3 Major klassificeringar av kolhydrat och dess betydelse

Några av de huvudgrupper under vilka kolhydraterna är uppdelade med kemiska strukturer och funktioner är följande:

Kolhydraterna eller sackariderna definieras helt enkelt som polyhydroxaldehyder eller ketoner och deras derivat.

Organiska föreningar i denna grupp är så kallade eftersom de består av kolväte och syre, de två sista i ett 2: 1-förhållande.

Kolhydraterna är brett fördelade både i djur och vävnader. I djurceller förekommer de huvudsakligen i form av glukos och glykogen, medan i växter är cellulosa och stärkelse deras huvudrepresentanter.

Klassificering:

Kolhydrater är indelade i tre huvudgrupper:

(I) Monosackarider,

(II) disackarider och

(III) polysackarider.

I. Monosackarider (enkla sockerarter):

Monosackarider är de sockerarter som inte kan hydrolyseras till en enklare form. De har den empiriska formeln (CH2O) n. Den enklaste monosackariden är de tre koltrioseglyceraldehyden och dihydroxiacetonen.

Beroende på antalet kolatomer de äger, kan enkla sockerarter delas in i olika klasser, såsom trioser, tetroser, pentoser, hexoser eller heptoser; och som aldoser eller ketoser, baserat på huruvida aldehyd- eller ketongrupperna är närvarande. Exempel är:

Inom varje kategori särskiljas sockerarter enligt den vänstra eller högra inriktningen av H- och OH-grupperna runt kolatomen intill det primära primära alkoholkolnet {t.ex. kol 5 i glukos). När OH-gruppen på detta kol är till höger är sockret en medlem av D-serien (Dextrorotatory); när den är till vänster är den medlem av L (Laevorotatory) serien.

De flesta av de monosackarider som förekommer i däggdjursmetabolism är av D-konfigurationen. Föreningar som har samma strukturformel men skiljer sig i atomkonfiguration är kända som stereoisomerer.

Monosackarider av fysiologisk betydelse:

A. Trioser:

De bildas i kroppen under den metaboliska nedbrytningen av hexoserna. Exempel är glyceraldehyd och dihydroxiaceton.

B. Pentoser:

De är viktiga beståndsdelar av nukleinsyror och många koenzymer. De bildas också som mellanprodukter under vissa metaboliska processer. Exempel är Ribos som är ett strukturellt element av ATP, nukleinsyror och koenzymer NAD, NADP och flavo-proteiner; ribulos; Arabinos och xylos.

C. Hexoser:

De är fysiologiskt de viktigaste av monosackariderna, t.ex. glukos, fruktos, galaktos och mannos.

(i) glukos:

Det finns normalt i fruktjuicen och bildas i kroppen genom hydrolys av stärkelse, råsocker, maltos och laktos. Glukos är "socker" i kroppen. Strukturen av glukos kan avbildas som en kedja eller ringform (-pyranos-hexagonstruktur med fem kolatomer och ett syre, och furanos-har en pentagonstruktur med fyra kolatomer och ett syre).

(ii) fruktos:

Det förekommer naturligt i fruktjuicer och honung. Hydrolys av rörsocker i kroppen ger också fruktos.

(iii) galaktos:

En beståndsdel av glykolipider och glykoproteiner, den syntetiseras i bröstkörtlarna och hydrolyseras för att göra mjölkens laktos.

(iv) mannos:

Det erhålls vid hydrolys av plantans mannosaner och tandkött. Mannos är en beståndsdel i protespolysackarid av albuminer, globuliner och mukoproteiner.

Pentoser och hexoser finns i såväl öppna kedjor som ringformar.

Avledda monosackarider:

Monosackarider modifieras olika för att bilda ett antal olika substanser. De viktiga derivaten är:

(i) Deoxisocker:

Deoxygenering av ribos producerar deoxiribos. Den senare är en beståndsdel av deoxiribotider som finns i DNA.

(ii) Aminosocker:

Monosackariderna har en aminogrupp- (NH2). Glukosamin bildar kitin, svampcellulosa, hyaluronsyra och kondrikotinsulfat. Galaktosamin är också en komponent av kondondriotsulfat.

(iii) sockersyra

Askorbinsyra är en sockersyra. Glukuronsyra och galakturonsyra förekommer i mukopolysackarider.

