3 Major Klassificeringer af Carbohydrat og dets Betydning

Nogle af de hovedgrupper, hvorunder kulhydraterne er opdelt med dets kemiske strukturer og funktioner, er som følger:

Kolhydraterne eller saccharider defineres simpelthen som polyhydroxyaldehyder eller ketoner og deres derivater.

Organiske forbindelser i denne gruppe er såkaldte, fordi de består af carbonhydrider og ilt, de sidste to i et 2: 1-forhold.

Kolhydraterne er bredt fordelt både i dyr og plantevæv. I dyreceller forekommer de hovedsageligt i form af glucose og glykogen, mens i planter er cellulose og stivelse deres vigtigste repræsentanter.

Klassifikation:

Kulhydrater er opdelt i tre hovedgrupper:

(I) Monosaccharider,

(II) disaccharider og

(III) polysaccharider.

I. Monosaccharider (simple sukkerarter):

Monosaccharider er de sukkerarter, der ikke kan hydrolyseres til en enklere form. De har den empiriske formel (CH2O) n. Det enkleste monosaccharid er de tre carbon triosesglyceraldehyd og dihydroxyaceton.

Afhængigt af antallet af carbonatomer, de besidder, kan simple sukkerarter opdeles i forskellige klasser, såsom trioser, tetroser, pentoser, hexoser eller heptoser; og som aldoser eller ketoser, baseret på hvorvidt aldehyd- eller ketongrupperne er til stede. Eksempler er:

Inden for hver kategori skelnes sukker yderligere i henhold til venstre eller højre justering af H- og OH-grupperne omkring carbonatomet ved siden af ​​det primære primære carboncarbon (f.eks. Carbon 5 i glucose). Når OH-gruppen på dette kulstof er til højre, er sukkeret medlem af D (Dextrorotatory) serien; når det er til venstre er det medlem af L (Laevorotatory) serien.

De fleste af de monosaccharider, der forekommer i mammalsk metabolisme, er af D-konfigurationen. Forbindelser, der har den samme strukturformel, men forskelligt i atomkonfiguration, er kendt som stereoisomerer.

Monosaccharider af fysiologisk betydning:

A. Trioser:

De er dannet i kroppen under metaboliseringen af ​​hexoserne. Eksempler er glyceraldehyd og dihydroxyaceton.

B. Pentose:

De er vigtige bestanddele af nukleinsyrer og mange coenzymer. De dannes også som mellemprodukter under visse metaboliske processer. Eksempler er ribose, som er et strukturelt element af ATP, nukleinsyrer og coenzymer NAD, NADP og flavo-proteiner; ribulose; Arabinose og xylose.

C. Hexoser:

De er fysiologisk de vigtigste af monosacchariderne, fx Glucose, Fructose, Galactose og Mannose.

(i) glucose:

Det findes normalt i frugtsaftene og dannes i kroppen ved hydrolyse af stivelse, rørsukker, maltose og lactose. Glukose er "Sugar" i kroppen. Strukturen af ​​glukose kan afbildes som en kæde eller ringformular (-pyranose-hexagonstruktur med fem carbonatomer og et oxygen, og furanose-har en pentagonstruktur med fire carbonatomer og et oxygen).

(ii) Fructose:

Det forekommer naturligt i frugtsaft og honning. Hydrolys af rørsukker i kroppen giver også fructose.

(iii) galactose:

En bestanddel af glycolipider og glycoproteiner, den syntetiseres i brystkirtlen og hydrolyseres til fremstilling af mælkens lactose.

(iv) mannose:

Det opnås ved hydrolyse af plantemososaner og tandkød. Mannose er en bestanddel af protespolysaccharid af albuminer, globuliner og mucoproteiner.

Pentoser og hexoser findes i både åbne kæder såvel som ringformer.

Afledte monosaccharider:

Monosaccharider modificeres forskelligt for at danne en række forskellige stoffer. De vigtige derivater er:

(i) Deoxysukker:

Deoxygenering af ribose frembringer deoxyribose. Sidstnævnte er en bestanddel af deoxyribotider, der findes i DNA.

(ii) Aminosukker:

Monosacchariderne har en aminogruppe- (NH2). Glucosamin danner chitin, svampe cellulose, hyaluronsyre og chondriotinsulfat. Galactosamin er ligeledes en bestanddel af chondriotinsulfat.

(iii) sukker:

Ascorbinsyre er en sukker syre. Glucuronsyre og galacturonsyre forekommer i mucopolysaccharider.

