Karbonhidratların kimyasal yapısı, sınıflandırılması ve fonksiyonları



karbonhidratlar, karbonhidratlar veya sakaritler, canlılarda enerji depolayan organik moleküllerdir. Bunlar en bol bulunan biyomoleküllerdir ve şunları içerir: Canlı organizmalarda bulunan diğer bileşiklerin yanı sıra şekerler, nişastalar ve selüloz.

Fotosentez yapan organizmalar (bitkiler, algler ve bazı bakteriler) doğadaki başlıca karbonhidrat üreticileridir. Bu sakaritlerin yapısı doğrusal veya dallanmış, basit veya bileşik olabilir ve ayrıca başka türdeki biyomoleküllerle de ilişkilendirilebilir..

Örneğin, karbonhidratlar glikoproteinler oluşturmak için proteinleri bağlayabilir. Biyolojik zarların yapısını oluşturan biyomoleküller olan glikolipitler oluşturan lipid molekülleri ile de ilişkilendirilebilirler. Karbonhidratlar ayrıca nükleik asitlerin yapısında bulunurlar..

Başlangıçta, karbonhidratlar hücresel enerji depolama molekülleri olarak kabul edildi. Daha sonra biyolojik sistemlerde karbonhidratların yerine getirdiği diğer önemli fonksiyonlar belirlenmiştir..

Tüm canlılar, hücrelerini yoğun bir kompleks karbonhidrat tabakası ile kaplar. Karbonhidratlar, monosakaritlerden oluşur, hidroksil gruplarına (-OH) bağlı üç ila dokuz karbon atomu ile oluşturulan küçük moleküller, boyut ve konfigürasyonda değişebilir.

Karbonhidratların önemli bir özelliği, hücre sınıfı sinyal molekülleri oluşturma, dokular oluşturma ve insanlarda farklı kan gruplarının kimliğini oluşturma gibi çok çeşitli fonksiyonları gerçekleştirmelerine izin veren bu molekül sınıfı içindeki muazzam yapısal çeşitliliktir..

Aynı şekilde, yüksek ökaryotlardaki hücre dışı matris, hücre hayatta kalmak ve iletişim için gerekli olan salgılanan karbonhidratlar bakımından zengindir. Bu hücre tanıma mekanizmaları, konakçı hücrelerini enfekte etmek için çeşitli patojenlerden yararlanır.

Monosakaritler, çok çeşitli karbonhidratlar oluşturmak için glikosidik bağlarla bağlanabilir: disakaritler, oligosakaritler ve polisakaritler. Biyolojik sistemlerdeki karbonhidratların yapı ve fonksiyonlarının çalışmasına glikobiyoloji denir.

indeks

  • 1 Kimyasal yapı
  • 2 Sınıflandırma
    • 2.1 Monosakkaritler
    • 2.2 Disakkaritler
    • 2.3 Oligosakaritler 
    • 2.4 Polisakkaritler
  • 3 İşlev
  • 4 Karbonhidrat içeren yiyecekler
    • 4.1 Nişastalar
    • 4.2 Meyve ve sebzeler
    • 4.3 Süt
    • 4.4 Tatlılar
  • 5 Karbonhidrat metabolizması
  • 6 Kaynakça

Kimyasal yapısı

Karbonhidratlar karbon, hidrojen ve oksijen atomlarından oluşur. Bunların çoğu ampirik formül (CH20) n ile gösterilebilir, burada n, molekül içindeki karbon sayısıdır. Başka bir deyişle, karbonhidrat moleküllerinde karbon, hidrojen ve oksijen oranı 1: 2: 1'dir.

Bu formül "karbonhidrat" teriminin kökenini açıklar, çünkü bileşenler karbon atomları ("karbon") ve su atomlarıdır (bu nedenle "hidrat"). Her ne kadar karbonhidratlar esas olarak bu üç atom tarafından oluşturulsa da, azot, fosfor veya kükürt içeren bazı karbonhidratlar vardır..

Temel haliyle, karbonhidratlar basit şekerler veya monosakaritlerdir. Bu basit şekerler daha karmaşık karbonhidratlar oluşturmak için bir araya getirilebilir.

İki basit şekerin kombinasyonu bir disakkarittir. Oligosakaritler iki ila on arasında basit şeker içerir ve polisakkaritler, on birimden fazla monosakaritten oluşan en büyük karbonhidratlardır..

