Structura chimică a carbohidraților, clasificarea și funcțiile

hidrati de carbon, Carbohidrați sau zaharide, sunt molecule organice care stochează energia de ființe vii. Acestea sunt cele mai abundente și includ biomolecule: zaharuri, amidon și celuloză, printre alți compuși care se găsesc în organismele vii.

Organisme care efectuează fotosinteză (plante, alge și unele bacterii) sunt producători majori de carbohidrați în natură. Structura acestor zaharide poate fi liniar sau ramificat, simplu sau compus și, de asemenea, pot fi asociate cu biomolecule altfel.

De exemplu, hidrati de carbon se pot lega de proteine ​​pentru a forma glicoproteine. Ele pot fi, de asemenea, asociate cu molecule de lipide care formează glicolipide, biomolecule care formează structura membranelor biologice. Carbohidrații sunt, de asemenea, prezenți în structura acizilor nucleici.

Inițial, hidrati de carbon au fost recunoscute ca moleculele de stocare a energiei celulare. Ulterior, alte funcții importante care îndeplinesc carbohidrații în sistemele biologice este determinată.

Toate lucrurile vii au celulele lor acoperite de un strat dens de carbohidrați complecși. Carbohidrații sunt formate din monozaharide, molecule mici, care constau din trei până la nouă atomi de carbon legați la grupările hidroxil (-OH), care pot varia în dimensiune și configurație.

O proprietate importantă a carbohidraților este marea diversitate structurală în cadrul acestei clase de molecule, permițându-le să efectueze o gamă largă de funcții, cum ar fi generarea de celule de semnalizare molecule, țesuturi formă și generează identitatea grupelor sanguine umane.

De asemenea, matricea extracelulară este bogat în eucariotele superioare carbohidrați secretate, esențiale pentru comunicarea și supraviețuirea celulară. Aceste mecanisme de recunoaștere celulare sunt utilizate de o varietate de agenți patogeni de a infecta celulele gazda.

Monozaharidele pot fi legate prin legături glicozidice pentru a forma o varietate de carbohidrați: dizaharide, oligozaharide și polizaharide. Studiul structurii și funcției carbohidraților în sistemele biologice este numit Glicobiologie.

index

• 1 Structura chimică
• 2 Clasificare
  • 2.1 Monozaharide
  • 2.2 dizaharide
  • 2.3 Oligosaharide
  • 2.4 Polizaharide
• 3 Funcții
• 4 Alimente care conțin carbohidrați
  • 4.1 Amidonurile
  • 4.2 Fructe și legume
  • 4.3 Lapte
  • 4.4 Dulciurile
• 5 Metabolismul carbohidraților
• 6 Referințe

Structura chimică

Carbohidrații sunt alcătuiți din atomi de carbon, hidrogen și oxigen. Cele mai multe dintre acestea pot fi reprezentate prin formula empirică (CH2O) n, unde n este numărul de atomi de carbon în moleculă. Cu alte cuvinte, raportul dintre carbon, hidrogen și oxigen este de 1: 1 molecule de carbohidrați: 2.

Această formulă explică originea termenului „carbohidrat“ deoarece componentele sunt atomi de carbon ( „carbo“) și atomii de apă (de aici „hidrat“). Deși carbohidrații sunt formate in principal de trei atomi, există unele glucide cu azot, fosfor sau sulf.

In forma sa de bază, hidrați de carbon sunt zaharuri simple sau monozaharide. Aceste zaharuri simple pot fi combinate pentru a forma glucide mai complexe.

Combinația a două zaharuri simple este o dizaharidă. Oligozaharidele conțin două până la zece zaharuri simple și polizaharide sunt majore carbohidrat, care constă din mai mult de zece unități de monozaharide.

Structura carbohidraților determină modul în care energia este stocată în legăturile sale în timpul formării sale prin fotosinteză, și, de asemenea modul în care aceste legături sunt rupte în timpul respirației celulare.

clasificare

monozaharide

Monozaharidele sunt unități de bază de carbohidrați, care sunt cea mai simplă structură a unei zaharide. Fizic, monozaharidele sunt solide cristaline incolore. Cei mai mulți au un gust dulce.

