Name: carbohydrate structures and types
Uploaded: 2020-11-23T11:47:33.000Z
Duration: 3 min 25 s
Channel: JoVE

الكربوهيدرات مركبات تتألف من الكربون،والهيدروجين والأكسجين. تأخذ هذه الجزيئات اسمها من الصيغة المجملة للعديد من السكاكر الأحادية،التي تحتوي على ذرّتي هيدروجين وذرة أكسجين لكل ذرة كربون. الكربوهيدرات البسيطة هي جزيئات أحادية القسيمة تُسمى سكاكر أحادية ودايمرات تُسمى سكاكر ثنائية.أما الكربوهيدرات المعقدة فهي بوليمرات تُسمى سكاكر متعددة. يمكن تصنيف السكر الأحادي إلى ألدوز،أو كيتوز،وفقًا لمجموعته الوظيفية. تلك التي تحتوي على مجموعة ألدهايد تُسمى الدوزات،والتي تحتوي على مجموعة كيتون تُسمى كيتوزات.عادة ما تحتوي السكاكر الأحادية على ثلاث إلى سبع ذرات كربون في سلسلتها. يمكن ترقيم كل ذرة كربون بدءًا بالرقم 1 من الطرف الأقرب إلى ذرة الكربون في الكربونيل. يمكن أن تُشكل السكاكر هياكل حلَقية غير مستوية،وتوجد في الطبيعة غالبًا بهذا الشكل الدوري.تتشكل الهياكل الحلَقية عندما تتفاعل مجموعة كربونيل مع مجموعة هيدروكسيل على الطرف المقابل من الجزيء بواسطة تفاعل تكثيفي. تُعرف ذرة الكربون المرتبطة بالألدهايد النشط أو الكيتون،بذرة الكربون الأنوميرية. هذه البنيات الحلَقية من الكربون والأكسجين،يمكن أن تتواجد على شكل أنوميرين:ألفا وبيتا.الأنوميرات هي أيزوميرات بنيوية،تختلف في تشكيلها عند ذرة الكربون التي في الكربونيل. في نموذج ألفا،تكون مجموعة الهيدروكسيل على ذرة الكربون الأنوميرية ومجموعة CH2OH على ذرة الكربون الأخيرة ضمن الحلقة على طرفي الحلقة المتقابلين،وفي نموذج بيتا،تكونان على الطرف ذاته. يُستخدم اصطلاح تسمية مشابه لتسمية الروابط التي تصل بين السكاكر الأحادية وبين الجزيئات الأخرى.تُعرف الروابط المتشكلة تحت بنية الحلقة بروابط ألفا،بينما تُعرف تلك التي فوقها بروابط بيتا. تشير الأرقام في اسم الروابط الغليكوسيدية إلى عدد ذرات الكربون من السكاكر الأحادية المشاركة في الروابط. عندما يرتبط سكران أحاديان معًا بواسطة روابط غليكوسيدية،يشكلان سكاكر ثنائية.الروابط الغليكوسيدية روابط تساهمية تتشكل بتفاعل مجموعة الهيدروكسيل من أحد السكاكر الأحادية مع ذرة الكربون الأنوميرية من السكر الأحادي الآخر مع إلغاء جزيء ماء. السكاكر المتعددة أو الكربوهيدرات المعقدة،هي سلسلة السكاكر الأحادية مرتبطة بعضها ببعض بروابط تساهمية. قد يتسبب الاختلاف في الروابط الغليكوسيدية الموجودة في هذه الجزيئات بظهور أنواع مختلفة من السكاكر المتعددة من السكر الأحادي ذاته.جزيئات الجلوكوز المرتبطة بواسطة روابط بيتا 1, 4 جليكوسيدية،تُشكل السليولوز،وهو سكر متعدد غير قابل للذوبان في الماء. فيما تُشكل جزيئات الجلوكوز المرتبطة بواسطة روابط ألفا 1, 4 جليكوسيدية،الأميلوز،وهو بوليمر قابل للذوبان في الماء،وأحد مكوّنات النشا. النشا والسليولوز من السكاكر المتعددة الموجودة في النباتات.الغلايكوجين جزيء غير قابل للذوبان في الماء،مكوّن من جلوكوز مرتبط بواسطة روابط ألفا 1, 4 الغليكوسيدية،وتفرع متقاطع بواسطة روابط ألفا 1, 6 الغليكوسيدية. الغلايكوجين سكر متعدد يُستخدم للتخزين في الحيوانات.

