3 Major klassifikasjoner av karbohydrat og dens betydning

Noen av de viktigste gruppene hvor karbohydrater er delt med sine kjemiske strukturer og funksjoner, er som følger:

Karbohydrater, eller sakkarider defineres mest enkelt som polyhydroksyaldehyder eller ketoner og deres derivater.

Organiske forbindelser i denne gruppen er såkalte fordi de består av karbon hydrogen og oksygen, de to siste i et 2: 1 forhold.

Karbohydrater distribueres i stor grad både i dyr og plantevev. I dyreceller forekommer de hovedsakelig i form av glukose og glykogen, mens i planter er cellulose og stivelse deres hovedrepresentanter.

Klassifisering:

Karbohydrater er delt inn i tre hovedgrupper:

(I) Monosakkarider,

(II) disakkarider og

(III) polysakkarider.

I. Monosakkarider (enkle sukkerarter):

Monosakkarider er de sukkerarter som ikke kan hydrolyseres til en enklere form. De har den empiriske formelen (CH20) n. Den enkleste monosakkarid er de tre karbon trioseglyceraldehyd og dihydroksyaceton.

Avhengig av antall karbonatomer de besitter, kan enkle sukkerarter deles inn i forskjellige klasser som trioser, tetroser, pentoser, heksoser eller heptoser; og som aldoser eller ketoser, basert på om aldehyd- eller ketongruppene er tilstede. Eksempler er:

Innenfor hver kategori blir sukkere ytterligere utmerket i henhold til venstre eller høyre justering av H- og OH-gruppene rundt karbonatomet ved siden av det primære alkoholkolonnen {f.eks. Karbon 5 i glukose). Når OH-gruppen på dette karbonet er til høyre, er sukkeret medlem av D-serien (Dextrorotatory) serien; når det er til venstre er det medlem av L (Laevorotatory) serien.

De fleste monosakkaridene som forekommer i metabolisme av pattedyr, er av D-konfigurasjonen. Forbindelser som har den samme strukturelle formel, men forskjellig i atomkonfigurasjon, er kjent som stereoisomerer.

Monosakkarider av fysiologisk betydning:

A. Trioser:

De dannes i kroppen under metabolsk sammenbrudd av heksosene. Eksempler er glyceraldehyd og dihydroksyaceton.

B. Pentose:

De er viktige bestanddeler av nukleinsyrer, og mange koenzymer. De er også dannet som mellomprodukter under visse metabolske prosesser. Eksempler er ribose som er et strukturelt element av ATP, nukleinsyrer og koenzymer NAD, NADP og flavo-proteiner; ribulose; Arabinose og xylose.

C. Hexoser:

De er fysiologisk de viktigste av monosakkarider, f.eks. Glukose, fruktose, galaktose og mannose.

(i) Glukose:

Det finnes normalt i fruktjuicen og dannet i kroppen ved hydrolyse av stivelse, rørsukker, maltose og laktose. Glukose er "Sugar" i kroppen. Struktur av glukose kan avbildes som en kjede eller ringform (-pyranose-sekskantstruktur med fem karboner og ett oksygen, og furanose har en pentagonstruktur med fire karboner og ett oksygen).

(ii) fruktose:

Det forekommer naturlig i fruktjuicer og honning. Hydrolys av rørsukker i kroppen gir også fruktose.

(iii) galaktose:

En bestanddel av glykolipider og glykoproteiner, den syntetiseres i brystkjertlene og hydrolyseres for å gjøre melkens laktose.

(iv) mannose:

Det er oppnådd ved hydrolyse av plantemososaner og tannkjøtt. Mannose er en bestanddel av prostetisk polysakkarid av albuminer, globuliner og mukoproteiner.

Pentoser og heksoser finnes i både åpne kjeder og ringformer.

Avledede monosakkarider:

Monosakkarider modifiseres forskjellige for å danne en rekke forskjellige stoffer. De viktige derivatene er:

(i) Deoksysukker:

Deoksygenering av ribose gir deoksyribose. Sistnevnte er en bestanddel av deoksyribotider som finnes i DNA.

(ii) Aminosukker:

Monosakkaridene har en aminogruppe- (NH2). Glukosamin danner kitin, soppcellulose, hyaluronsyre og kondriotinsulfat. Galaktosamin er også en komponent av kondondiotinsulfat.

(iii) sukker syre:

Askorbinsyre er en sukker syre. Glukuronsyre og galakturonsyre forekommer i mukopolysakkarider.