Karbonhidratların yapısı, enerjinin fotosentez yoluyla oluşumu sırasında bağlarında nasıl depolandığını ve ayrıca bu bağların hücresel solunum sırasında nasıl kırıldığını belirler..

sınıflandırma

monosakkaritler

Monosakaritler, temel karbonhidrat birimleridir, bu yüzden sakaritin en basit yapısıdır. Fiziksel olarak monosakaritler, renksiz kristal katı maddelerdir. Çoğu tatlı tadı var.

Kimyasal açıdan monosakaritler, karbonil grubunun (C = O) lineer karbonhidratlarda bulunduğu yere bağlı olarak aldehitler veya ketonlar olabilir. Yapısal olarak monosakaritler, doğrusal zincirler veya kapalı halkalar oluşturabilir..

Monosakaritler hidroksil gruplarına sahip olduklarından, çoğu polar olmayan çözücüler içinde suda çözünür ve çözünmez.

Yapınızda bulunan karbon sayısına bağlı olarak, bir monosakarit farklı isimlere sahip olacaktır, örneğin: trioz (3 C atomunuz varsa), pentoz (5C varsa) ve benzeri.

disakkaritler

Disakaritler, iki monosakaridin dehidrasyon sentezi adı verilen kimyasal bir işlemde birleştirilmesiyle oluşan çift şekerlerdir, çünkü reaksiyon sırasında bir su molekülü kaybedilir. Yoğuşma reaksiyonu olarak da bilinir..

Dolayısıyla bir disakarit, bir glikosidik bağlantıyla birbirine bağlanmış iki basit şeker molekülünden (monosakaritler) oluşan herhangi bir maddedir..

Asitler bu bağları koparma yeteneğine sahiptir, bu nedenle midede disakkaritler sindirilebilir.

Disakaritler genellikle suda çözünür ve yutulduğunda tatlıdır. Üç ana disakarit sükroz, laktoz ve maltozdur: sukroz glukoz ve fruktozun bağlanmasından gelir; laktoz, glikoz ve galaktoz birliğinden gelir; ve maltoz, iki glikoz molekülünün birleşmesinden gelir..

oligosakkaritler

Oligosakaritler, birkaç birim basit şeker, yani 3 ila 9 monosakarit tarafından oluşturulan karmaşık polimerlerdir..

Reaksiyon disakaritleri oluşturanla aynıdır, fakat aynı zamanda daha karmaşık şeker moleküllerinin (polisakkaritler) parçalanmasından da gelir..

Oligosakaritlerin çoğu bitkilerde bulunur ve kabızlığın önlenmesine yardımcı olan çözünür lif olarak işlev görür. Bununla birlikte, insanlar maltotrioz dışında, çoğunlukla onları sindirecek enzimlere sahip değildir..

Bu nedenle, başlangıçta ince bağırsakta sindirilmeyen oligosakaritler, bir fermantasyon işlemi yoluyla normalde kalın bağırsakta yaşayan bakteriler tarafından bozulabilir. Prebiyotikler bu işlevi yerine getirir, faydalı bakteriler için yiyecek görevi yapar.

polisakkaritler

Polisakaritler, en büyük sakarit polimerleridir, doğrusal veya dallanmış bir şekilde düzenlenmiş 10 (bine kadar) birimden fazla monosakarit tarafından oluşturulurlar. Mekansal düzenlemedeki değişiklikler, bu şekerlere çoklu özellikler kazandıran şeydir..

Polisakaritler, aynı monosakaritten veya farklı monosakaritler kombinasyonundan oluşabilir. Aynı şekerin tekrarlanan birimleri tarafından oluşturuldukları takdirde, sırasıyla hayvan ve bitkilerin depolanan karbonhidratları olan glikojen ve nişasta gibi homopolisakaritler olarak adlandırılırlar..

Polisakarit, farklı şeker birimlerinden oluşuyorsa, bunlara heteropolisakaritler denir. Çoğu sadece iki farklı ünite içerir ve genellikle proteinlerle (kan plazmasında gamma globülin gibi glikoproteinler) veya lipitler (gangliyozitler gibi glikolipitler) ile ilişkilidir..

fonksiyonlar

Karbonhidratların dört ana işlevi şunlardır: enerji sağlamak, enerji depolamak, makromoleküller oluşturmak ve proteinlerin ve yağların bozulmasını önlemek.

Karbonhidratlar basit şekerler içindeki sindirim ile bozulur. Bunlar ince bağırsak hücreleri tarafından emilir ve vücudun tüm hücrelerine taşınırlar, burada enerji için adenosin trifosfat (ATP) formunda enerji için oksitlenirler.

Herhangi bir zamanda enerji üretiminde kullanılmayan şeker molekülleri, glikojen ve nişasta gibi yedek polimerlerin bir parçası olarak depolanır..

