Structura chimică a carbohidraților, clasificarea și funcțiile

1456
Charles McCarthy

glucide, Glucidele sau zaharidele sunt molecule organice care stochează energia în ființele vii. Acestea sunt cele mai abundente biomolecule și includ: zaharuri, amidon și celuloză, printre alți compuși găsiți în organismele vii.

Organismele care efectuează fotosinteza (plante, alge și unele bacterii) sunt principalii producători de carbohidrați din natură. Structura acestor zaharide poate fi liniară sau ramificată, simplă sau compusă și se poate asocia și cu biomolecule de altă clasă..

De exemplu, carbohidrații se pot lega de proteine ​​pentru a forma glicoproteine. Se pot asocia și cu molecule lipidice, formând astfel glicolipide, biomoleculele care formează structura membranelor biologice. Carbohidrații sunt prezenți și în structura acizilor nucleici.

Inițial, carbohidrații au fost recunoscuți ca molecule de stocare a energiei celulare. Ulterior, au fost determinate alte funcții importante pe care carbohidrații le îndeplinesc în sistemele biologice.

Toate ființele vii au celulele acoperite de un strat dens de carbohidrați complecși. Glucidele sunt alcătuite din monozaharide, molecule mici formate din trei până la nouă atomi de carbon atașați grupărilor hidroxil (-OH), care pot varia în dimensiune și configurație..

O proprietate importantă a carbohidraților este imensa diversitate structurală din cadrul acestei clase de molecule, care le permite să îndeplinească o gamă largă de funcții, cum ar fi generarea moleculelor de semnalizare celulară, formarea țesuturilor și generarea identității diferitelor grupe de sânge la om..

La fel, matricea extracelulară din eucariotele superioare este bogată în carbohidrați secretați, esențiali pentru supraviețuirea și comunicarea celulelor. Aceste mecanisme de recunoaștere celulară sunt exploatate de o varietate de agenți patogeni pentru a-și infecta celulele gazdă..

Monozaharidele pot fi legate prin legături glicozidice pentru a forma o mare varietate de carbohidrați: dizaharide, oligozaharide și polizaharide. Studiul structurii și funcției carbohidraților din sistemele biologice se numește glicobiologie.

Indice articol

  • 1 Structura chimică
  • 2 Clasificare
    • 2.1 Monozaharide
    • 2.2 Dizaharide
    • 2.3 Oligozaharide 
    • 2.4 Polizaharide
  • 3 Funcții
  • 4 Alimente care conțin carbohidrați
    • 4.1 Amidonuri
    • 4.2 Fructe și legume
    • 4,3 lapte
    • 4.4 Dulciurile
  • 5 Metabolismul carbohidraților
  • 6 Referințe

Structura chimică

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

Această formulă explică originea termenului „carbohidrat”, deoarece componentele sunt atomi de carbon („carbo”) și atomi de apă (deci „hidrat”). Deși glucidele sunt formate în principal din acești trei atomi, există unii carbohidrați cu azot, fosfor sau sulf..

În forma lor de bază, carbohidrații sunt zaharuri simple sau monozaharide. Aceste zaharuri simple se pot combina între ele pentru a forma carbohidrați mai complecși.

Combinația a două zaharuri simple este o dizaharidă. Oligozaharidele conțin între două până la zece zaharuri simple, iar polizaharidele sunt cei mai mari carbohidrați, compuși din mai mult de zece unități monozaharide.

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

Clasificare

Monozaharide

Monozaharidele sunt unitățile elementare ale carbohidraților, motiv pentru care sunt cea mai simplă structură a unei zaharide. Fizic, monozaharidele sunt solide cristaline incolore. Majoritatea au un gust dulce.

Din punct de vedere chimic, monozaharidele pot fi aldehide sau cetone, în funcție de locul în care se află gruparea carbonil (C = O) în carbohidrați liniari. Structural, monozaharidele pot forma lanțuri liniare sau inele închise.

Deoarece monozaharidele posedă grupări hidroxil, cele mai multe sunt solubile în apă și insolubile în solvenți nepolari..

În funcție de numărul de carboni din structura sa, o monozaharidă va avea nume diferite, de exemplu: trioză (dacă are 3 atomi de C), pentoză (dacă are 5C) și așa mai departe..

Dizaharide

Dizaharidele sunt zaharuri duble care se formează prin adunarea a două monozaharide într-un proces chimic numit sinteză de deshidratare, deoarece o moleculă de apă se pierde în timpul reacției. Este, de asemenea, cunoscut sub numele de reacție de condensare.