كيمياء الكربوهيدرات

Chemistry of Carbohydrates

تعتبر الكربوهيدرات جزءاً أساسياً من النظام الغذائي للإنسان والحيوان. تعد الحبوب والفواكه والخضروات مصادر طبيعية للكربوهيدرات التي تمد الجسم بالطاقة، خاصة من خلال الجلوكوز، وهو سكر بسيط موجود في النشا وفي العديد من الأطعمة الأساسية. والصيغة المتكافئة له (CH2O)n، حيث أن n هو عدد يمثل أعداد الكربون في جزيئة الكربوهيدرات. بمعنى آخر، نسبة الكربون إلى الهيدروجين إلى الأكسجين هي 1:2:1 في جزيئة الكربوهيدرات. تشرح هذه الصيغة أيضاً أصل مصطلح “كربوهيدرات”: المكونات هي الكربون (“كربو”) والماء (“هيدرات”). يمكن تصنيف الكربوهيدرات إلى بسيطة ومعقدة. السكريات الأحادية والسكريات هي كربوهيدرات بسيطة. السكريات المتعددة هي كربوهيدرات معقدة. السكريات الأحادية السكريات الأحادية هي سكريات بسيطة، وأكثرها شيوعاً هو الجلوكوز. في السكريات الأحادية، نتراوح أعداد الكربون عادة من ثلاثة إلى سبعة. إذا كان السكر يحتوي على مجموعة ألدهيد (المجموعة الوظيفية ذات البنية R-CHO)، فهو عبارة عن ألدوز، وإذا كان يحتوي على مجموعة كيتون (المجموعة الوظيفية ذات الهيكلRC(=O)R'))، فهو كيتوز. اعتماداً على أعداد الكربون في السكر، يمكن أن تكون ثلاثية (ثلاثة ذرات كربون)، وخماسية (خمسة ذرات كربون)، و/أو سداسية (ستة ذرات كربون). يعد الجالاكتوز والفركتوز من السكريات الأحادية الشائعة الأخرى. الجلوكوز والجالاكتوز والفركتوز هي السكريات الأحادية الايزوميرية (هيكسوز)، مما يعني أن لها نفس الصيغة الكيميائية ولكن لها هياكل مختلفة قليلاً. الجلوكوز والجلاكتوز عبارة عن ألدوز، والفركتوز عبارة عن كيتوز. يمكن أن توجد السكريات الأحادية كسلسلة خطية أو جزيئات على شكل حلقة. في المحاليل المائية، تكون في العادة على شكل حلقات. يمكن أن يحتوي الجلوكوز الذي على شكل حلقة على ترتيبين مختلفين لمجموعة الهيدروكسيل (OH) الموجودة حول الكربون الأنوميري (الكربون 1 الذي يصبح غير متناظر عند عملية تكوين الحلقة). إذا كانت مجموعة الهيدروكسيل موجودة أسفل مستوى الكربون رقم 1 في السكر، فهي في وضعية ألفا (α)، وإذا كانت فوق المستوى، فهي في وضعية بيتا (β).<h4>السكريات الثنائية</h4> تتكون السكريات الثنائية عندما يخضع اثنان من السكريات الأحادية لتفاعل التجفاف (أو لتفاعل التكثيف أو لتخليق تجفافي). خلال هذه العملية، تتحد مجموعة هيدروكسيل من سكر أحادي' مع ذرة هيدروجين لسكر أحادي' آخر، مما يؤدي إلى إطلاق جزيء ماء وتشكيل رابطة تساهمية. وهذا ما يسمى برابطة الجليكوزيد. يمكن أن تكون روابط الجليكوزيد (أو الروابط الجليكوزيدية) من نوع ألفا أو بيتا. تتشكل رابطة ألفا عندما تكون مجموعة OH للكربون 1 للجلوكوز الأول في أسفل مستوى الحلقة، وتتشكل رابطة بيتا عندما تكون مجموعة OH للكربون 1 في أعلى مستوى الحلقة. السكريات الثنائية الأكثر شيوعاً هي السكروز، أو سكر المائدة، والتي تتكون من مونوميرات الجلوكوز والفركتوز. <h4>السكريات المتعدّدة</h4> سلسلة طويلة من السكريات الأحادية المرتبطة بروابط جليكوزيدية عبارة عن سكر متعدّد. قد تكون السلسلة متفرعة أو غير متفرعة، وقد تحتوي على أنواع مختلفة من السكريات الأحادية. قد يكون الوزن الجزيئي 100000 دالتون أو أكثر اعتماداً على عدد المونوميرات المرتبطة. النشاء والجليكوجين والسليلوز والكيتين أمثلة على السكريات المتعدّدة. تخزن النباتات النشاء على شكل سكريات. في النباتات، يشتمل خليط الأميلوز والأميلوبكتين (كلاهما من بوليمرات الجلوكوز) على هذه السكريات. يتكون النشاء من مونوميرات الجلوكوز التي ترتبط ببعضها بروابط غليكوزيدية α 1-4 أو α 1-6. الأرقام 1-4 و1-6 تشير إلى عدد الكربون للمادتين اللتين انضمتا لتكوين الرابطة. الجليكوجين هو شكل تخزين الجلوكوز في البشر والفقاريات الأخرى ويتكون من مونوميرات الجلوكوز. الجليكوجين هو المكافئ الحيواني للنشاء وهو جزيء شديد التشعب يتم تخزينه عادة في خلايا الكبد والعضلات. عندما تنخفض مستويات الجلوكوز في الدم، يتحلل الجليكوجين لتحرير الجلوكوز. السليلوز هو البوليمر الحيوي الطبيعي الأكثر وفرة. يتكون السليلوز في الغالب من جدار الخلية النباتية. هذا يوفر الدعم الهيكلي للخلية. الخشب والورق في الغالب من السليلوز في الطبيعة. يتكون السليلوز من مونوميرات الجلوكوز التي لها روباط جليكوزيدية β 1-4. هذا النص مقتبس من <a href="https://openstax.org/books/biology-2e/pages/3-2-carbohydrates">Openstax, Biology 2e, Chapter 3.4: Carbohydrates.</a>

