Хемијска структура, класификација и функције угљених хидрата

Тхе угљени хидрати, угљени хидрати или сахариди су органски молекули који складиште енергију у живим бићима. Они су најзаступљенији биомолекули и укључују: шећере, скробове и целулозу, међу осталим једињењима у живим организмима.

Организми који изводе фотосинтезу (биљке, алге и неке бактерије) су главни произвођачи угљених хидрата у природи. Структура ових сахарида може бити линеарна или разграната, једноставна или једињења и такође може бити повезана са биомолекулима друге врсте.

На пример, угљени хидрати могу везати протеине да формирају гликопротеине. Такође могу бити повезани са липидним молекулима, формирајући гликолипиде, биомолекуле који формирају структуру биолошких мембрана. Угљени хидрати су такође присутни у структури нуклеинских киселина.

У почетку су се угљени хидрати препознавали као ћелијски молекули за складиштење енергије. Након тога су утврђене друге важне функције које испуњавају угљени хидрати у биолошким системима.

Све жива бића имају своје ћелије прекривене густим слојем сложених угљених хидрата. Угљени хидрати се састоје од моносахарида, малих молекула формираних од три до девет атома угљеника везаних за хидроксилне групе (-ОХ), који могу варирати у величини и конфигурацији..

Важна особина угљених хидрата је огроман структурна разноликост у оквиру ове класе молекула, што им омогућава да обављају широк спектар функција као што су генерисање ћелија сигналних молекула, формирали ткива и генеришу идентитет људских крвних група.

Исто тако, екстрацелуларни матрикс код виших еукариота је богат излученим угљеним хидратима, неопходним за преживљавање и комуникацију ћелија. Ови механизми за препознавање ћелија су упрегнути различитим патогенима да заразе њихове ћелије домаћине.

Моносахариди се могу повезати гликозидним везама како би се формирао велики број угљених хидрата: дисахарида, олигосахарида и полисахарида. Проучавање структуре и функције угљених хидрата у биолошким системима назива се гликобиологија.

Индек

• 1 Хемијска структура
• 2 Класификација
  • 2.1 Моносахариди
  • 2.2 Дисахариди
  • 2.3 Олигосахариди 
  • 2.4 Полисахариди
• 3 Функције
• 4 Храна која садржи угљене хидрате
  • 4.1 Скробови
  • 4.2 Воће и поврће
  • 4.3 Млеко
  • 4.4 Слаткиши
• 5 метаболизам угљених хидрата
• 6 Референце

Хемијска структура

Угљени хидрати се састоје од атома угљеника, водоника и кисеоника. Већина њих може бити представљена емпиријском формулом (ЦХ2О) н, где је н број угљеника у молекулу. Другим речима, однос угљеника, водоника и кисеоника је 1: 2: 1 у молекулима угљених хидрата.

Ова формула објашњава поријекло термина "угљикохидрат", јер су компоненте угљикови атоми ("карбо") и водени атоми (дакле, "хидрат"). Иако се угљени хидрати формирају углавном од ова три атома, постоје неки угљени хидрати са азотом, фосфором или сумпором.

У свом основном облику, угљени хидрати су једноставни шећери или моносахариди. Ови једноставни шећери могу се комбиновати заједно како би формирали сложеније угљене хидрате.

Комбинација два једноставна шећера је дисахарид. Олигосахариди садрже између два и десет једноставних шећера, а полисахариди су највећи угљикохидрати који се састоје од више од десет јединица моносахарида..

Структура угљених хидрата одређује како се енергија складишти у њеним везама током њеног формирања фотосинтезом, као и како се те везе прекидају током ћелијског дисања.

Класификација

Моносахариди

Моносахариди су основне јединице угљикохидрата, због чега су најједноставнија структура сахарида. Физички, моносахариди су кристалне чврсте супстанце без боје. Већина има слатки укус.

Са хемијске тачке гледишта, моносахариди могу бити алдехиди или кетони, у зависности од тога где се карбонилна група (Ц = О) налази у линеарним угљеним хидратима. Структурно, моносахариди могу да формирају линеарне ланце или затворене прстенове.

Пошто моносахариди имају хидроксилне групе, већина су растворљиви у води и нерастворни у неполарним растварачима.

У зависности од броја атома угљеника који имају у својој структури, а моносахарида имају различита имена, на пример, триоза (ако 3 атома угљеника), пентозни (ако је 5Ц) и тако даље.

Дисахариди

Дисахариде су двоструки шећери формирана спајањем заједно два моносахарида у хемијских процеса синтезе назива дехидратације јер молекул воде се губи током реакције. Познат је и као реакција кондензације.

Према томе, дисахарид је свака супстанца која се састоји од два молекула простих шећера (моносахарида) који су повезани гликозидном везом.

Киселине имају способност разбијања ових веза, због чега се дисахариди могу пробавити у желуцу.