(iv) sockeralkohol:

Glycerol är involverad i lipidsyntes; Mannitol är lagringsalkohol i vissa frukter och bruna alger.

II. disackarider:

Disackarider består av två monosackarider förenade med en glykosidbindning (COC). Deras allmänna formel är Cn (H2O) _n-1 De vanligaste disackariderna är maltos, laktos och sackaros.

(i) Maltos:

Den bildas som en mellanprodukt av amylasernas verkan på stärkelse och innehåller två D-glukosrester i 1, 4-bindning. Det finns i detekterbar mängd i de flesta groddar frön och vävnader där stärkelse bryts ner.

(ii) Laktos:

Det finns i mjölk men annars inträffar inte i naturen. Det ger D-galaktos och D-glukos vid hydrolys. Eftersom det har ett fritt anomert kol på glukosresten är laktos en reducerande disackarid.

(iii) Sackaros eller råsocker är en disackarid av glukos och fruktos. Hydrolysen av sackaros till D-glukos och D-fruktos kallas ofta inversion eftersom den åtföljs av en nettoförändring i optisk rotation från dextro till levo när den ekvimolära blandningen av glukos och fruktos bildas (denna blandning kallas ofta invertsocker) . Denna reaktion katalyseras av enzymer som kallas invertaser. Sackaros är extremt rik i växtvärlden och är bekant som bordssocker.

(iv) Trehalos:

Den innehåller två D-glukosrester och är en icke-reducerande disackarid som sackaros. Det är det stora sockret som finns i haernolympfen hos många insekter.

III. trisackarider:

Ett antal trisackarider förekommer fria i naturen. Raffinose finns i överflöd i sockerbetor och många andra högre växter. Melezitos finns i juice av några barrträd.

IV. polysackarider:

De flesta kolhydrater som finns i naturen förekommer som polysackarider med hög molekylvikt. De är komplexa kolhydrater som bildas genom polymerisation av ett stort antal monosackaridmonomerer. Polysackarider kallas också glykaner.

De är långkedjiga som kan vara grenade eller oförgrenade. Vid fullständig hydrolys med syra eller specifika enzymer ger dessa polysackarider monosackarider och / eller enkla monosackaridderivat. Beroende på kompositionen är polysackarider av två typer: homopolysackarider och heteropolysackarider.

(i) Homopolysackarider eller homoglykaner är de komplexa kolhydrater som bildas genom polymerisation av endast en typ av monosackaridmonomerer. Stärkelse, glykogen och cellulosa består exempelvis av en enda typ av monosackarid som kallas glukos.

Beroende på monosackarid enhet, kallas polysackarid glukan (gjord av glukos), fruktan (gjord av fruktos), xylan (med xylos), araban (gjord av arabinosa), galaktan (bildad av galaktos) etc.

(ii) Heterpolysackarider eller heteroglykaner är de komplexa kolhydrater som produceras genom kondensation av antingen monosackaridderivat eller mer än en typ av monosackaridmonomer, t ex kitin, agar, peptidoglykan, arabanogalaktaner, arabanoxylaner etc.

Beroende på deras biologiska funktion är polysackarider av tre huvudtyper-lagrings-, struktur- och mucopolysackarider.

A. Lagringspolysackarider:

Dessa polysackarider tjänar som reservmat. Stärkelse, mest förekommande i växter och glykogen hos djur, deponeras vanligtvis i form av stora granuler i cytoplasma av celler.

1. Stärkelse:

Stärkelse (C ₆ H ₁₀ O ₅ ) x är den viktigaste matkällan för kolhydrater och finns i spannmål, potatis, baljväxter och andra grönsaker. Naturligt stärkelse är olösligt i vatten och ger en blå färg med jodlösning. Det är en polyglukanhomosackarid. Stärkelse består av två komponenter, amylos och amylopektin.

(a) Amylos (15-20%):

Det är en icke-grenande, spiralformad struktur bestående av glukosrester i ∞-l, 4-koppling.

(b) Amylopektin (80-85%):

Den består av högt förgrenade kedjor med 24-30 glukosrester per kedja. Glukosresterna förenas med ∞ (1-> 4) glykosidbindning i kedjan och med ∞ (1-> 16) koppling vid grenpunkterna.

