majoritatea oamenilor sunt familiarizați cu carbohidrații, un tip de macromolecule, mai ales când vine vorba de ceea ce mâncăm. Pentru a pierde în greutate, unele persoane aderă la dietele” cu conținut scăzut de carbohidrați”. Sportivii, în schimb, de multe ori „carb-încărcare” înainte de competiții importante pentru a se asigura că acestea au suficientă energie pentru a concura la un nivel înalt. Carbohidrații sunt, de fapt, o parte esențială a dietei noastre; cerealele, fructele și legumele sunt toate surse naturale de carbohidrați. Carbohidrații furnizează energie organismului, în special prin glucoză, un zahăr simplu care este o componentă a amidonului și un ingredient în multe alimente de bază. Carbohidrații au și alte funcții importante la oameni, animale și plante.

structuri moleculare

carbohidrații pot fi reprezentați prin formula stoichiometrică (CH2O)n, unde n este numărul de atomi de carbon din moleculă. Cu alte cuvinte, raportul dintre carbon și hidrogen și oxigen este de 1:2:1 în moleculele de carbohidrați. Această formulă explică, de asemenea, originea termenului „carbohidrat”: componentele sunt carbon („carbo”) și componentele apei (prin urmare,”hidrat”). Carbohidrații sunt clasificați în trei subtipuri: monozaharide, dizaharide și polizaharide.

monozaharide

monozaharide (mono– = „unu”; sacchar– = „dulce”) sunt zaharuri simple, dintre care cea mai frecventă este glucoza. În monozaharide, numărul de atomi de carbon variază de obicei de la trei la șapte. Cele mai multe nume de monozaharide se termină cu sufixul –ose. Dacă zahărul are o grupare aldehidă (gruparea funcțională cu structura R-CHO), este cunoscută sub numele de aldoză, iar dacă are o grupare cetonă (gruparea funcțională cu structura RC (=O)R’), este cunoscută sub numele de cetoză. În funcție de numărul de atomi de carbon din zahăr, aceștia pot fi, de asemenea, cunoscuți sub numele de trioze (trei atomi de carbon), pentoze (cinci atomi de carbon) și sau hexoze (șase atomi de carbon). Vezi Figura 1 pentru o ilustrare a monozaharidelor.

Figura 1. Monozaharidele sunt clasificate pe baza poziției grupării lor carbonil și a numărului de atomi de carbon din coloana vertebrală. Aldozele au o grupare carbonil (indicată în verde) la capătul lanțului de carbon, iar cetozele au o grupare carbonil în mijlocul lanțului de carbon. Triozele, pentozele și hexozele au trei, cinci și, respectiv, șase coloane de carbon.

formula chimică pentru glucoză este C6H12O6. La om, glucoza este o sursă importantă de energie. În timpul respirației celulare, energia este eliberată din glucoză și această energie este utilizată pentru a ajuta la producerea adenozin trifosfatului (ATP). Plantele sintetizează glucoza folosind dioxid de carbon și apă, iar glucoza, la rândul său, este utilizată pentru cerințele energetice ale plantei. Excesul de glucoză este adesea depozitat ca amidon care este catabolizat (descompunerea moleculelor mai mari de către celule) de către oameni și alte animale care se hrănesc cu plante.galactoza (o parte din lactoză sau zahăr din lapte) și fructoza (o parte din zaharoză sau zahăr din fructe) sunt alte monozaharide comune. Deși glucoza, galactoza și fructoza au toate aceeași formulă chimică (C6H12O6), ele diferă structural și chimic (și sunt cunoscute sub numele de izomeri) datorită aranjamentului diferit al grupărilor funcționale în jurul carbonului asimetric; toate aceste monozaharide au mai mult de un carbon asimetric (Figura 2).

practică

Figura 2. Glucoza, galactoza și fructoza sunt toate hexoze. Sunt izomeri structurali, ceea ce înseamnă că au aceeași formulă chimică (C6H12O6), dar un aranjament diferit de atomi.

Ce fel de zaharuri sunt acestea, aldoză sau cetoză?

Faceți clic pentru a afișa răspunsul

glucoza și galactoza sunt aldoze. Fructoza este o cetoză.

monozaharidele pot exista ca lanț liniar sau ca molecule în formă de inel; în soluții apoase se găsesc de obicei în forme inelare (Figura 3). Glucoza într-o formă inelară poate avea două aranjamente diferite ale grupării hidroxil (- OH) în jurul carbonului anomeric (carbonul 1 care devine asimetric în procesul de formare a inelului). Dacă gruparea hidroxil este sub numărul de carbon 1 din zahăr, se spune că se află în poziția alfa (XV), iar dacă este deasupra planului, se spune că se află în poziția beta (XV).