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

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

Dizaharidele sunt în general solubile în apă și dulci atunci când sunt ingerate. Cele trei dizaharide principale sunt zaharoza, lactoza și maltoza: zaharoza provine din unirea glucozei și fructozei; lactoza provine din unirea glucozei și galactozei; iar maltoza provine din unirea a două molecule de glucoză.

Oligozaharide

Oligozaharidele sunt polimeri complexi alcătuiti din câteva unități simple de zahăr, adică între 3 și 9 monozaharide.

Reacția este aceeași care formează dizaharide, dar provin și din descompunerea moleculelor de zahăr mai complexe (polizaharide).

Majoritatea oligozaharidelor se găsesc în plante și acționează ca fibre solubile, care pot ajuta la prevenirea constipației. Cu toate acestea, majoritatea oamenilor nu au enzime pentru a le digera, cu excepția maltotriozei..

Din acest motiv, oligozaharidele care nu sunt digerate inițial în intestinul subțire pot fi descompuse de bacteriile care locuiesc în mod normal în intestinul gros printr-un proces de fermentare. Prebioticele îndeplinesc această funcție, servind drept hrană pentru bacteriile benefice.

Polizaharide

Polizaharidele sunt cei mai mari polimeri zaharidici, sunt alcătuite din mai mult de 10 (până la mii) unități monozaharide dispuse în mod liniar sau ramificat. Variațiile în dispunerea spațială sunt cele care conferă acestor zaharuri proprietățile lor multiple.

Polizaharidele pot fi compuse din aceeași monozaharidă sau printr-o combinație de diferite monozaharide. Dacă sunt formate din unități repetate ale aceluiași zahăr, acestea se numesc homopolizaharide precum glicogenul și amidonul, care sunt carbohidrații de stocare ai animalelor și, respectiv, al plantelor..

Dacă polizaharida este alcătuită din unități de zaharuri diferite, acestea se numesc heteropolizaharide. Majoritatea conțin doar două unități diferite și sunt de obicei asociate cu proteine ​​(glicoproteine, cum ar fi gama globulina din plasma sanguină) sau lipide (glicolipide, cum ar fi gangliozidele)..

Caracteristici

Cele patru funcții principale ale carbohidraților sunt: ​​să furnizeze energie, să stocheze energie, să construiască macromolecule și să prevină descompunerea proteinelor și a grăsimilor..

Glucidele sunt descompuse prin digestie în zaharuri simple. Acestea sunt absorbite de celulele intestinului subțire și sunt transportate către toate celulele corpului unde vor fi oxidate pentru a obține energie sub formă de adenozin trifosfat (ATP)..

Moleculele de zahăr care nu sunt utilizate în producția de energie la un moment dat, sunt stocate ca parte a polimerilor de rezervă, cum ar fi glicogenul și amidonul.

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

Deoarece glucidele sunt principala sursă de energie, descompunerea rapidă a acestora împiedică alte biomolecule să fie descompuse pentru energie. Astfel, atunci când nivelurile de zahăr sunt normale, proteinele și lipidele sunt protejate de degradare..

Unii carbohidrați sunt solubili în apă, funcționează ca un aliment de bază în aproape toată lumea, iar oxidarea acestor molecule este principala cale de producere a energiei în majoritatea celulelor non-fotosintetice..

Carbohidrații insolubili se asociază pentru a forma structuri mai complexe care servesc drept protecție. De exemplu: celuloza formează peretele celulelor plantei împreună cu hemicelulozele și pectina. Chitina formează peretele celular al ciupercilor și exoscheletul artropodelor.

De asemenea, peptidoglicanul formează peretele celular al bacteriilor și cianobacteriilor. Țesutul conjunctiv animal și articulațiile scheletice sunt alcătuite din polizaharide.

Mulți carbohidrați sunt legați covalent de proteine ​​sau lipide formând structuri mai complexe, denumite colectiv glicoconjugați. Aceste complexe acționează ca etichete care determină localizarea intracelulară sau soarta metabolică a acestor molecule.

Alimente care conțin carbohidrați

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

Amidonuri

Alimentele cu amidon sunt principala sursă de carbohidrați. Aceste amidonuri sunt în general carbohidrați complecși, adică sunt alcătuite din multe zaharuri legate între ele formând un lanț molecular lung. Din acest motiv, amidonul durează mai mult timp pentru a fi digerat..

Există o gamă largă de alimente care conțin amidon. Boabele includ alimente bogate în amidon, de exemplu: fasole, linte și orez. Cerealele conțin și acești carbohidrați, de exemplu: ovăz, orz, grâu și derivații acestora (făină și paste) .