2. Glykogen:

Det är den främsta lagringspolysackariden av djurceller, motstycket av stärkelse i växtceller. Glykogen är särskilt rik i levern, där den kan uppnå upp till 10% av den våta vikten. Liksom amylpektin är glykogen en polysackarid av D-glukos i en ∞ (1-> 4) bindning. Det är emellertid mer förgrenat; grenarna förekommer ca 8 till 12 glukosrester.

Grenförbindelserna är p (l -> 6). Den raka delen är spiralformad vridad med varje sväng med sex glukosenheter. Avståndet mellan två grenpunkter är 10-14 glukosrester. Glykogen hydrolyseras lätt av ∞- och p-amylaser för att ge glukos respektive maltos.

3. Inulin:

Det är en fruktanlagringspolysackarid av rötter och knölar av Dahlia och relaterade växter. Inulin metaboliseras inte i människokroppen och filtreras lätt genom njurarna. Det används därför vid testning av njurfunktion, särskilt glomulär filtrering.

B. Strukturell polysackarid:

De är polysackarider som deltar i att bilda cellväggens strukturella ramverk i växter och skelett av djur. Strukturella polysackarider är av två huvudtyper; kitin och cellulosa.

1. Chitin:

Det är en komplex kolhydrat av heteropolysackarid typ som finns som den strukturella komponenten av svampväggar (svampcellulosa) och exoskeletan av insekter och kräftdjur. Chitin är en homopolymer av N-acetyl-D-glukosamin i p (1 → 4) koppling med en oförgrenad konfiguration.

2. Cellulosa:

Den mest rikliga cellväggs- och strukturpolysackariden i växtvärlden är cellulosa, en linjär polymer av D-glukos i p (1 → 4) bindning. Cellulosa finns också i vissa lägre ryggradslösa djur. Det är nästan helt av extracellulär förekomst. Vid fullständig hydrolys med starka syror ger cellulosa endast D-glukos, men partiell hydrolys ger den reducerande disackaridcello-biosen, i vilken bindningen mellan D-glukosenheterna är P (1 → 4).

Cellulosa är inte bunden av antingen a eller p-amylas. Enzymer som kan hydrolysera p (1 → 4) bindningarna av cellulosa utsöndras inte i matsmältningsorganet hos de flesta däggdjur; och därför kan de inte använda cellulosa för mat. Emellertid kan idisslare, exempelvis koen, använda cellulosa som livsmedel, eftersom bakterier i buken bildar enzymet cellulosa som hydrolyserar cellulosa till D-glukos.

Cellulosemolekyler förekommer inte i stället i stället är ett antal kedjor anordnade på nära parallellt sätt. Molekylerna hålls samman genom intermolekylära vätebindningar mellan hydroxylgruppen i position 6 av glukosrester av en molekyl och glykosidiskt syre mellan två glukosrester av den närliggande molekylen. Det finns också intramolekylär förstärkning av kedjan genom bildning av vätebindningar mellan hydroxylgruppen vid position tre och syreatom i nästa rest.

C. Mukopolysackarider:

Mucopolysackarider eller slemhinnor är ganska vanliga i både växter och djur. Den vanligaste syra mucopolysackariden är hyaluronsyra närvarande i cellöverdrag och i den extracellulära grundämnen hos bindväv hos ryggradsdjur.

Den upprepande enheten av hyaluronsyra är en disackaridförening av D-glukoronsyra och N-acetyl-D-glukosamin i p (1-> 3) bindning. En annan sur mukopolysackarid är kondroitin vars svavelsyraderivat kondroitin-4-sulfat och kondroitin-6-sulfat är viktiga strukturella beståndsdelar av celler, skikt, brosk, ben och andra bindvävsstrukturer hos ryggradsdjur.

Biologisk betydelse av kolhydrater:

1. Huvudkälla till energi:

Kolhydrater är viktiga för djur eftersom de använder dem som andningsbränslen. I djurceller fungerar kolhydrater i form av glukos och glykogen som en viktig energikälla för vitala aktiviteter.

2. Strukturella komponenter av celler:

Kolhydrater fungerar som ett viktigt strukturellt material i vissa djur och i växter, där de utgör cellulosamaterialet.

3. Nyckelroll i ämnesomsättningen:

Kolhydrater spelar en nyckelroll i metabolism av aminosyror och fettsyror.

4. Särskilda funktioner:

Vissa kolhydrater har mycket specifik funktion, t ex ribos i nukleoproteinerna hos cellerna och galaktos i vissa lipider.