Szénhidrátok kémiai szerkezete, besorolása és funkciói



az szénhidrátok, szénhidrátok vagy szacharidok, szerves molekulák, amelyek energiát tárolnak az élő lényekben. Ezek a leggyakoribb biomolekulák, és magukban foglalják a cukrokat, a keményítőt és a cellulózot, az élő szervezetekben található egyéb vegyületek közül..

A fotoszintézist végző szervezetek (növények, algák és egyes baktériumok) a szénhidrátok fő termelői a természetben. Ezeknek a szacharidoknak a szerkezete lehet lineáris vagy elágazó, egyszerű vagy összetett, és más típusú biomolekulákhoz is társítható..

Például a szénhidrátok fehérjéket köthetnek glikoproteinek kialakításához. Ezeket lipidmolekulákkal is társíthatjuk, amelyek glikolipideket képeznek, a biológiai membránok szerkezetét képező biomolekulák. A szénhidrátok szintén jelen vannak a nukleinsavak szerkezetében.

Kezdetben a szénhidrátokat sejtenergia-tároló molekulákként azonosították. Ezt követően meghatároztuk a szénhidrátok biológiai rendszerekben betöltött egyéb fontos funkcióit.

Valamennyi élőlény sejtjeit sűrű komplex szénhidrát réteg borítja. A szénhidrátok monoszacharidokból, 3–9 szénatomos kis molekulából állnak, amelyek hidroxilcsoportokhoz kapcsolódnak (-OH), amelyek mérete és konfigurációja változhat..

A szénhidrátok egyik fontos tulajdonsága a molekulák ezen osztályán belüli hatalmas strukturális sokféleség, amely lehetővé teszi számukra, hogy számos funkciót hajtsanak végre, mint például sejtjelző molekulák létrehozása, szövetek képzése és különböző vércsoportok azonosságának generálása az emberekben..

Hasonlóképpen, a magasabb eukariótákban az extracelluláris mátrix szekretált szénhidrátokban gazdag, ami a sejtek túléléséhez és a kommunikációhoz szükséges. Ezeket a sejtfelismerő mechanizmusokat számos kórokozó felhasználja a gazdasejtek megfertőzésére.

A monoszacharidokat glikozidkötésekkel kapcsolhatjuk össze, hogy nagyszámú szénhidrátot képezzenek: diszacharidok, oligoszacharidok és poliszacharidok. A biológiai rendszerekben a szénhidrátok szerkezetének és működésének tanulmányozása glikobiológia.

index

  • 1 Kémiai szerkezet
  • 2 Osztályozás
    • 2.1 Monoszacharidok
    • 2.2 Diszacharidok
    • 2.3 Oligosacharidok 
    • 2.4 Poliszacharidok
  • 3 Funkciók
  • 4 A szénhidrátokat tartalmazó élelmiszerek
    • 4.1 A keményítők
    • 4.2 Gyümölcsök és zöldségek
    • 4.3 Tej
    • 4.4 Az édességek
  • 5 Szénhidrát anyagcsere
  • 6 Referenciák

Kémiai szerkezet

A szénhidrátok szén-, hidrogén- és oxigénatomokból állnak. Ezek többsége az empirikus képlettel (CH2O) n, ahol n a szénatomok száma a molekulában. Más szavakkal, a szén, hidrogén és oxigén aránya 1: 2: 1 a szénhidrát molekulákban.

Ez a képlet a "szénhidrát" kifejezés eredetét magyarázza, mert az összetevők szénatomok ("carbo") és vízatomok (ezért "hidrát"). Bár a szénhidrátokat főleg ezek a három atom alkotja, vannak szénhidrátok nitrogénnel, foszfordal vagy kénnel..

Alap formában a szénhidrátok egyszerű cukrok vagy monoszacharidok. Ezek az egyszerű cukrok kombinálhatók, hogy összetettebb szénhidrátokat képezzenek.

Két egyszerű cukor kombinációja diszacharid. Az oligoszacharidok 2-10 egyszerű cukrot tartalmaznak, és a poliszacharidok a legnagyobb szénhidrátok, amelyek több mint tíz egységnyi monoszacharidot tartalmaznak..