(iv) sukkeralkohol:

Glycerol er involveret i lipidsyntese; Mannitol er oplagringsalkohol i nogle frugter og brune alger.

II. disaccharider:

Disaccharider består af to monosaccharider forbundet med en glycosidbinding (COC). Deres generelle formel er C _n (H ₂ O) _n-1 De mest almindelige disaccharider er maltose, lactose og saccharose.

(i) Maltose:

Den er dannet som et mellemprodukt af virkningen af ​​amylaser på stivelse og indeholder to D-glucoserester i 1, 4-binding. Det findes i detekterbar mængde i de fleste spirefrø og væv, hvor stivelse brydes ned.

(ii) lactose:

Det findes i mælk, men ellers sker ikke i naturen. Det giver D-galactose og D-glucose på hydrolyse. Da den har et frit anomert carbon på glucosestøtten, er lactose et reducerende disaccharid.

(iii) Saccharose eller rørsukker er et disaccharid af glucose og fructose. Hydrolysen af ​​saccharose til D-glucose og D-fructose kaldes ofte inversion, da den ledsages af en netto ændring i optisk rotation fra dextro til levo, da den ækvimolære blanding af glucose og fructose dannes (denne blanding kaldes ofte invertsukker) . Denne reaktion katalyseres af enzymer kaldet invertaser. Saccharose er ekstremt rigelig i planteverdenen og er kendt som bordsukker.

(iv) Trehalose:

Den indeholder to D-glucose rester og er et ikke-reducerende disaccharid som saccharose. Det er det store sukker, der findes i mange insekters haernolymph.

III. tri:

En række trisaccharider forekommer frit i naturen. Raffinose findes i overflod i sukkerroer og mange andre højere planter. Melezitose findes i saft af nogle nåletræer.

IV. polysakkarider:

De fleste af kulhydraterne findes i naturen forekommer som polysaccharider med høj molekylvægt. De er komplekse kulhydrater, der dannes ved polymerisering af et stort antal monosaccharidmonomerer. Polysaccharider kaldes også glycaner.

De er langkædede, som kan være forgrenede eller uforgrenede. Ved fuldstændig hydrolyse med syre eller specifikke enzymer giver disse polysaccharider monosaccharider og / eller enkle monosaccharidderivater. Afhængig af sammensætningen er polysaccharider af to typer: homopolysaccharider og heteropolysaccharider.

(i) Homopolysaccharider eller homoglycaner er de komplekse kulhydrater, der dannes ved polymerisering af kun en type monosaccharidmonomerer. Stivelse, glykogen og cellulose er for eksempel sammensat af en enkelt type monosaccharid kaldet glucose.

Afhængigt af involveret monosaccharid enhed kaldes polysaccharid glucan (fremstillet af glucose), fructan (fremstillet af fructose), xylan (med xylose), araban (lavet af arabinose), galactan (dannet af galactose) osv.

(ii) Heterpolysaccharider eller heteroglycaner er de komplekse kulhydrater, der fremstilles ved kondensering af enten monosaccharidderivater eller mere end en type monosaccharidmonomer, fx chitin, agar, peptidoglycan, arabanogalactaner, arabanoxylaner osv.

Afhængig af deres biologiske funktion er polysaccharider af tre hovedtyper-oplagrings-, struktur- og mucopolysaccharider.

A. Opbevaringspolysaccharider:

Disse polysaccharider tjener som reservefoder. Stivelse, mest forekommende i planter og glykogen hos dyr, deponeres sædvanligvis i form af store granuler i cytoplasmaet af celler.

1. Stivelse:

Stivelse (C ₆ H ₁₀ O ₅ ) x er den vigtigste fødekilde af kulhydrat og findes i korn, kartofler, bælgfrugter og andre grøntsager. Naturlig stivelse er uopløselig i vand og giver en blå farve med iodopløsning. Det er et polyglucan homosaccharid. Stivelse består af to komponenter, amylose og amylopectin.

(a) Amylose (15-20%):

Det er en ikke-forgrenende, spiralformet struktur bestående af glucoserester i ∞-1, 4 kobling.

(b) Amylopectin (80-85%):

Den består af stærkt forgrenede kæder med 24-30 glucoserester pr. Kæde. Glukoseresterne er forenet med ∞ (1-> 4) glycosidbinding i kæden og ved ∞ (1-> 16) bindingen ved grenpunkterne.

