan människor kan äta stärkelse för energi kan växter också bryta ner stärkelse och använda glukosen för energi när de inte kan fotosyntetisera så mycket.

Denna polysackarid är gjord av amylos (kedjor av glukos) och amylopektin (grenade kedjor av glukos).

För att bryta ner stärkelse använder människokroppen många enzymer som samlas som amylaser. Dessa enzymer bryter ner de långa kedjorna av stärkelse till mindre enheter som människokroppen kan metabolisera. Amylaser finns i munnen. Det är därför matsmältningen börjar i munnen.

Cellulosa är ett kolhydrat som finns i växter. Det är en viktig strukturell komponent av väggcellernas väggar. Du kan också hitta den i olika vegetabiliska fibrer som bomull. Utan cellulosa skulle växter vara mycket floppier.

Cellulosa är en linjär polymer av glukos. Den specifika konformationen av glykosidbindningarna i cellulosa är inte smältbar av människor. Som sådan kan människor äta stärkelse men inte cellulosa.

Glykogen är polysackariden som djur använder för att lagra energi. Glykogen, som består av starkt grenade kedjor av glukos, lagras främst i levern. När du inte äter något eller är i ett fastande tillstånd använder din kropp glykogenen i dessa butiker för att få den glukos du behöver som energikälla.