Din punct de vedere chimic, monozaharide pot fi aldehide sau cetone, în funcție de unde gruparea carbonil (C = O) să fie localizate în carbohidratilor liniare. Structural, monozaharide pot forma lanțuri liniare sau inele închise.

Deoarece monozaharide posedă grupe hidroxil, majoritatea sunt solubile în apă și insolubile în solvenți nepolari.

În funcție de numărul de atomi de carbon, având în structura sa, un monozaharid au nume diferite, de exemplu, triose (dacă 3 atomi de carbon), pentoză (dacă 5C) și așa mai departe.

dizaharide

Dizaharidele sunt zaharuri duble formate prin unirea a două monozaharide într-o sinteză numită deshidratare proces chimic, deoarece o moleculă de apă se pierde în timpul reacției. Este, de asemenea, cunoscut ca o reacție de condensare.

Astfel, o dizaharidă este orice substanță care este compusă din două molecule de zaharuri simple (monozaharide) legate între ele printr-o legătură glicozidică.

Acizii au capacitatea de a descompune aceste legături, din acest motiv dizaharidele pot fi digerate în stomac.

Disacaridele sunt, în general, solubile în apă și dulci în caz de înghițire. Cele trei dizaharidele principale sunt sucroză, lactoză și maltoză: sucroză provine din legarea de glucoză și fructoză; lactoza provine din unificarea glucozei și galactozei; și maltoza provine din unirea a două molecule de glucoză.

oligozaharide 

Oligosaharidele sunt polimeri complexi formați din câteva unități de zaharuri simple, adică între 3 și 9 monozaharide.

Reacția este aceeași manieră dizaharidele, dar, de asemenea, vine din descompunerea moleculelor de zahar complexe (polizaharide).

Cele mai multe oligozaharide se găsesc în plante și acționează ca fibre solubile, care pot ajuta la prevenirea constipației. Totuși, oamenii nu posedă enzimele pentru a le digera în cea mai mare parte, cu excepția maltotriozei.

De aceea, oligozaharidele nu sunt digerate inițial în intestinul subțire, ele pot fi degradate de bacterii prezente in mod normal in intestinul gros printr-un proces de fermentație. Prebioții îndeplinesc această funcție, servesc ca hrană pentru bacteriile benefice.

polizaharide

Polizaharidele sunt polimeri mai mari de zaharide sunt formate din mai mult de 10 (până la mii) unități de monozaharide aranjate într-un mod liniar sau ramificat. Variațiile aranjamentului spațial sunt ceea ce conferă proprietăților multiple acestor zaharuri.

Polizaharidele pot fi compuse din aceeași monozaharidă sau prin combinarea diferitelor monozaharide. Dacă format din unități de același zahăr repetând sunt numite homopolizaharide, cum ar fi glicogen și amidon sunt carbohidrații de depozitare de plante și animale, respectiv.

Dacă polizaharidul este compus din unități de zaharuri diferite, ele se numesc heteropolizaharide. Majoritatea conțin doar două unități diferite și adesea asociate cu proteine ​​(glicoproteine, cum ar fi gama globulina din plasma sanguină) sau lipide (glicolipide, gangliozide ca).

funcții

Cele patru funcții principale de carbohidrati sunt: ​​pentru a furniza energie magazin de energie, să construiască macromolecule și pentru a preveni degradarea proteinelor și a grăsimilor.

Carbohidrații sunt degradați prin digestie în zaharuri simple. Acestea sunt absorbite de celulele intestinului subțire și sunt transportate la toate celulele corpului, unde vor fi oxidați pentru energie sub formă de adenozintrifosfat (ATP).

Moleculele de zahar care nu sunt utilizate în producția de energie într-un moment dat, sunt stocate ca parte a polimerilor de rezervă, cum ar fi glicogen și amidon.