Дисахариди су генерално растворљиви у води и слатки када се прогутају. Три главна дисахарида су сахароза, лактоза и малтоза: сахароза долази од везивања глукозе и фруктозе; лактоза долази из споја глукозе и галактозе; и малтоза долази из споја два молекула глукозе.

Олигосахариди

Олигосахариди су комплексни полимери формирани од неколико јединица једноставних шећера, то јест, између 3 до 9 моносахарида.

Реакција је иста као и она која формира дисахариде, али долази и од разградње сложенијих молекула шећера (полисахарида)..

Већина олигосахарида се налази у биљкама и делује као растворљиво влакно, које може помоћи у спречавању констипације. Међутим, људи не поседују ензиме који их углавном пробављају, осим малтотриозе.

Стога, олигосахариди нису на почетку вари у танком цреву, могу се разградити бактерије нормално присутне у дебелом цреву кроз процес ферментације. Пребиотици испуњавају ову функцију, служе као храна за корисне бактерије.

Полисахариди

Полисахариди су највећи сахаридни полимери, формирани су са више од 10 (до хиљаду) јединица моносахарида распоређених на линеаран или разгранат начин. Варијације у просторном распореду су оно што даје вишеструка својства овим шећерима.

Полисахариди могу бити састављени од истог моносахарида или комбинацијом различитих моносахарида. Ако се формирају поновљеним јединицама истог шећера, називају се хомополисахариди, као што су гликоген и скроб, који су складиштени угљикохидрати животиња и биљака..

Ако се полисахарид састоји од јединица различитих шећера, називају се хетерополисахариди. Мост садрже само два различита јединице и често је повезано са протеинима (гликопротеина, као што је крвна плазма гама глобулина) или липидима (гликолипиди, ганглиозиди ас).

Функције

Четири главне функције угљених хидрата су: обезбеђивање енергије, складиштење енергије, изградња макромолекула и спречавање деградације протеина и масти.

Угљени хидрати се разграђују дигестијом у једноставним шећерима. Оне се апсорбују у ћелијама танког црева и преносе се до свих ћелија тела где се оксидују за енергију у облику аденозин трифосфата (АТП).

Молекули шећера који се не користе у производњи енергије у било ком тренутку чувају се као део резервних полимера као што су гликоген и скроб.

Нуклеотиди, основне јединице нуклеинских киселина, посједују молекуле глукозе у својој структури. Неколико важних протеина повезано је са молекулима угљених хидрата, на пример: фоликул стимулишући хормон (ФСХ) који интервенише у процесу овулације.

Пошто су угљени хидрати главни извор енергије, њихова брза деградација спречава деградацију других биомолекула да би се добила енергија. Према томе, када су нивои шећера нормални, протеини и липиди су заштићени од деградације.

Неки угљени хидрати су растворљиви у води, делује као хит у виртуално свако и оксидација ових молекула је главни производња енергије у већини не-фотосинтетских ћелијама.

Нерастворљиви угљени хидрати се повезују да би се формирале сложеније структуре које служе као заштита. На пример: целулоза формира зид биљних ћелија заједно са хемицелулозама и пектином. Хитин формира зид гљивичних ћелија и егзоскелетон артропода.

Такође, пептидогликан формира ћелијски зид бактерија и цијанобактерија. Везивно ткиво животиња и скелетни зглобови формирају полисахариди.

Многи угљени хидрати су ковалентно везани за протеине или липиде, формирајући сложеније структуре, колективно назване гликокоњугати. Ови комплекси делују као ознаке које одређују интрацелуларну локацију или метаболичку судбину ових молекула

Храна која садржи угљене хидрате

Угљени хидрати су суштинска компонента здраве исхране јер су главни извор енергије. Међутим, неке намирнице имају здравије угљене хидрате који нуде већу количину хранљивих материја, на пример:

Скробови

Намирнице које садрже скроб су главни извор угљених хидрата. Ови скробови су опћенито сложени угљикохидрати, то јест, они су формирани од многих шећера који су спојени заједно и формирају дуги молекуларни ланац. Из тог разлога, скробови се дуже узимају.

Постоји широк спектар намирница које садрже скроб. Житарице укључују намирнице са високим садржајем скроба, на пример: пасуљ, лећа и пиринач. Житарице такође садрже ове угљене хидрате, на пример: зоб, јечам, пшеницу и њене деривате (брашно и тестенине) .

Махунарке и орашасти плодови такође садрже угљене хидрате у облику скроба. Осим тога, поврће као што су: кромпир, слатки кромпир, кукуруз и бундеве су такође богати садржајем скроба.

Важно је напоменути да су многи угљени хидрати извор влакана. То јест, влакна су у основи врста угљикохидрата које тијело може пробавити само дјеломично.

Слично као и код сложених угљених хидрата, влакна угљених хидрата имају тенденцију да се полако дигестирају.

Воће и поврће

Воће и поврће имају висок садржај угљених хидрата. За разлику од скроба, воће и поврће садрже једноставне угљене хидрате, тј. Угљене хидрате са једним или два сахарида повезана заједно.