A szénhidrátok szerkezete határozza meg, hogy a fotoszintézis során keletkező energiát a kötésekben tárolja, és hogy ezek a kötések hogyan törik meg a celluláris légzés során..

besorolás

monoszacharidok

A monoszacharidok a szénhidrátok elemi egységei, ezért a szacharid legegyszerűbb szerkezete. Fizikailag a monoszacharidok színtelen kristályos szilárd anyagok. A legtöbb édes ízű.

Kémiai szempontból a monoszacharidok lehetnek aldehidek vagy ketonok, attól függően, hogy a karbonilcsoport (C = O) a lineáris szénhidrátokban található. Strukturálisan a monoszacharidok lineáris láncokat vagy zárt gyűrűket képezhetnek.

Mivel a monoszacharidok hidroxilcsoportokat tartalmaznak, a legtöbb vízben oldható és nem poláros oldószerekben oldhatatlan.

Attól függően, hogy hány szénatom van a szerkezetben, a monoszacharid különböző nevekkel rendelkezik, például: trióz (ha 3 C atomod van), pentóz (ha van 5C) és így tovább.

diszacharidok

A diszacharidok olyan kettős cukrok, amelyeket két monoszacharid dehidratációs szintézisnek nevezett kémiai folyamatban való összekapcsolásával állítanak elő, mivel a reakció során egy molekula vizet veszít. Kondenzációs reakcióként is ismert.

Ily módon a diszacharid bármely olyan anyag, amely két egyszerű molekulából áll (monoszacharidok), amelyek egy glikozidos kapcsolaton keresztül kapcsolódnak össze.

A savak képesek megszakítani ezeket a kötéseket, ezért a diszacharidok a gyomorban emészthetőek.

A diszacharidok általában vízben oldódnak és lenyelve édesek. A három fő diszacharid a szacharóz, a laktóz és a maltóz: a szacharóz a glükóz és a fruktóz kötődéséből származik; a laktóz a glükóz és a galaktóz egyesüléséből származik; és a maltóz két glükóz molekula egyesüléséből származik.

oligoszacharidok

Az oligoszacharidok olyan komplex polimerek, amelyek néhány egységnyi cukrot alkotnak, azaz 3-9 monoszacharidot tartalmaznak..

A reakció ugyanaz, mint a diszacharidok, de a bonyolultabb cukormolekulák (poliszacharidok) lebomlásából is származik..

A legtöbb oligoszacharid a növényekben található, és oldható rostként működik, ami segít megakadályozni a székrekedést. Azonban az emberek nem rendelkeznek az enzimekkel, hogy ezeket leginkább emésztik, kivéve a maltotriózt.

Emiatt az oligoszacharidok, amelyeket nem kezdetben emésztünk a vékonybélben, a baktériumok, amelyek általában a vastagbélben élnek, erjedési folyamaton keresztül lebomlanak. A prebiotikumok teljesítik ezt a funkciót, és a jótékony baktériumok számára szolgálnak.

poliszacharidok

A poliszacharidok a legnagyobb szacharid polimerek, több mint 10 (legfeljebb ezer) egységnyi lineáris vagy elágazó láncú monoszacharidból állnak. A térbeli elrendezés változatai az, ami ezeknek a cukroknak a többszörös tulajdonságait adja.

A poliszacharidok ugyanazon monoszacharidból vagy különböző monoszacharidok kombinációjából állhatnak. Ha ugyanazon cukor ismételt egységei alkotják őket, akkor ezeket homopoliszacharidoknak, például glikogénnek és keményítőnek nevezik, amelyek az állatok és növények tárolási szénhidrátjai..

Ha a poliszacharid különböző cukrokból áll, akkor heteropoliszacharidnak nevezik. A legtöbb csak két különböző egységet tartalmaz, és általában fehérjékkel (glikoproteinek, mint például a gamma-globulin a vérplazmában) vagy lipidekben (glikolipidek, például gangliozidok) társulnak..

funkciók

A szénhidrátok négy fő funkciója: az energia biztosítása, az energia tárolása, makromolekulák építése és a fehérjék és zsírok lebomlásának megakadályozása..

A szénhidrátokat egyszerű cukrokban történő emésztéssel lebontják. Ezeket a vékonybél sejtjei elnyelik, és a test minden sejtjére szállítják, ahol oxidálódnak az adenozin-trifoszfát (ATP) formájában..

Azok a cukormolekulák, amelyeket egy adott időpontban nem használnak fel energiatermelésben, a tartalék polimerek, például a glikogén és a keményítő részeként tárolódnak..