Nucleotidele, unitățile fundamentale ale acizilor nucleici, posedă molecule de glucoză în structura lor. Mai multe proteine ​​importante sunt asociate cu molecule de carbohidrați, de exemplu, hormonul foliculostimulant (FSH, pentru scurt), care este implicată în procesul de ovulație.

Deoarece carbohidrații sunt principala sursă de energie, degradarea lor rapidă împiedică degradarea altor biomolecule pentru a obține energie. Astfel, atunci când nivelurile de zahăr sunt normale, proteinele și lipidele sunt protejate de degradare.

Unii carbohidrați sunt solubili în apă, acționează ca materie primă în aproape toată lumea și oxidarea acestor molecule este producția principală de energie în majoritatea celulelor nonphotosynthetic.

Carbohidrații insolubili sunt asociați pentru a forma structuri mai complexe care servesc drept protecție. De exemplu: celuloza formează peretele celulelor vegetale împreună cu hemicelulozele și pectina. Chitina formează peretele celulelor fungice și exoscheletul artropodelor.

De asemenea, peptidoglicanul formează peretele celular al bacteriilor și cianobacteriilor. Țesutul conjunctiv al animalelor și articulațiilor scheletice sunt formate din polizaharide.

Mulți carbohidrați sunt atașați covalent la proteine ​​sau lipide pentru a forma structuri mai complexe, denumite în glicoconjugate set. Aceste complexe acționează ca etichete care determină localizarea intracelulară sau soarta metabolică a acestor molecule

Alimente care conțin carbohidrați

Carbohidrații reprezintă o componentă esențială a unei alimentații sănătoase, deoarece acestea sunt principala sursă de energie. Cu toate acestea, unele alimente au carbohidrați mai sănătoși care oferă o cantitate mai mare de nutrienți, de exemplu:

Amidonurile

Alimentele care conțin amidon sunt principala sursă de carbohidrați. Aceste amidonuri sunt, în general, carbohidrați complexi, adică sunt formați de multe zaharuri legate între ele formând un lanț molecular lung. Din acest motiv, amidonul durează mai mult pentru a fi digerat.

Există o gamă largă de alimente care conțin amidon. Cerealele includ alimente cu conținut ridicat de amidon, de exemplu: fasole, linte și orez.Cerealele conțin, de asemenea, acești carbohidrați, de exemplu: ovăz, orz, grâu și derivații săi (făină și paste făinoase).

Legumele și nucile conțin, de asemenea, carbohidrați sub formă de amidon. În plus, legume cum ar fi: cartofi, cartofi dulci, porumb și squash sunt, de asemenea, bogate în conținut de amidon.

Este important de reținut că multe carbohidrați sunt o sursă de fibre. Adică, fibrele sunt în principiu un tip de carbohidrați pe care organismul le poate digera doar parțial.

Similar carbohidraților complexi, fibrele carbohidraților tind să fie digerate lent.

Fructe și legume

Fructele și legumele au un conținut ridicat de carbohidrați. Spre deosebire de amidon, fructele și legumele conțin carbohidrați simpli, adică carbohidrați cu una sau două zaharide atașate una de cealaltă.

Aceste carbohidrați, fiind simple în structura lor moleculară, sunt digerate mai ușor și mai repede decât cele complexe. Aceasta oferă o idee despre diferitele niveluri și tipuri de carbohidrați pe care le posedă produsele alimentare.

Astfel, unele fructe au mai mult conținut de carbohidrați pe porție, de exemplu: bananele, merele, portocalele, pepeni și strugurii au mai mulți carbohidrați decât unele legume, cum ar fi spanacul, broccoli și kale, morcovii, ciuperci și vinete.

Laptele

Similar cu legumele și fructele, produsele lactate sunt alimente care conțin carbohidrați simpli. Laptele are propriul zahăr numit lactoză, o dizaharidă cu gust dulce. O ceașcă este egală cu aproximativ 12 grame de carbohidrați.

Există multe versiuni ale laptelui și iaurtului pe piață. Indiferent dacă consumați o versiune completă sau redusă de grăsime a unei anumite produse lactate, cantitatea de carbohidrați va fi aceeași.