Figura 3. Cinci și șase monozaharide de carbon există în echilibru între formele liniare și inelare. Atunci când inelul se formează, lanțul lateral pe care se închide este blocat într-o poziție de ordinul a VIII-a sau de ordinul a VIII-a. Fructoza și riboza formează, de asemenea, inele, deși formează inele cu cinci membri, spre deosebire de inelul cu șase membri al glucozei.

dizaharidele

dizaharidele (di– = „două”) se formează atunci când două monozaharide suferă o reacție de deshidratare (cunoscută și sub denumirea de sinteză de deshidratare). În timpul acestui proces, gruparea hidroxil a unei monozaharide se combină cu hidrogenul unei alte monozaharide, eliberând o moleculă de apă și formând o legătură covalentă. O legătură covalentă formată între o moleculă de carbohidrați și o altă moleculă (în acest caz, între două monozaharide) este cunoscută sub numele de legătură glicozidică (Figura 4). Legăturile glicozidice (numite și legături glicozidice) pot fi de tip alfa sau beta.

Figura 4. Zaharoza se formează atunci când un monomer de glucoză și un monomer de fructoză sunt unite într-o reacție de deshidratare pentru a forma o legătură glicozidică. În acest proces, se pierde o moleculă de apă. Prin convenție, atomii de carbon dintr-o monozaharidă sunt numerotați de la carbonul terminal cel mai apropiat de gruparea carbonil. În zaharoză, se formează o legătură glicozidică între carbonul 1 în glucoză și carbonul 2 în fructoză.

dizaharidele comune includ lactoza, maltoza și zaharoza (Figura 5). Lactoza este o dizaharidă constând din monomerii glucoză și galactoză. Se găsește în mod natural în lapte. Maltoza sau zahărul de malț este o dizaharidă formată printr-o reacție de deshidratare între două molecule de glucoză. Cea mai frecventă dizaharidă este zaharoza sau zahărul de masă, care este compus din monomerii glucoză și fructoză.

Figura 5. Dizaharidele obișnuite includ maltoză (zahăr din cereale), lactoză (zahăr din lapte) și zaharoză (zahăr de masă).

polizaharide

un lanț lung de monozaharide legate prin legături glicozidice este cunoscut sub numele de polizaharidă (poli– = „mulți”). Lanțul poate fi ramificat sau neramificat și poate conține diferite tipuri de monozaharide. Greutatea moleculară poate fi de 100.000 daltoni sau mai mult, în funcție de numărul de monomeri uniți. Amidonul, glicogenul, celuloza și chitina sunt exemple primare de polizaharide.

amidonul este forma depozitată de zaharuri în plante și este alcătuită dintr-un amestec de amiloză și amilopectină (ambii polimeri ai glucozei). Plantele sunt capabile să sintetizeze glucoza, iar excesul de glucoză, dincolo de nevoile imediate de energie ale plantei, este stocat ca amidon în diferite părți ale plantei, inclusiv rădăcini și semințe. Amidonul din semințe oferă hrană embrionului pe măsură ce germinează și poate acționa și ca sursă de hrană pentru oameni și animale. Amidonul consumat de oameni este descompus de enzime, cum ar fi amilazele salivare, în molecule mai mici, cum ar fi maltoza și glucoza. Celulele pot absorbi apoi glucoza.

amidonul este alcătuit din monomeri de glucoză care sunt uniți prin legături glicozidice 1-4 sau 1-6. Numerele 1-4 și 1-6 se referă la numărul de carbon al celor două reziduuri care s-au unit pentru a forma legătura. Așa cum este ilustrat în Figura 6, amiloza este amidonul format din lanțuri neramificate de monomeri de glucoză (numai legături 1-4 de la 0 la sută), în timp ce amilopectina este o polizaharidă ramificată (legături 1-6 de la 1 la sută la sută).

Figura 6. Amiloza și amilopectina sunt două forme diferite de amidon. Amiloza este compusă din lanțuri neramificate de monomeri ai glucozei conectate prin legături glicozidice 1,4 de la nivelul X. Amilopectina este compusă din catene ramificate de monomeri ai glucozei conectate prin legături glicozidice de la 1,4 la 1,6 de la hectolitri. Datorită modului în care sunt unite subunitățile, lanțurile de glucoză au o structură elicoidală. Glicogenul (nu este prezentat) are o structură similară cu amilopectina, dar este mai ramificat.

glicogenul este forma de stocare a glucozei la om și la alte vertebrate și este alcătuit din monomeri de glucoză. Glicogenul este echivalentul animal al amidonului și este o moleculă foarte ramificată stocată de obicei în celulele hepatice și musculare. Ori de câte ori nivelul glicemiei scade, glicogenul este descompus pentru a elibera glucoza într-un proces cunoscut sub numele de glicogenoliză.Celuloza este cel mai abundent biopolimer natural. Peretele celular al plantelor este în mare parte realizat din celuloză; acest lucru oferă suport structural celulei. Lemnul și hârtia sunt în mare parte de natură celulozică. Celuloza este alcătuită din monomeri de glucoză care sunt legați prin legături glicozidice 1-4 (figura 7).

