대부분의 사람들은 잘 알고 있는 탄수화물,한 종류의 고분자,특히 그것에 관해서 우리는 무엇을 먹을까 무엇. 체중 감량을 위해 일부 개인은”저탄 수화물”다이어트를 고수합니다. 선수,반면에,종종”carb 부하”중요한 경기 전에 그들은 보장 하기 위해 충분한 에너지를 가지고 높은 수준에서 경쟁. 탄수화물은 사실 우리 식단의 필수적인 부분이며 곡물,과일 및 채소는 모두 탄수화물의 자연적인 원천입니다. 탄수화물은 특히 전분의 성분이자 많은 주식 식품의 성분 인 단순한 설탕 인 포도당을 통해 신체에 에너지를 제공합니다. 탄수화물은 또한 인간,동물 및 식물에서 다른 중요한 기능을 가지고 있습니다.

분자 구조

탄수화물로 표현할 수 있습니 stoichiometric 식(CH2O)n,n 탄소의 수에서 분자입니다. 다시 말해,탄소 대 수소 대 산소의 비율은 탄수화물 분자에서 1:2:1 입니다. 이 공식은 또한”탄수화물”이라는 용어의 기원을 설명합니다: 구성 요소는 탄소(“carbo”)와 물 성분(따라서”수화물”)입니다. 탄수화물은 단당류,이당류 및 다당류의 세 가지 하위 유형으로 분류됩니다.

Monosaccharides

Monosaccharides(mono–=”one”;sacchar–=”sweet”)는 단순한 당이며,가장 흔한 것은 포도당입니다. 단당류에서 탄소의 수는 일반적으로 3 에서 7 까지입니다. 대부분의 단당류 이름은 접미사-ose 로 끝납니다. 는 경우 설탕에는 알데히드 그룹(기능 그룹으로 구조는 R-CHO),그것으로 알려져 있는 aldose 는 경우에는 케톤 그룹(기능 그룹으로 구조 RC(=)O R’),그것으로 알려져 있 ketose. 의 수에 따라 탄소 설탕에,그들은 또한이라고도 할 수 있습 trioses(세 탄소),pentoses(오 탄소),또는 hexoses(육 탄소). 단당류의 그림은 그림 1 을 참조하십시오.

그림 1. 모노 사카 라이드는 카보 닐기의 위치와 백본 내 탄소의 수에 따라 분류됩니다. Aldoses 는 카르보닐기(에 표시된 그린)의 끝에 탄소 체인,및 ketoses 는 카르보닐기의 중간에 탄소 체인입니다. 삼중 체,오중 체 및 육중 체는 각각 3 개,5 개 및 6 개의 탄소 등뼈를 갖는다.

포도당의 화학식은 C6H12O6 입니다. 인간에서 포도당은 중요한 에너지 원입니다. 세포 호흡 중에 포도당에서 에너지가 방출되고 그 에너지는 아데노신 트리 포스페이트(ATP)를 만드는 데 사용됩니다. 식물은 이산화탄소와 물을 사용하여 포도당을 합성하고 포도당은 차례로 식물의 에너지 물 요구량에 사용됩니다. 초과 포도당은 수시로 저장하는 전분은 이화(의 고장 큰 분자세포)의 인간과 다른 동물을 먹고 식물이 있습니다.

갈락토오스(일부 유당,설탕 또는 우유)및 과당(부분의 자당,설탕이나 과일)다른 일반적인 단당류. 지만 포도당,갈락토오스 및 과당은 모두 동일한 화학식(C6H12O6),그들은 다른 구조적 및 화학적으로(그리고 알려져 있으로 이성체)기 때문에 다른 배의 기능 그룹 주위의 비대칭 탄소 이러한 모든 단당류 하나 이상의 비대칭 탄소이다(그림 2).

연습

그림 2. 포도당,갈락토오스 및 과당은 모두 헥소 세스입니다. 그들은 구조 이성질체이며,이는 동일한 화학식(C6H12O6)을 갖지만 원자의 배열이 다르다는 것을 의미합니다.

이들은 어떤 종류의 설탕입니까,알도 오스 또는 케토 오스?

포도당과 갈락토오스는 알도스입니다. 과당은 케토오스입니다.

단당류 수 있으로 존재하는 직쇄 또는 반지 모양의 분자 수성 솔루션에 그들은 일반적으로 발견에 링 형태(그림 3). 포도당에 링 형태로 있을 수 있는 두 가지의 다른 준비를 수산기 그룹(-OH)의 주위에 anomeric 탄소(탄소 1 되는 비대칭하는 과정에 링 형성). 수산기가 당에서 탄소수 1 이하이면 알파(α)위치에 있다고 하며,평면 위에 있으면 베타(β)위치에 있다고 한다.