Leguminoasele și nucile conțin și carbohidrați sub formă de amidon. În plus, legumele precum: cartofi, cartofi dulci, porumb și dovlecei sunt, de asemenea, bogate în conținut de amidon..

Important, mulți carbohidrați sunt o sursă de fibre. Cu alte cuvinte, fibra este în esență un tip de carbohidrați pe care organismul îl poate digera doar parțial..

Similar cu carbohidrații complecși, fibrele de carbohidrați tind să fie digerate lent.

Fructe si legume

Fructele și legumele sunt bogate în carbohidrați. Spre deosebire de amidon, fructele și legumele conțin carbohidrați simpli, adică carbohidrați cu una sau două zaharide legate între ele.

Acești carbohidrați, fiind simpli în structura lor moleculară, sunt digerați mai ușor și mai rapid decât cei complexi. Acest lucru oferă o idee despre diferitele niveluri și tipuri de carbohidrați pe care le au alimentele.

Astfel, unele fructe au mai mult conținut de carbohidrați pe porție, de exemplu: bananele, merele, portocalele, pepenii și strugurii au mai mulți carbohidrați decât unele legume precum spanacul, broccoli și kale, morcovii, ciupercile și vinetele.

Lapte

Similar cu legumele și fructele, lactatele sunt alimente care conțin carbohidrați simpli. Laptele are propriul său zahăr numit lactoză, o dizaharidă cu gust dulce. O cană din aceasta este echivalentă cu aproximativ 12 grame de carbohidrați.

Există multe versiuni de lapte și iaurturi pe piață. Indiferent dacă consumați o versiune completă sau cu conținut redus de grăsimi a unei anumite lactate, cantitatea de carbohidrați va fi aceeași.

Dulciurile

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

Pe de altă parte, unele alimente procesate și rafinate conțin carbohidrați complecși, de exemplu: pâine, orez și paste albe. Este important să rețineți că carbohidrații rafinați nu sunt nutritivi, precum carbohidrații din fructe și legume.

Metabolismul carbohidraților

Metabolismul carbohidraților este ansamblul reacțiilor metabolice care implică formarea, degradarea și conversia carbohidraților în celule.

Metabolismul carbohidraților este foarte conservat și poate fi observat chiar și de la bacterii, exemplul principal fiind Operon Lac de E coli.

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

Din dioxid de carbon și apă, plantele folosesc energia din soare pentru a sintetiza moleculele de carbohidrați.

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

La vertebrate, glucoza este transportată în tot corpul prin sânge. Dacă stocurile de energie celulară sunt scăzute, glucoza este descompusă printr-o reacție metabolică numită glicoliză pentru a produce o anumită energie și niște 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, la fel ca unii dintre carbohidrații mai complecși. Lactoza, de exemplu, necesită acțiunea enzimei lactază, care își rupe legăturile și eliberează monozaharidele sale fundamentale, glucoza și galactoza..

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

Glucoza este distribuită către celule, unde poate intra prin transportori specifici pentru a fi degradată sau depozitată ca glicogen.

În funcție de necesitățile metabolice ale unei celule, glucoza poate fi utilizată și pentru sintetizarea altor monozaharide, acizi grași, acizi nucleici și anumiți aminoacizi..

Funcția principală a metabolismului glucidic este de a menține controlul nivelului de zahăr din sânge, ceea ce este cunoscut sub numele de homeostazie internă.

Referințe

  1. Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., Morgan, D., Raff, M., Roberts, K. și Walter, P. (2014). Biologia moleculară a celulei (Ed. A 6-a). Știința ghirlandelor.
  2. Berg, J., Tymoczko, J., Gatto, G. & Strayer, L. (2015). Biochimie (Ed. A VIII-a). W. H. Freeman and Company.
  3. Campbell, N. și Reece, J. (2005). Biologie (Ediția a II-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 (Ed. A VIII-a). W. H. Freeman and Company.
  6. Maughan, R. (2009). Metabolismul carbohidraților. Interventie chirurgicala, 27(1), 6-10.
  7. Nelson, D., Cox, M. și Lehninger, A. (2013). Principiile Lehninger de biochimie (6a). W.H. Freeman and Company.
  8. Solomon, E., Berg, L. și Martin, D. (2004). Biologie (Ediția a 7-a) Cengage Learning.
  9. Voet, D., Voet, J. & Pratt, C. (2016). Fundamentele biochimiei: viața la nivel molecular (Ed. A 5-a). Wiley.

Nimeni nu a comentat acest articol încă.