Figura 7. În celuloză, monomerii de glucoză sunt legați în lanțuri neramificate prin legături glicozidice 1-4. Datorită modului în care sunt unite subunitățile de glucoză, fiecare monomer de glucoză este răsturnat în raport cu următorul, rezultând o structură liniară, fibroasă.așa cum se arată în Figura 7, fiecare alt monomer de glucoză din celuloză este răsturnat, iar monomerii sunt împachetați strâns ca lanțuri lungi extinse. Acest lucru conferă celulozei rigiditatea și rezistența ridicată la tracțiune—ceea ce este atât de important pentru plantarea celulelor. În timp ce legătura 1-4 Din numărul 1 nu poate fi descompusă de enzimele digestive umane, erbivorele precum vacile, Koala, bivolii și caii sunt capabili, cu ajutorul florei specializate din stomacul lor, să digere materialul vegetal bogat în celuloză și să-l folosească ca sursă de hrană. La aceste animale, anumite specii de bacterii și protiști locuiesc în rumen (parte a sistemului digestiv al erbivorelor) și secretă enzima celulază. Apendicele animalelor de pășunat conține, de asemenea, bacterii care digeră celuloza, oferindu-i un rol important în sistemele digestive ale rumegătoarelor. Celulazele pot descompune celuloza în monomeri de glucoză care pot fi folosiți ca sursă de energie de către animal. Termitele sunt, de asemenea, capabile să descompună celuloza din cauza prezenței altor organisme în corpul lor care secretă celulaze.

figura 8. Insectele au un exoschelet exterior dur din chitină, un tip de polizaharidă. (credit: Louise Docker)

carbohidrații îndeplinesc diferite funcții la diferite animale. Artropodele (insecte, crustacee și altele) au un schelet exterior, numit exoschelet, care le protejează părțile interne ale corpului (așa cum se vede în albina din Figura 8). Acest exoschelet este fabricat din chitina biologică macromoleculă, care este un azot care conține polizaharide. Acesta este format din unități repetate de N-acetil-XV-D-glucozamină, un zahăr modificat. Chitina este, de asemenea, o componentă majoră a pereților celulari fungici; ciupercile nu sunt nici animale, nici plante și formează un regat propriu în domeniul Eukarya.

Rezumatul secțiunii

carbohidrații sunt un grup de macromolecule care sunt o sursă vitală de energie pentru celulă și oferă suport structural celulelor vegetale, ciupercilor și tuturor artropodelor care includ homari, crabi, creveți, insecte și păianjeni. Carbohidrații sunt clasificați ca monozaharide, dizaharide și polizaharide în funcție de numărul de monomeri din moleculă. Monozaharidele sunt legate prin legături glicozidice care se formează ca urmare a reacțiilor de deshidratare, formând dizaharide și polizaharide cu eliminarea unei molecule de apă pentru fiecare legătură formată. Glucoza, galactoza și fructoza sunt monozaharide comune, în timp ce dizaharidele comune includ lactoza, maltoza și zaharoza. Amidonul și glicogenul, Exemple de polizaharide, sunt formele de depozitare a glucozei în plante și, respectiv, animale. Lanțurile lungi de polizaharide pot fi ramificate sau neramificate. Celuloza este un exemplu de polizaharidă neramificată, în timp ce amilopectina, un constituent al amidonului, este o moleculă foarte ramificată. Depozitarea glucozei, sub formă de polimeri precum amidonul de glicogen, o face puțin mai puțin accesibilă pentru metabolism; cu toate acestea, acest lucru îl împiedică să se scurgă din celulă sau să creeze o presiune osmotică ridicată care ar putea provoca absorbția excesivă de apă de către celulă.

verificați-vă înțelegerea

răspundeți la întrebarea(întrebările) de mai jos pentru a vedea cât de bine înțelegeți subiectele abordate în secțiunea anterioară. Acest test scurt nu contează pentru nota dvs. în clasă și îl puteți relua de un număr nelimitat de ori.

utilizați acest test pentru a verifica înțelegerea dvs. și pentru a decide dacă (1) studiați secțiunea anterioară în continuare sau (2) Treceți la secțiunea următoare.