그림 3. 5 개 및 6 개의 탄소 단당류는 선형 형태와 고리 형태 사이에 평형 상태로 존재한다. 반지가 형성 될 때,그것이 닫히는 측쇄는 α 또는 β 위치로 잠기 게된다. 과당과 리보오스는 또한 포도당의 6 원 고리와 반대로 5 원 고리를 형성하지만 고리를 형성합니다.

이당류

이당류(di–=”2″)는 2 개의 단당류가 탈수 반응(탈수 합성이라고도 함)을 겪을 때 형성됩니다. 이 과정에서 한 단당류의 수산기는 다른 단당류의 수소와 결합하여 물 분자를 방출하고 공유 결합을 형성합니다. 공유 결합 사이에 형성되는 탄수화물을 분자와 다른 분자(이 경우에는 사이에 두 개의 단당류)으로 알려져 있는 글리코시드 본드(그림 4). 글리코 시드 결합(글리코 시드 연결이라고도 함)은 알파 또는 베타 유형 일 수 있습니다.

그림 4. 자당은 글루코오스의 단량체와 과당의 단량체가 탈수 반응에 결합되어 글리코 시드 결합을 형성 할 때 형성된다. 이 과정에서 물 분자가 손실됩니다. 협약에 의해,단당류 내의 탄소 원자는 카르보닐기에 가장 가까운 말단 탄소로부터 번호가 매겨진다. 자당에서는 포도당의 탄소 1 과 과당의 탄소 2 사이에 글리코 시드 결합이 형성됩니다.

일반적인 이당류에는 유당,말토오스 및 수크로오스가 포함됩니다(그림 5). 유당은 단량체 포도당과 갈락토오스로 구성된 이당류입니다. 그것은 우유에서 자연적으로 발견됩니다. 말토오스 또는 맥아당은 두 포도당 분자 사이의 탈수 반응에 의해 형성된 이당류입니다. 가장 일반적인 이당류는 단량체 포도당과 과당으로 구성된 자당 또는 테이블 설탕입니다.

그림 5. 일반적인 이당류에는 말토오스(곡물 설탕),유당(우유 설탕)및 자당(테이블 설탕)이 포함됩니다.

다당류

글리코 시드 결합으로 연결된 단당류의 긴 사슬은 다당류(poly–=”many”)로 알려져 있습니다. 사슬은 분지되거나 분지되지 않을 수 있으며,상이한 유형의 단당류를 함유 할 수있다. 분자량은 결합되는 단량체의 수에 따라 100,000 달톤 이상일 수 있다. 전분,글리코겐,셀룰로오스 및 키틴은 다당류의 주요 예입니다.

전분은 식물에서 당의 저장 형태이며 아밀로오스와 아밀로펙틴(포도당의 두 중합체)의 혼합물로 구성됩니다. 물을 합성할 수 있게,포도당 및 과당을 넘어,이 식물의 즉각적인 에너지 수요,저장되는 전분에서 다른 식물의 부함을 뿌리고 씨앗이 있습니다. 씨앗의 전분은 발아함에 따라 배아를위한 음식을 제공하며 인간과 동물을위한 음식의 원천으로도 작용할 수 있습니다. 인간에 의해 소비되는 전분은 타액 아밀라아제와 같은 효소에 의해 말토오스와 포도당과 같은 더 작은 분자로 분해됩니다. 그러면 세포가 포도당을 흡수 할 수 있습니다.

전분는 포도당의 단량체에 가입해 α1-4 또는 α1-6 글리코시드할 수 있습니다. 숫자 1-4 와 1-6 은 결합을 형성하기 위해 결합 된 두 잔기의 탄소 수를 나타냅니다. 그림 6,아밀로오스는 전분에 의해 형성 분지 체인의 포도당 단량체(만 α1-4 연결)는 반면,아밀로펙틴은 분당류(α1-6 연계는 지점에는 포인트).

그림 6. 아밀로오스와 아밀로펙틴은 두 가지 다른 형태의 전분입니다. 아밀로오스는 α1,4 글리코 시드 연계에 의해 연결된 글루코오스 단량체의 분지되지 않은 사슬로 구성된다. 아밀로펙틴의 구성 분 체인의 포도당 단량체에 의해 연결 α1,4 및 α1,6 글리코시드 연계됩니다. 서브 유닛이 결합되는 방식 때문에 포도당 사슬은 나선형 구조를 갖습니다. 글리코겐(도시되지 않음)은 아밀로펙틴과 구조가 유사하지만 더 고도로 분지되어있다.