Dulciurile

Dulciurile sunt o altă sursă bine cunoscută de carbohidrați. Acestea includ zahăr, miere, bomboane, băuturi artificiale, biscuiți, înghețată, printre multe alte deserturi. Toate aceste produse conțin concentrații ridicate de zaharuri.

Pe de altă parte, unele alimente prelucrate și rafinate conțin carbohidrați complexi, de exemplu: pâine, orez și paste albe. Este important de remarcat faptul că carbohidrații rafinați nu sunt la fel de hrănitoare ca carbohidrații din fructe și legume.

Metabolismul carbohidraților

Metabolismul carbohidraților este setul de reacții metabolice care implică formarea, degradarea și transformarea carbohidraților în celule.

Metabolismul carbohidratilor este foarte conservat si poate fi observat chiar si de la bacterii, principalul exemplu fiind Lac Operon E. coli.

Carbohidrații sunt importanți în multe căi metabolice, cum ar fi fotosinteza, cea mai importantă reacție de formare a carbohidraților în natură.

Din dioxidul de carbon și apă, plantele utilizează energia soarelui pentru a sintetiza moleculele de carbohidrați.

La rândul său, celulele animale și fungice descompun carbohidrații, consumați în țesuturile de plante, pentru a obține energie sub formă de ATP printr-un proces numit respirație celulară.

La nivelul vertebratelor, glucoza este transportată în întregul corp prin sânge. Dacă depozitele de energie celulare sunt scăzute, glucoza este degradată printr-o reacție metabolică numită glicoliză pentru a produce o cantitate mică de energie și a unor intermediari metabolici.

Moleculele de glucoză care nu sunt necesare pentru producerea imediată de energie sunt stocate ca glicogen în ficat și mușchi, printr-un proces numit glicogeneză.

Unii carbohidrați simpli au propriile căi de degradare, cum ar fi unii dintre carbohidrații mai complexi. Lactoza, de exemplu, necesită acțiunea enzimei lactază care rupe legăturile sale și eliberează monozaharidele sale fundamentale, glucoza și galactoza.

Glucoza este principalul carbohidrat consumat de celule, constituind aproximativ 80% din sursele de energie.

Glucoza este distribuită celulelor, unde poate intra prin intermediul transportorilor specifici care urmează să fie degradate sau depozitate ca glicogen.

În funcție de cerințele metabolice ale unei celule, glucoza poate fi, de asemenea, utilizată pentru a sintetiza alte monozaharide, acizi grași, acizi nucleici și anumiți aminoacizi.

Principala funcție a metabolismului carbohidraților este de a menține controlul asupra nivelului zahărului din sânge, ceea ce este cunoscut ca homeostază internă.

referințe

1. Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., Morgan, D., Raff, M., Roberts, K. și Walter, P. (2014).Biologie moleculară a celulei (Ediția a șasea). Garland Science.
2. Berg, J., Tymoczko, J., Gatto, G. & Strayer, L. (2015).biochimie(Ediția a 8-a). W. H. Freeman și Compania.
3. Campbell, N. și Reece, J. (2005).biologie (Ediția a 2-a) Pearson Education.
4. Dashty, M. (2013). O privire rapidă asupra biochimiei: metabolismul carbohidraților. Biochimie clinică, 46(15), 1339-1352.
5. Lodish, H., Berk, A., Kaiser, C., Krieger, M., Bretscher, A., Ploegh, H., Amon, A. & Martin, K. (2016).Biologie celulară moleculară (Ediția a 8-a). W. H.Freeman și Compania.
6. Maughan, R. (2009). Metabolismul carbohidraților. chirurgie, 27(1), 6-10.
7. Nelson, D., Cox, M. și Lehninger, A. (2013). Principiile de biochimie Lehninger (6^lea). W.H. Freeman și Compania.
8. Solomon, E., Berg, L. și Martin, D. (2004).biologie(A șaptea ediție) Învățarea în domeniul educației.
9. Voet, D., Voet, J. și Pratt, C. (2016).Bazele biochimiei: Viața la nivel molecular (Ediția a 5-a). Wiley.