(iv) sukkeralkohol:

Glycerol er involvert i lipidsyntese; Mannitol er lagringsalkohol i noen frukter og brune alger.

II. disakkarider:

Disakkarider består av to monosakkarider forbundet med en glykosidbinding (COC). Deres generelle formel er C _n (H ₂ O) _n-1 De vanligste disakkaridene er maltose, laktose og sukrose.

(i) Maltose:

Den er dannet som et mellomprodukt av virkningen av amylaser på stivelse, og inneholder to D-glukoserester i 1, 4-binding. Det er funnet i detekterbar mengde i de fleste spirende frø og vev hvor stivelse blir brutt ned.

(ii) Laktose:

Det finnes i melk, men ellers forekommer det ikke i naturen. Det gir D-galaktose og D-glukose ved hydrolyse. Siden det har et fritt anomert karbon på glukoserester, er laktose et reduserende disakkarid.

(iii) Sukrose, eller rørsukker er en disakkarid av glukose og fruktose. Hydrolysen av sukrose til D-glukose og D-fruktose kalles ofte inversjon siden det er ledsaget av en netto endring i optisk rotasjon fra dextro til levo som ekvimolær blanding av glukose og fruktose dannes (denne blandingen kalles ofte invertsukker) . Denne reaksjonen blir katalysert av enzymer som kalles invertaser. Sukrose er ekstremt rikelig i planteverdenen og er kjent som bordsukker.

(iv) Trehalose:

Den inneholder to D-glukose rester og er et ikke-reduserende disakkarid som sukrose. Det er det store sukker funnet i haernolymph av mange insekter.

III. trisaccharides:

En rekke trisakkarider forekommer fri i naturen. Raffinose finnes i overflod i sukkerroer og mange andre høyere planter. Melezitose er funnet i sap av noen nåletrær.

IV. polysakkarider:

De fleste karbohydrater som finnes i naturen, forekommer som polysakkarider med høy molekylvekt. De er komplekse karbohydrater som dannes ved polymerisering av stort antall monosakkaridmonomerer. Polysakkarider kalles også glykaner.

De er langkjedet, som kan være forgrenet eller uforgrenet. Ved fullstendig hydrolyse med syre eller spesifikke enzymer gir disse polysakkaridene monosakkarider og / eller enkle monosakkaridderivater. Avhengig av sammensetningen er polysakkarider av to typer: homopolysakkarider og heteropolysakkarider.

(i) Homopolysakkarider eller homoglykaner er de komplekse karbohydrater som dannes ved polymerisering av bare en type monosakkaridmonomerer. Stivelse, glykogen og cellulose består for eksempel av en enkelt type monosakkarid som kalles glukose.

Avhengig av monosakkarid enhet involvert, kalles polysakkarid glukan (laget av glukose), fruktan (laget av fruktose), xylan (har xylose), araban (laget av arabinose), galaktan (dannet av galaktose), etc.

(ii) Heterpolysakkarider eller heteroglykaner er de komplekse karbohydrater som fremstilles ved kondensering av enten monosakkaridderivater eller mer enn en type monosakkaridmonomer, f.eks. kitin, agar, peptidoglykan, arabanogalaktaner, arabanoksylaner, etc.

Avhengig av deres biologiske funksjon er polysakkarider av tre hovedtyper-lagring, strukturelle og mucopolysakkarider.

A. Lagringspolysakkarider:

Disse polysakkaridene tjener som reservemat. Stivelse, mest forekommende i planter og glykogen hos dyr, blir vanligvis avsatt i form av store granuler i cytoplasma av celler.

1. Stivelse:

Stivelse (C ₆ H ₁₀ O ₅ ) x er den viktigste matkilden til karbohydrat og finnes i korn, poteter, belgfrukter og andre grønnsaker. Naturlig stivelse er uoppløselig i vann og gir en blå farge med jodoppløsning. Det er et polyglucan homosakkarid. Stivelse består av to komponenter, amylose og amylopektin.

(a) Amylose (15-20%):

Det er en ikke-forgrenende, spiralformet struktur bestående av glukoserester i ∞-l, 4 kobling.

(b) Amylopektin (80-85%):

Den består av svært forgrenede kjeder med 24-30 glukoserester per kjede. Glukoserester er forenet av ∞ (1-> 4) glykosidbinding i kjeden og ved ∞ (1-> 16) kobling ved grenpunktene.