글리코겐은 인간과 다른 척추 동물에서 포도당의 저장 형태이며 포도당의 단량체로 구성됩니다. 글리코겐은 전분의 동물 동등 물이며 일반적으로 간과 근육 세포에 저장된 고도로 분지 된 분자입니다. 혈당 수치가 감소 할 때마다 글리코겐은 글리코겐 분해로 알려진 과정에서 포도당을 방출하기 위해 분해됩니다.

셀룰로오스는 가장 풍부한 천연 바이오 폴리머입니다. 식물의 세포벽은 대부분 셀룰로오스로 만들어지며;이것은 세포에 구조적 지원을 제공합니다. 나무와 종이는 자연에서 대부분 셀룰로오스입니다. 셀룰로오스는 β1-4 글리코 시드 결합으로 연결된 포도당 단량체로 구성됩니다(그림 7).

그림 7. 셀룰로오스에서 글루코오스 단량체는 β1-4 글리코 시드 연결에 의해 분지되지 않은 사슬로 연결된다. 는 방식 때문에 포도당 subunits 결합,모든 포도당 모노머 뒤집어 상대적인 다음 중 하나의 결과로,선형 섬유 구조.

그림 7 과 같이,다른 모든 포도당 단량체에서 셀룰로오스는 반전을 통해,및 단량체가 포장단으로 확장된다. 이것은 셀룰로오스에 강성과 높은 인장 강도를 부여합니다.이 강도는 식물 세포에 매우 중요합니다. 동 β1-4 결합할 수 없는 깨지에 의해 아래로 인간의 소화 효소,초식 동물 같은 소,코알라,버팔로,그리고 말할 수 있의 도움으로,전문 식물상에서 그 위를 소화 식물에서 부유한 셀룰로오스로 사용식 소스입니다. 에서 이러한 동물,특정한 종류의 박테리아 및 원생생물에 거주하는 반추위(소화의 시스템은 초식 동물)및 효소를 분비 셀룰라아제. 방목 동물의 부록에는 또한 셀룰로오스를 소화시키는 박테리아가 포함되어있어 반추 동물의 소화 시스템에서 중요한 역할을합니다. 셀룰라아제는 셀룰로오스를 동물에 의해 에너지 원으로 사용될 수있는 포도당 단량체로 분해 할 수있다. 흰개미는 또한 셀룰라아제를 분비하는 다른 유기체가 체내에 존재하기 때문에 셀룰로오스를 분해 할 수 있습니다.

그림 8. 곤충은 다당류의 일종 인 키틴으로 만들어진 단단한 외부 외골격을 가지고 있습니다. (credit:Louise Docker)

탄수화물은 다른 동물에서 다양한 기능을 제공합니다. Arthropods(곤충,갑각류,그리고 다른 사람)의 외부 해골이라는 외골격을 보호하고,자신의 내부 본체 부품(에서 볼 수 있듯이에서 그림 8). 이 외골격은 다당류 함유 질소 인 생물학적 거대 분자 키틴으로 만들어집니다. 그것은 변형 된 설탕 인 n-아세틸-β-d-글루코사민의 반복 단위로 만들어집니다. 키틴은 또한 중요한 구성 요소의 곰팡이 세포벽;곰팡이지도 않는 동물이나 식물과 양식의 왕국들이 자신의 도메인에서 Eukarya.

섹션에서 요약

탄수화물은 그룹은 고분자의 중요한 에너지 원에 대한 세포와 구조적 지원을 제공 식물세포,곰팡이,그리고 모든 동물을 포함하는 랍스터,게,새우,곤충 및 거미입니다. 탄수화물은 분자 내의 단량체의 수에 따라 단당류,이당류 및 다당류로 분류됩니다. 단당류에 의해 연결되어 글리코시드 채권을 형성되는 결과적으로 탈수의 반응을 형성,이당 및 다당류의 제거와는 물 분자에 대한 각각의 채권을 형성한다. 포도당,갈락토오스 및 과당은 일반적인 단당류 인 반면,일반적인 이당류에는 유당,말토오스 및 자당이 포함됩니다. 다당류의 예인 전분과 글리코겐은 각각 식물과 동물에서 포도당의 저장 형태입니다. 긴 다당류 사슬은 분지되거나 분지되지 않을 수있다. 셀룰로오스는 분지되지 않은 다당류의 한 예인 반면,전분의 구성 성분 인 아밀로펙틴은 고도로 분지 된 분자입니다. 저장소의 포도당 양식의 중합체 전분의 glycogen,그것은 약간 적은 액세스할 수 있에 대한 대사;그러나 이렇게 하면 새 세포 또는 생성이 높은 삼투압의 원인이 될 수 있는 과도한 물 흡수에 의합니다.

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