A nukleotidok, a nukleinsavak alapvető egységei, szerkezetben glükózmolekulákat tartalmaznak. Számos fontos fehérje kapcsolódik a szénhidrát molekulákhoz, például: a tüszőstimuláló hormon (FSH), amely az ovulációs folyamatban lép fel.

Mivel a szénhidrátok a fő energiaforrás, gyors lebomlásuk megakadályozza, hogy más biomolekulák leromlottak legyenek az energia megszerzése érdekében. Így amikor a cukorszint normális, a fehérjék és a lipidek védve vannak a lebomlás ellen.

Egyes szénhidrátok vízben oldódnak, gyakorlatilag az egész világban a táplálékként működnek, és ezeknek a molekuláknak az oxidációja a legtöbb nem fotoszintetikus sejtben az energiatermelés fő forrása..

Az oldhatatlan szénhidrátok összetettebb szerkezeteket képeznek, amelyek védelmet nyújtanak. Például: cellulóz képezi a növényi sejtek falát hemicellulózissal és pektinnel együtt. A kitin a gombasejtek falát és az ízeltlábúak exoskeletonját képezi.

A peptidoglikán a baktériumok és a cianobaktériumok sejtfalát is képezi. Az állatok kötőszövetét és a csontváz ízületeit poliszacharidok képezik.

Számos szénhidrát kovalensen kötődik fehérjékhez vagy lipidekhez, és összetettebb szerkezeteket képez, amelyek együttesen glikokonjugátumoknak nevezik. Ezek a komplexek olyan címkékként működnek, amelyek meghatározzák ezen molekulák intracelluláris elhelyezkedését vagy metabolikus sorsát

A szénhidrátokat tartalmazó élelmiszerek

A szénhidrátok az egészséges táplálkozás lényeges eleme, mivel ezek a fő energiaforrások. Néhány élelmiszer azonban egészségesebb szénhidrátokat tartalmaz, amelyek nagyobb mennyiségű tápanyagot kínálnak, például:

A keményítők

A szénhidrátok fő forrása a keményítőtartalmú élelmiszerek. Ezek a keményítők általában komplex szénhidrátok, azaz sok cukrot alkotnak, amelyek egymáshoz kapcsolódva hosszú molekuláris láncot alkotnak. Emiatt a keményítők hosszabb ideig tartanak emésztésre.

Az ételek széles skáláját tartalmazzák, amelyek keményítőt tartalmaznak. A szemek közé tartoznak a magas keményítőtartalmú élelmiszerek, például: bab, lencse és rizs. A gabonafélék ezen szénhidrátokat is tartalmazzák, például: zab, árpa, búza és származékai (liszt és tészta) .

A hüvelyesek és a diófélék keményítő formájában szénhidrátokat is tartalmaznak. Továbbá, zöldségek, mint például: burgonya, édesburgonya, kukorica és sütőtök is tartalmaznak keményítőtartalmat.

Fontos megjegyezni, hogy sok szénhidrát szálforrás. Ez azt jelenti, hogy a rost alapvetően olyan szénhidrát-típus, amelyet a test csak részben képes emészteni.

Hasonlóan a komplex szénhidrátokhoz, a szénhidrát rostok lassan emészthetőek.

Gyümölcsök és zöldségek

A gyümölcsök és zöldségek magas szénhidrát-tartalommal rendelkeznek. A keményítővel ellentétben a gyümölcsök és zöldségek egyszerű szénhidrátokat, azaz egy vagy két szacharidot tartalmazó szénhidrátot tartalmaznak.

Ezek a szénhidrátok, amelyek molekulaszerkezetükben egyszerűek, könnyebben és gyorsabban emészthetőek, mint a komplexek. Ez egy ötletet ad a különböző szénhidrátok szintjéről és típusairól, amelyeket az élelmiszer rendelkezik.

Így egyes gyümölcsök egy adagonként több szénhidrát-tartalommal rendelkeznek, például: a banán, az alma, a narancs, a dinnye és a szőlő több szénhidrátot tartalmaz, mint néhány zöldség, például spenót, brokkoli és kelkáposzta, sárgarépa, gombák és padlizsán.

A tej

A zöldségekhez és gyümölcsökhöz hasonlóan a tejtermékek egyszerű szénhidrátokat tartalmazó élelmiszerek. A tejnek van saját cukorja, amit laktóznak neveznek, ami édes ízű diszacharid. Ennek egy csésze körülbelül 12 gramm szénhidrát.

