โมเลกุลคาร์โบไฮเดรต: โครงสร้าง ชนิด & ตัวอย่างต่างๆ Different

วัสดุธรรมชาติหลายชนิด ได้แก่ โพลีเมอร์ รวมถึงเซลลูโลสจากไม้และคาร์โบไฮเดรตในอาหาร สิ่งเหล่านี้เรียกว่าพอลิเมอร์ชีวภาพและเป็นโมเลกุลขนาดยักษ์ที่ทำจากโซ่หรือเครือข่ายของโมเลกุลอินทรีย์ขนาดเล็กที่เชื่อมโยงกัน โมเลกุลทางชีววิทยาที่สำคัญที่สุดสี่กลุ่ม ได้แก่ โปรตีน ไขมัน กรดนิวคลีอิก และคาร์โบไฮเดรต บทความนี้จะแบ่งปันภาพรวมทั่วไปของอะตอมของคาร์บอนที่เรียกว่าคาร์โบไฮเดรต มันคืออะไรและทำไมจึงมีความสำคัญ

ตามชื่อที่แนะนำ คาร์โบไฮเดรตคือไฮเดรตของคาร์บอน ซึ่งหมายความว่าพวกมันมีคาร์บอน ไฮโดรเจน และออกซิเจน โดยทั่วไป สูตรของโมเลกุลคาร์โบไฮเดรตคือ CH₂O และอัตราส่วนธาตุสำหรับคาร์โบไฮเดรตคือ 1:2:1 สำหรับ C: H: O

เพื่อทำพอลิเมอร์คุณต้องการโมโนเมอร์ โมโนเมอร์คือหน่วยแต่ละหน่วยที่เป็นส่วนประกอบสำคัญของสายโซ่ที่ยาวกว่า โมโนเมอร์ของคาร์โบไฮเดรตคือโมโนแซ็กคาไรด์ โมโนแซ็กคาไรด์สามารถพบได้ในโซ่คาร์บอนแบบตรงหรือแบบวงแหวน โมโนแซ็กคาไรด์ทั้งหมดมีสูตร C₆โฮ₁₂โอ₆. ดังนั้นพวกมันจึงเป็นไอโซเมอร์ที่มีโครงสร้าง ตัวอย่างของโมโนแซ็กคาไรด์ต่างๆ จะแสดงไว้ในส่วนด้านล่าง โมโนแซ็กคาไรด์คือสิ่งที่เรียกว่าน้ำตาลอย่างง่าย

ไดแซ็กคาไรด์เกิดขึ้นจากปฏิกิริยาการคายน้ำที่ช่วยให้โมโนแซ็กคาไรด์รวมตัวกันได้ การคายน้ำอย่างต่อเนื่องส่งผลให้เกิดการเติมโมโนเมอร์จำนวนมากขึ้นเพื่อสร้างพอลิแซ็กคาไรด์

คาร์โบไฮเดรตเชิงเดี่ยวเรียกว่าน้ำตาลเชิงเดี่ยว โพลีแซ็กคาไรด์คือสิ่งที่เรียกว่าคาร์โบไฮเดรตเชิงซ้อน ในทางเคมี นั่นหมายถึงน้ำตาลที่เชื่อมโยงตั้งแต่สามชนิดขึ้นไป ตัวอย่างของไดแซ็กคาไรด์และพอลิแซ็กคาไรด์ทั่วไปแสดงไว้ด้านล่าง

กลูโคสเป็นคาร์โบไฮเดรตที่พบมากที่สุดและมีความสำคัญมากที่สุดชนิดหนึ่ง กลูโคสเป็นอัลโดส (ในรูปแบบลูกโซ่ ประกอบด้วยอัลดีไฮด์) และเฮกโซส (น้ำตาลหกคาร์บอน) ในสารละลายที่เป็นน้ำ กลูโคสจะพบในรูปวัฏจักรเป็นหลัก

กลูโคสถูกสร้างขึ้นโดยพืชในระหว่างการสังเคราะห์ด้วยแสงโดยใช้คาร์บอนไดออกไซด์และแสงแดด โมเลกุลของกลูโคสถูกสร้างเป็นแป้งสำหรับเก็บในพืช ผู้คนได้รับกลูโคสจากการรับประทานพืช

มนุษย์ใช้กลูโคสเป็นพลังงาน กระบวนการของไกลโคไลซิสและการหายใจของเซลล์ทำให้เซลล์สามารถสลายโมเลกุลกลูโคสเพื่อสกัดพลังงานจากอาหารที่คุณกิน เป็นผลมาจากการหายใจของเซลล์ คุณจะสร้างโมเลกุล ATP ขึ้นใหม่ ซึ่งเป็นสกุลเงินพลังงานของร่างกาย