Nükleik asitlerin temel birimleri olan nükleotidler yapılarında glikoz moleküllerine sahiptir. Birkaç önemli protein karbonhidrat molekülleri ile ilişkilidir, örneğin: yumurtlama işlemine müdahale eden folikül uyarıcı hormon (FSH).

Karbonhidratlar ana enerji kaynağı oldukları için hızlı bozunmaları diğer biyomoleküllerin enerji elde etmek için bozunmasını önler. Böylece, şeker seviyeleri normal olduğunda, proteinler ve lipidler bozulmaya karşı korunur.

Bazı karbonhidratlar suda çözünür, pratik olarak tüm dünyada temel bir gıda görevi görürler ve bu moleküllerin oksidasyonu fotosentetik olmayan hücrelerin çoğunda ana enerji üretim kaynağıdır..

Çözünmeyen karbonhidratlar, koruma görevi gören daha karmaşık yapılar oluşturmak için ilişkilidir. Örneğin: selüloz, hemiselülozlar ve pektin ile birlikte bitki hücrelerinin duvarını oluşturur. Chitin, mantar hücrelerinin duvarını ve eklembacaklıların dış iskeletini oluşturur..

Ayrıca, peptidoglikan bakteri ve siyanobakterilerin hücre duvarını oluşturur. Hayvanların ve iskelet eklemlerinin bağ dokusu polisakkaritler tarafından oluşur..

Birçok karbonhidrat, toplu olarak glikokonjugatlar olarak adlandırılan daha karmaşık yapılar oluşturan proteinlere veya lipitlere kovalent olarak bağlanır. Bu kompleksler, hücre içi konumunu veya bu moleküllerin metabolik kaderini belirleyen etiketler olarak hareket eder.

Karbonhidrat içeren yiyecekler

Karbonhidratlar, sağlıklı beslenmenin önemli bir bileşenidir, çünkü bunlar temel enerji kaynağıdır. Bununla birlikte, bazı gıdalar daha fazla miktarda besin sunan daha sağlıklı karbonhidratlara sahiptir, örneğin:

Nişastalar

Nişasta içeren yiyecekler ana karbonhidrat kaynağıdır. Bu nişastalar genel olarak kompleks karbonhidratlardır, yani uzun moleküler bir zincir oluşturan bir araya getirilen birçok şeker tarafından oluşturulurlar. Bu nedenle nişastalar sindirimi daha uzun sürer.

Nişasta içeren çok çeşitli yiyecekler vardır. Tahıllar, nişasta içeriği yüksek gıdaları içerir; örneğin: fasulye, mercimek ve pirinç. Tahıllar ayrıca bu karbonhidratları da içerir, örneğin: yulaf, arpa, buğday ve türevleri (un ve makarna) .

Baklagiller ve kuruyemişler ayrıca nişasta formunda karbonhidratlar içerir. Ek olarak, sebzeler: patates, tatlı patates, mısır ve balkabağı nişastası bakımından da zengindir..

Birçok karbonhidratın bir elyaf kaynağı olduğunu not etmek önemlidir. Yani, lif temelde vücudun sadece kısmen sindirebileceği bir tür karbonhidrattır.

Karmaşık karbonhidratlara benzer şekilde, karbonhidrat lifleri yavaşça sindirilme eğilimindedir..

Meyveler ve sebzeler

Meyve ve sebzelerde karbonhidrat içeriği yüksektir. Nişastaların aksine meyveler ve sebzeler basit karbonhidratlar, yani birbirine bağlanmış bir veya iki sakarit içeren karbonhidratlar içerir..

Bu karbonhidratlar, moleküler yapılarında basit olan, karmaşık olanlardan daha kolay ve hızlı bir şekilde sindirilirler. Bu, yiyeceğin sahip olduğu farklı karbonhidrat seviyeleri ve türleri hakkında bir fikir verir..

Bu nedenle, bazı meyveler servis başına daha fazla karbonhidrat içeriğine sahiptir, örneğin: muz, elma, portakal, kavun ve üzüm ıspanak, brokoli ve lahana, havuç gibi bazı sebzelerden daha fazla karbonhidrat içerir, mantar ve patlıcan.

Süt

Sebze ve meyvelerde olduğu gibi süt ürünleri de basit karbonhidrat içeren yiyeceklerdir. Sütün laktoz olarak adlandırılan kendi tadı vardır, tatlı tadı olan bir disakkarit. Bir fincan yaklaşık 12 gram karbonhidrat eşittir.