2. Glykogen:

Det er det primære lagringspolysaccharid af dyreceller, modstykket af stivelse i planteceller. Glycogen er særlig rigeligt i leveren, hvor den kan nå op til 10% af den våde vægt. Ligesom amylpektin er glycogen et polysaccharid af D-glucose i en ∞ (1-> 4) binding. Det er dog mere forgrenet; grenene forekommer omkring hver 8 til 12 glukoserester.

Grenforbindelserne er β (l -> 6). Den lige del er spiralformet snoet med hver tur, der har seks glukoseenheder. Afstanden mellem to forgreningspunkter er 10-14 glucoserester. Glycogen hydrolyseres let af ∞- og β-amylaser for at give henholdsvis glucose og maltose.

3. Inulin:

Det er et fructan opbevaring polysaccharid af rødder og knolde af Dahlia og beslægtede planter. Inulin metaboliseres ikke i menneskekroppen og filtreres let gennem nyrerne. Det anvendes derfor til test af nyrefunktion, især glomulær filtrering.

B. Strukturelt polysaccharid:

De er polysaccharider, der deltager i dannelsen af ​​det strukturelle rammearbejde af cellevæggene i planter og skelet af dyr. Strukturelle polysaccharider er af to hovedtyper; chitin og cellulose.

1. Chitin:

Det er et komplekst kulhydrat af heteropolysaccharid type, som findes som den strukturelle komponent af svampe vægge (svampe cellulose) og exoskeleton af insekter og krebsdyr. Chitin er en homopolymer af N-acetyl-D-glucosamin i p (1 → 4) bindingen med en uforgrenet konfiguration.

2. Cellulose:

Det mest almindelige cellevægs- og strukturpolysaccharid i planteverdenen er cellulose, en lineær polymer af D-glucose i p (1 → 4) bindingen. Cellulose findes også i nogle lavere hvirvelløse dyr. Det er næsten udelukkende af ekstracellulær forekomst. Ved fuldstændig hydrolyse med stærke syrer giver cellulose kun D-glucose, men delvis hydrolyse giver den reducerende disaccharidcello-biose, hvori forbindelsen mellem D-glucoseenhederne er P (1 → 4).

Cellulose er ikke bundet af enten a eller p-amylase. Enzymer, der er i stand til at hydrolyse β (1 → 4) bindinger af cellulose, udskilles ikke i fordøjelseskanalen hos de fleste pattedyr; og derfor kan de ikke bruge cellulose til mad. Imidlertid kan drøvtyggerne, fx koen, anvende cellulose som mad, da bakterier i vommen udgør enzymet cellulose, der hydrolyserer cellulose til D-glucose.

Cellulosemolekyler forekommer ikke i sig selv i stedet er en række kæder arrangeret på tæt parallelt vis. Molekylerne holdes sammen ved hjælp af intermolekylære hydrogenbindinger mellem hydroxylgruppe i position 6 af glucoserester af et molekyle og glycosid oxygen mellem to glucoserester i det tilstødende molekyle. Der er også intramolekylær styrkelse af kæden ved dannelse af hydrogenbindinger mellem hydroxylgruppe i position tre og oxygenatom af den næste rest.

C. Mucopolysaccharider:

Mucopolysaccharider eller slimhinder er ret almindelige i både planter og dyr. Det hyppigst syre mucopolysaccharid er hyaluronsyre til stede i celleovertræk og i det ekstracellulære grundstof af bindevævene i hvirveldyr.

Den gentagende enhed af hyaluronsyre er en disaccharidforbindelse af D-glucoronsyre og N-acetyl-D-glucosamin i p (1-> 3) -binding. Et andet syre-mucopolysaccharid er chondroitin, hvis svovlsyrederivater chondroitin-4-sulfat og chondroitin-6-sulfat er vigtige strukturelle bestanddele af celler frakker, brusk, knogle og andre bindevævskonstruktioner hos hvirveldyr.

Biologisk betydning af kulhydrater:

1. Største energikilde:

Kulhydrater er vigtige for dyr, da de bruger dem som åndedrætsbrændstoffer. I dyreceller tjener kulhydrater i form af glucose og glycogen som en vigtig energikilde til vitale aktiviteter.

2. Strukturelle komponenter af celler:

Kulhydrater tjener som et vigtigt strukturelt materiale hos nogle dyr og planter, hvor de udgør celluloserammen.

3. Hovedrolle i stofskifte:

Kulhydrater spiller en central rolle i metabolisme af aminosyrer og fedtsyrer.

4. Særlige funktioner:

Nogle kulhydrater har en meget specifik funktion, fx ribose i nukleoproteinerne i cellerne og galactosen i visse lipider.