Ови угљикохидрати, који су једноставни у својој молекуларној структури, се брже и брже пробављају од сложених. Ово даје идеју о различитим нивоима и врстама угљених хидрата које храна поседује.

Тако, неки плодови имају више угљених хидрата по порцији, на пример: банане, јабуке, поморанџе, диње и грожђе имају више угљених хидрата него неко поврће као што је спанаћ, броколи и кељ, шаргарепа, печурке и патлиџане.

Млеко

Слично као и поврће и воће, млечни производи су намирнице које садрже једноставне угљене хидрате. Млеко има сопствени шећер који се зове лактоза, дисахарид са слатким окусом. Једна шоља је једнака око 12 грама угљених хидрата.

Постоје многе верзије млека и јогурта на тржишту. Без обзира да ли конзумирате пуну или редуковану верзију одређене млечне производе, количина угљених хидрата ће бити иста.

Слаткиши

Слаткиши су још један познати извор угљених хидрата. То су шећер, мед, слаткиши, вештачка пића, колачићи, сладолед, као и многи други десерти. Сви ови производи садрже високе концентрације шећера.

Са своје стране, неке прерађене и рафинисане намирнице садрже сложене угљене хидрате, на пример: хлеб, пиринач и белу пасту. Важно је напоменути да рафинисани угљени хидрати нису толико хранљиви као угљени хидрати које поседују воће и поврће.

Метаболизам угљених хидрата

Метаболизам угљених хидрата је скуп метаболичких реакција које укључују формирање, деградацију и конверзију угљених хидрата у ћелије..

Метаболизам угљених хидрата је високо конзервиран и може се приметити чак и од бактерија, а главни пример је Лац Оперон. Е. цоли.

Угљени хидрати су важни у многим метаболичким путевима као што је фотосинтеза, најважнија реакција формирања угљених хидрата у природи.

Од угљен-диоксида и воде, биљке користе сунчеву енергију за синтезу молекула угљених хидрата.

Са своје стране, животињске и гљивичне ћелије разлажу угљене хидрате, конзумиране у биљним ткивима, да би добили енергију у облику АТП-а кроз процес који се назива ћелијско дисање..

Код кичмењака се глукоза преноси кроз тело кроз крв. Ако су ћелијске енергетске залихе ниске, глукоза се деградира метаболичком реакцијом званом гликолиза да би произвела мало енергије и неки метаболички интермедијери.

Молекули глукозе који нису потребни за тренутну производњу енергије чувају се као гликоген у јетри и мишићима, кроз процес који се зове гликогенеза.

Неки једноставни угљени хидрати имају сопствене путеве деградације, попут неких сложенијих угљених хидрата. Лактоза, на пример, захтева деловање ензима лактазе који ломи своје везе и ослобађа његове основне моносахариде, глукозу и галактозу..

Глукоза је главни угљикохидрат који конзумирају ћелије, што чини око 80% извора енергије.

Глукоза се дистрибуира у ћелије, где се може ући кроз одређене транспортере да би се разградила или ускладиштила као гликоген.

У зависности од метаболичке потребе ћелије, глукоза се такође може користити за синтезу других моносахарида, масних киселина, нуклеинских киселина и одређених аминокиселина..

Главна функција метаболизма угљених хидрата је да задржи контролу нивоа шећера у крви, то је оно што је познато као интерна хомеостаза.

Референце

1. Албертс, Б., Јохнсон, А., Левис, Ј., Морган, Д., Рафф, М., Робертс, К. & Валтер, П. (2014). Молекуларна биологија ћелије (6. изд.). Гарланд Сциенце.
2. Берг, Ј., Тимоцзко, Ј., Гатто, Г. & Страиер, Л. (2015). Биоцхемистри (8. изд.). В. Х. Фрееман анд Цомпани.
3. Цампбелл, Н. и Рееце, Ј. (2005). Биологи (2. изд.) Пеарсон Едуцатион.
4. Дасхти, М. (2013). Брзи поглед на биохемију: метаболизам угљених хидрата. Цлиницал Биоцхемистри, 46(15), 1339-1352.
5. Лодисх, Х., Берк, А., Каисер, Ц., Криегер, М., Бретсцхер, А., Плоегх, Х., Амон, А. и Мартин, К. (2016). Молецулар Целл Биологи (8. изд.). В. Х. Фрееман анд Цомпани.
6. Маугхан, Р. (2009). Метаболизам угљених хидрата. Хирургија, 27(1), 6-10.
7. Нелсон, Д., Цок, М. & Лехнингер, А. (2013). Лехнингер Принциплес оф Биоцхемистри (6^тх). В.Х. Фрееман анд Цомпани.
8. Соломон, Е., Берг, Л. & Мартин, Д. (2004). Биологи (7. изд.) Ценгаге Леарнинг.
9. Воет, Д., Воет, Ј. & Пратт, Ц. (2016). Основе биохемије: Живот на молекуларном нивоу (5. изд.). Вилеи.