Piyasada pek çok süt ve yoğurt çeşidi vardır. Belirli bir süt ürününün tam yağlı mı yoksa az yağlı versiyonunu mu tükettiğinizden bağımsız olarak, karbonhidrat miktarı aynı olacaktır..

Tatlılar

Tatlılar iyi bilinen bir başka karbonhidrat kaynağıdır. Bunlara şeker, bal, şekerler, yapay içecekler, kurabiyeler, dondurma, diğer pek çok tatlı dahildir. Bütün bu ürünler yüksek oranda şeker içerir..

İşlenmiş ve rafine edilmiş bazı gıdalar, bir kısmı için karmaşık karbonhidratlar içerir, örneğin: ekmek, pirinç ve beyaz makarna. Rafine karbonhidratların, meyve ve sebzelerin sahip olduğu karbonhidratlar kadar besleyici olmadığına dikkat etmek önemlidir..

Karbonhidrat metabolizması

Karbonhidratların metabolizması, hücrelerde karbonhidratların oluşumunu, parçalanmasını ve dönüşümünü içeren metabolik reaksiyonlar kümesidir..

Karbonhidratların metabolizması büyük ölçüde korunur ve bakterilerden bile görülebilir, bunun başlıca örneği Lac Operon'dur. E. coli.

Karbonhidratlar, doğada en önemli karbonhidrat oluşum reaksiyonu olan fotosentez gibi birçok metabolik yolda önemlidir..

Karbondioksit ve sudan, bitkiler güneş enerjisini karbonhidrat moleküllerini sentezlemek için kullanırlar.

Hayvan ve mantar hücreleri, hücresel solunum adı verilen bir işlemle ATP formunda enerji elde etmek için bitki dokularında tüketilen karbonhidratları parçalamaktadır..

Omurgalılarda, glikoz kan yoluyla vücutta taşınır. Hücresel enerji depoları düşükse, glukoz az miktarda enerji ve bazı metabolik ara ürünler üretmek için glikoliz denilen metabolik bir reaksiyonla bozulur..

Acil enerji üretimi için gerekli olmayan glikoz molekülleri, glikojenez adı verilen bir işlemle karaciğerde ve kasta glikojen olarak depolanır..

Bazı basit karbonhidratların, daha karmaşık karbonhidratların bazıları gibi kendi degradasyon yolakları vardır. Örneğin laktoz, bağlarını kıran ve temel monosakaritlerini, glikozunu ve galaktozunu serbest bırakan laktaz enziminin etkisini gerektirir..

Glikoz, enerji kaynaklarının yaklaşık% 80'ini oluşturan, hücreler tarafından tüketilen ana karbonhidrattır..

Glikoz, parçalanacak veya glikojen olarak depolanacak belirli taşıyıcılardan girebileceği hücrelere dağıtılır.

Bir hücrenin metabolik gereksinimlerine bağlı olarak, diğer monosakaritleri, yağ asitlerini, nükleik asitleri ve bazı amino asitleri sentezlemek için glikoz da kullanılabilir..

Karbonhidrat metabolizmasının temel işlevi kan şekeri seviyelerinin kontrolünü sağlamaktır, iç homeostaz olarak bilinen budur.

referanslar

  1. Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., Morgan, D., Raff, M., Roberts, K. ve Walter, P. (2014). Hücrenin Moleküler Biyolojisi (6. basım). Garland Bilim.
  2. Berg, J., Tymoczko, J., Gatto, G. ve Strayer, L. (2015). biokimya (8. basım). W. H. Freeman ve Şirketi.
  3. Campbell, N. ve Reece, J. (2005). biyoloji (2. baskı.) Pearson Eğitimi.
  4. Dashty, M. (2013). Biyokimyaya hızlı bakış: Karbonhidrat metabolizması. Klinik Biyokimya, 46(15), 1339-1352.
  5. Lodish, H., Berk, A., Kaiser, C., Krieger, M., Bretscher, A., Ploegh, H., Amon, A. ve Martin, K. (2016). Moleküler Hücre Biyolojisi (8. basım). W. H. Freeman ve Şirketi.
  6. Maughan, R. (2009). Karbonhidrat metabolizması. cerrahlık, 27(1), 6-10.
  7. Nelson, D., Cox, M. ve Lehninger, A. (2013). Biyokimyanın Lehninger İlkeleri (6inci). W.H. Freeman ve Şirket.
  8. Solomon, E., Berg, L. ve Martin, D. (2004). biyoloji (7. basım) Cengage Learning.
  9. Voet, D., Voet, J. ve Pratt, C. (2016). Biyokimyanın Temelleri: Moleküler Düzeyde Yaşam (5. basım). Wiley.