A piacon sokféle tej és joghurt változata létezik. Függetlenül attól, hogy egy adott tejtermék teljes vagy csökkent zsírtartalmú változatát fogyasztja-e, a szénhidrátok mennyisége azonos lesz.

Az édességek

Az édességek egy másik jól ismert szénhidrátforrás. Ezek közé tartozik a cukor, a méz, a cukorka, a mesterséges italok, a sütik, a fagylalt, sok más desszert között. Mindezek a termékek magas koncentrációban tartalmaznak cukrot.

A feldolgozott és finomított élelmiszerek összetett szénhidrátokat tartalmaznak, például: kenyér, rizs és fehér tészta. Fontos megjegyezni, hogy a finomított szénhidrátok nem olyan táplálóak, mint a gyümölcsök és zöldségek.

Szénhidrát anyagcsere

A szénhidrátok metabolizmusa a metabolikus reakciók halmaza, amelyek a szénhidrátok képződését, lebomlását és konverzióját foglalják magukban..

A szénhidrátok metabolizmusa erősen konzerválódott, és még a baktériumokból is megfigyelhető, a fő példa a Lac Operon. E. coli.

A szénhidrátok számos metabolikus úton fontosak, mint például a fotoszintézis, a természetben a legfontosabb szénhidrátképző reakció..

A szén-dioxidból és a vízből a növények a napenergiát használják a szénhidrát molekulák szintetizálására.

Az állati és gombás sejtek a szénhidrátokat lebontják, a növényi szövetekben elfogyasztva, energiát kapnak az ATP formájában, egy sejtes légzés útján..

A gerinces állatokban a glükózt a vérben szállítják a szervezetben. Ha a celluláris energiamegtakarítások alacsonyak, a glükóz lebomlik egy glikolízisnek nevezett metabolikus reakcióval, hogy kis energiát és néhány metabolikus köztiterméket állítson elő.

Az azonnali energiatermeléshez nem szükséges glükózmolekulákat glikogénként tárolják a májban és az izomban, egy glikogenezis útján..

Néhány egyszerű szénhidrátnak saját bomlási útja van, mint a bonyolultabb szénhidrátok. A laktóz például megköveteli a laktáz enzim működését, amely megszakítja kötéseit, és felszabadítja alapvető monoszacharidjait, glükózt és galaktózt..

A glükóz a sejtek által fogyasztott fő szénhidrát, amely az energiaforrások mintegy 80% -át teszi ki.

A glükóz eloszlik a sejtekbe, ahol specifikus hordozókon keresztül juthat be, hogy lebomlik vagy glikogénként tárolható legyen.

A sejt metabolikus igényeitől függően a glükóz más monoszacharidok, zsírsavak, nukleinsavak és bizonyos aminosavak szintézisére is felhasználható..

A szénhidrát anyagcsere fő funkciója a vércukorszint szabályozásának fenntartása, ez az úgynevezett belső homeosztázis.

referenciák

  1. Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., Morgan, D., Raff, M., Roberts, K. & Walter, P. (2014). A sejt molekuláris biológiája (6. kiadás). Garland tudomány.
  2. Berg, J., Tymoczko, J., Gatto, G. & Strayer, L. (2015). biokémia (8. kiadás). W. H. Freeman és Company.
  3. Campbell, N. & Reece, J. (2005). biológia (2. kiadás) Pearson Education.
  4. Dashty, M. (2013). A biokémia gyors áttekintése: Szénhidrát anyagcsere. Klinikai biokémia, 46(15), 1339-1352.
  5. Lodish, H., Berk, A., Kaiser, C., Krieger, M., Bretscher, A., Ploegh, H., Amon, A. és Martin, K. (2016). Molekuláris sejtbiológia (8. kiadás). W. H. Freeman és Company.
  6. Maughan, R. (2009). Szénhidrát anyagcsere. sebészet, 27(1), 6-10.
  7. Nelson, D., Cox, M. és Lehninger, A. (2013). A biokémia Lehninger alapelvei (6th). W. Freeman és Company.
  8. Solomon, E., Berg, L. & Martin, D. (2004). biológia (7. kiadás) Cengage Learning.
  9. Voet, D., Voet, J. & Pratt, C. (2016). A biokémia alapjai: az élet a molekuláris szinten (5. kiadás). Wiley.