ฟรุกโตสเป็นโมโนแซ็กคาไรด์ทั่วไปอีกชนิดหนึ่ง คุณอาจเคยได้ยิน “ฟรุกโตสสูง” ในอาหารและเครื่องดื่ม นี่คือฟรุกโตสที่พวกเขากำลังพูดถึง! ฟรุกโตสเป็นเฮกโซสเช่นเดียวกับกลูโคส แต่เป็นคีโตสแทนที่จะเป็นอัลโดส น้ำตาลในตารางทั่วไปคือไดแซ็กคาไรด์ที่ทำจากโมเลกุลกลูโคสและโมเลกุลฟรุกโตส น้ำตาลในตารางเป็นที่รู้จักกันในทางเคมีว่าซูโครสและคุณสามารถอ่านเพิ่มเติมเกี่ยวกับเรื่องนี้ได้ด้านล่าง

กาแลคโตสเป็นโมโนแซ็กคาไรด์อีกชนิดหนึ่งที่เป็นอัลโดสและเฮกโซส มักพบเป็นโมโนแซ็กคาไรด์ในถั่ว

กาแลคโตซีเมียเป็นโรคที่ไม่มีเอ็นไซม์ที่จำเป็นในการเปลี่ยนกาแลคโตสเป็นกลูโคส นี่เป็นปัญหาใหญ่สำหรับทารกแรกเกิดหากไม่ถูกจับได้เร็ว หากไม่มีเอนไซม์ ระดับกาแลคโตสในเลือดจะสูง และอาจทำให้เกิดอาการต่างๆ ได้ รวมถึงน้ำหนักลดและโรคดีซ่าน หากพบแต่เนิ่นๆ แหล่งกาแลคโตสทั้งหมดจะถูกลบออกจากอาหารของเด็ก ในที่สุด เด็กก็พัฒนาทางเลือกในการเผาผลาญกาแลคโตส

คุณอาจเคยได้ยินเกี่ยวกับน้ำตาลนี้ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของโมเลกุลขนาดใหญ่ทางชีววิทยาที่สำคัญอีกประเภทหนึ่ง นั่นคือ กรดนิวคลีอิก ไรโบสและดีออกซีไรโบสเป็นส่วนสำคัญของกรดนิวคลีอิก พวกมันประกอบขึ้นเป็นกระดูกสันหลังของน้ำตาลฟอสเฟต พบไรโบสใน RNA และพบดีออกซีไรโบสใน DNA

ไดแซ็กคาไรด์เกิดขึ้นจาก aปฏิกิริยาการคายน้ำ. ตัวอย่างเช่น เมื่อโมเลกุลกลูโคสสองโมเลกุลก่อตัวเป็นไดแซ็กคาไรด์ กลุ่มแอลกอฮอล์บนกลูโคสหนึ่ง และไฮโดรเจนจากกลุ่มแอลกอฮอล์บนแอลกอฮอล์อีกกลุ่มหนึ่งจะก่อตัวเป็นน้ำ สิ่งที่เหลืออยู่คือพันธะผ่านออกซิเจนระหว่างโมโนเมอร์ทั้งสอง การเชื่อมโยงนี้เรียกว่าการเชื่อมโยงไกลโคซิดิกหรือพันธะไกลโคซิดิก

มนุษย์ไม่สามารถเผาผลาญไดแซ็กคาไรด์ได้ ทำไม? ไดแซ็กคาไรด์มีขนาดใหญ่เกินกว่าจะผ่านเยื่อหุ้มเซลล์ได้ ด้วยเหตุนี้ ไดแซ็กคาไรด์ใดๆ (หรือสายโซ่ที่ใหญ่กว่า) จะต้องถูกย่อยสลายด้วยเอนไซม์ก่อน หลังจากนี้ มอนอแซ็กคาไรด์ที่เป็นส่วนประกอบสามารถถูกเผาผลาญได้

คุณคงคุ้นเคยกับซูโครสมาก ซูโครสเป็นที่รู้จักกันว่าน้ำตาลตารางหรือน้ำตาลเพียงอย่างเดียว ซูโครสคือน้ำตาลที่คุณเติมลงในส่วนผสมเมื่อคุณพยายามทำเค้ก

ซูโครสถูกสร้างขึ้นเมื่อกลูโคสและฟรุกโตสสร้างไดแซ็กคาไรด์ เนื่องจากฟรุกโตสมีความหวานมากกว่าซูโครส เมื่อซูโครสถูกไฮโดรไลซ์เป็นส่วนประกอบ สารละลายจะมีความหวานมากขึ้น ผึ้งไฮโดรไลซ์ซูโครสเป็นกลูโคสและฟรุกโตส นั่นเป็นเหตุผลที่น้ำผึ้งมีรสหวาน

ในการย่อยสลายซูโครส คุณต้องมีเอ็นไซม์ซูคราส

แลคโตสเป็นน้ำตาลที่พบในนม พบในนมของมนุษย์และสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมอื่นๆ แลคโตสประกอบด้วยกาแลคโตสและกลูโคส มันไม่หวานเท่าซูโครส (อย่างที่คุณอาจเดาได้ เนื่องจากนมไม่หวานเท่าน้ำตาล!)