2. Glykogen:

Det er det viktigste lagringspolysakkaridet av dyreceller, motstykket av stivelse i planteceller. Glykogen er spesielt rikelig i leveren, hvor den kan oppnå opptil 10% av den våte vekten. Som amylpektin er glykogen et polysakkarid av D-glukose i en ∞ (1-> 4) binding. Det er imidlertid mer forgrenet; grenene forekommer om hver 8 til 12 glukoserester.

Grenforbindelsene er β (l -> 6). Den rette delen er spiralformet vridd med hver sving med seks glukoseenheter. Avstanden mellom to forgreningspunkter er 10-14 glukoserester. Glykogen hydrolyseres lett av ∞- og β-amylaser for å gi henholdsvis glukose og maltose.

3. Inulin:

Det er et fruktholdig lagringspolysakkarid av røtter og knollere av Dahlia og tilhørende planter. Inulin metaboliseres ikke i menneskekroppen og filtreres lett gjennom nyrene. Det brukes derfor til testing av nyrefunksjon, spesielt glomulær filtrering.

B. Strukturell polysakkarid:

De er polysakkarider som bidrar til å danne strukturelle rammeverk av celleveggene i planter og skjelett av dyr. Strukturelle polysakkarider er av to hovedtyper; kitin og cellulose.

1. Chitin:

Det er et komplekst karbohydrat av heteropolysakkarid type som er funnet som den strukturelle komponenten av soppvegger (soppcellulose) og eksoskeleton av insekter og krepsdyr. Chitin er en homopolymer av N-acetyl-D-glukosamin i p (1 → 4) -binding med en uforgrenet konfigurasjon.

2. Cellulose:

Den mest omfattende cellevegg og strukturelle polysakkarid i planteverdenen er cellulose, en lineær polymer av D-glukose i p (1 → 4) bindingen. Cellulose er også funnet i noen lavere hvirvelløse dyr. Det er nesten helt av ekstracellulær forekomst. Ved fullstendig hydrolyse med sterke syrer gir cellulose bare D-glukose, men delvis hydrolyse gir den reduserende disakkaridcello-biose der forbindelsen mellom D-glukoseenhetene er P (1 → 4).

Cellulose er ikke festet av enten a eller p-amylase. Enzymer som er i stand til å hydrolyse β (1 → 4) bindinger av cellulose blir ikke utskilt i fordøyelseskanalen hos de fleste pattedyr; og derfor kan de ikke bruke cellulose til mat. Imidlertid kan drøvtyggere, for eksempel kua, benytte cellulose som mat, siden bakterier i rummen danner enzymet cellulose som hydrolyserer cellulose til D-glukose.

Cellulose molekyler forekommer ikke enkelt, i stedet er en rekke kjeder arrangert på nært parallell måte. Molekylene holdes sammen av intermolekylære hydrogenbindinger mellom hydroksylgruppe i posisjon 6 av glukoserester av et molekyl og glykosidisk oksygen mellom to glukoserester av tilstøtende molekyl. Det er også intramolekylær styrking av kjeden ved dannelse av hydrogenbindinger mellom hydroksylgruppe i posisjon tre og oksygenatom i neste rest.

C. Mukopolysakkarider:

Mucopolysakkarider eller slimhinner er ganske vanlig i både planter og dyr. Den mest overflodige syre mucopolysakkarid er hyaluronsyre som er tilstede i celledeksler og i den ekstracellulære bakken i bindevevene fra vertebrater.

Den gjentatte enheten av hyaluronsyre er en disakkaridforbindelse av D-glukoronsyre og N-acetyl-D-glukosamin i p (1-> 3) -binding. En annen syre-mukopolysakkarid er kondroitin hvis svovelsyrederivater chondroitin-4-sulfat og kondroitin-6-sulfat er store strukturelle komponenter av celler frakk, brusk, bein og andre bindevevstrukturer hos vertebrater.

Biologisk betydning av karbohydrater:

1. Hovedkilde for energi:

Karbohydrater er avgjørende for dyr som de bruker dem som åndedrettsbrensel. I dyreceller tjener karbohydrater i form av glukose og glykogen som en viktig energikilde for vitale aktiviteter.

2. Strukturelle komponenter av celler:

Karbohydrater tjener som et viktig strukturmateriale hos enkelte dyr og planter, hvor de utgjør celluloserammen.

3. Nøkkelrolle i metabolismen:

Karbohydrater spiller en nøkkelrolle i metabolismen av aminosyrer og fettsyrer.

4. Spesielle funksjoner:

Noen karbohydrater har svært spesifikk funksjon, for eksempel ribose i nukleoproteinene til cellene og galaktosen i visse lipider.