ในการที่จะสลายแลคโตสเป็นส่วนประกอบ คุณต้องมีเอนไซม์แลคเตส บุคคลที่ไม่มีแลคเตสจะเรียกว่า "แพ้แลคโตส" หลายคนแพ้แลคโตสค่อนข้าง; พวกเขาอาจไม่รู้

มอลโตสเป็นไดแซ็กคาไรด์ที่เกิดจากกลูโคสโมโนเมอร์สองตัว เพื่อสลายมอลโทส ร่างกายมนุษย์ต้องการเอนไซม์มอลเทส

พอลิแซ็กคาไรด์เป็นสายโซ่ของมอนอแซ็กคาไรด์ที่เชื่อมกันด้วยไกลโคซิดิกหลายตัว โพลีแซ็กคาไรด์เป็นโมเลกุลคาร์โบไฮเดรตที่มีมากที่สุดที่พบในสิ่งมีชีวิต เพราะมันทำหน้าที่หลากหลาย ซึ่งรวมถึงการสร้างโครงสร้างให้กับพืชและการเก็บพลังงาน

เกิดขึ้นจากปฏิกิริยาระหว่างกลุ่มแอลกอฮอล์ (-OH) ของโมเลกุลกลูโคสตัวหนึ่งกับกลุ่มแอลกอฮอล์กับโมเลกุลกลูโคสอีกตัวหนึ่ง ทำให้เกิดการเชื่อมโยงกัน การเชื่อมโยงเหล่านี้เกิดขึ้นซ้ำแล้วซ้ำอีกระหว่างโมโนแซ็กคาไรด์ ปฏิกิริยาประเภทนี้เรียกว่าปฏิกิริยาพอลิเมอไรเซชันควบแน่น (หรือการสังเคราะห์การคายน้ำ) เพราะโมเลกุลของน้ำเกิดจากหมู่ฟังก์ชัน OH ของแอลกอฮอล์หนึ่งตัวและ H จากอีกตัวหนึ่ง แอลกอฮอล์

แป้งเป็นคาร์โบไฮเดรตที่สำคัญที่สุดชนิดหนึ่งเนื่องจากเป็นอาหารส่วนใหญ่ของมนุษย์ แป้งเป็นพอลิเมอร์ที่เก็บกลูโคสในพืช โดยเฉพาะหัว (คิดว่าเป็นมันฝรั่ง) ในขณะที่มนุษย์สามารถกินแป้งเป็นพลังงาน พืชยังสามารถย่อยสลายแป้งและใช้กลูโคสเป็นพลังงานเมื่อไม่สามารถสังเคราะห์แสงได้มาก

พอลิแซ็กคาไรด์นี้ทำมาจากอะมิโลส (สายโซ่ของกลูโคส) และอะไมโลเพกติน (สายโซ่ที่มีกิ่งก้านของกลูโคส)

เพื่อย่อยสลายแป้ง ร่างกายมนุษย์ใช้เอนไซม์หลายชนิดที่เรียกรวมกันว่าอะไมเลส เอนไซม์เหล่านี้แบ่งสายแป้งยาวออกเป็นหน่วยย่อยที่ร่างกายมนุษย์สามารถเผาผลาญได้ อะไมเลสสามารถพบได้ในปากของคุณ นั่นเป็นเหตุผลที่การย่อยอาหารเริ่มต้นในปากของคุณ

เซลลูโลสเป็นคาร์โบไฮเดรตที่พบในพืช เป็นองค์ประกอบโครงสร้างที่สำคัญของผนังเซลล์พืช คุณยังสามารถพบมันได้ในเส้นใยผักต่างๆ เช่น ฝ้าย หากไม่มีเซลลูโลส พืชก็จะกลายเป็นฟลอปปีมากขึ้น

เซลลูโลสเป็นพอลิเมอร์เชิงเส้นของกลูโคส โครงสร้างเฉพาะของการเชื่อมโยงไกลโคซิดิกในเซลลูโลสไม่สามารถย่อยได้โดยมนุษย์ มนุษย์สามารถกินแป้งได้ แต่ไม่สามารถกินเซลลูโลสได้

ไกลโคเจนเป็นพอลิแซ็กคาไรด์ที่สัตว์ใช้เก็บพลังงาน ไกลโคเจนซึ่งประกอบขึ้นจากสายโซ่กลูโคสที่แตกแขนงสูง ส่วนใหญ่จะถูกเก็บไว้ในตับ เมื่อคุณไม่ได้กินอะไรเลยหรืออยู่ในภาวะอดอาหาร ร่างกายของคุณจะใช้ไกลโคเจนที่อยู่ในร้านค้าเหล่านี้เพื่อให้ได้กลูโคสที่คุณต้องการเป็นแหล่งพลังงาน