تعتبر الكربوهيدرات جزءا أساسيا من النظام الغذائي للإنسان. الحبوب والفواكه والخضروات هي مصادر طبيعية للكربوهيدرات التي توفر ...

Education

JoVE Core

Molecular Biology

البيولوجيا الجزيئية

Unit 1

الوحدة الأولى

Biochemistry of the Cell

الكيمياء الحيوية للخلية

KEY TERMS AND CONCEPTS

المصطلحات والمفاهيم الأساسية

carbohydrate structures and types

Carbohydrates are biomolecules built from carbon, hydrogen, and oxygen. Their chemistry helps explain how simple sugars join together and how larger carbohydrate molecules form.

The smallest carbohydrates are monosaccharides, or single sugar units. These can link to make disaccharides, which contain two sugar units, and polysaccharides, which are long chains of many sugar units.

Carbohydrates play an important role in biology because they are part of the structures and processes found in living things. Understanding their basic chemistry makes it easier to identify how these molecules are grouped and how their forms differ.

Carbohydrate Structures and Types

the periodic table and organismal elements

the-periodic-table-and-organismal-elements

Element Groups in Living Things

Living things are built from elements found on the periodic table. This page focuses on the elements that make up organisms and how they are grouped in biology. These organismal elements are usually divided into major, minor, and trace categories. Major elements make up most of the mass of living matter. Minor elements are needed in smaller amounts. Trace elements are present in very small amounts but still play important roles. The periodic table helps show where these elements fit and how...

functional groups

Functional Groups in Organic Molecules

Functional groups are the parts of organic molecules that give them specific chemical behavior. They help determine how a compound reacts and what properties it has. In organic chemistry, these groups are used to classify molecules in a clear way. Hydrocarbons are one common class of organic compounds. They contain only carbon and hydrogen. Alcohols, aldehydes, and ketones are other classes that are identified by their functional groups. These groups make each class behave differently from the...

polymers

Polymer Structures and Uses

Polymers are large molecules built from repeating smaller units called monomers. Their long-chain structure gives them many different properties and makes them useful in everyday materials. Polymers can form in two main ways. In addition polymerization, monomers join together without losing any atoms. In condensation polymerization, monomers link while a small molecule is released. These two pathways help explain how many common plastics and related materials are made. The structure of a...

what are lipids?

Lipids in Cells: Fats and Membranes

Lipids are a group of biomolecules found in living things. They are known for their role in energy storage and in building cell membranes. This makes them important in many parts of biology. Fats are one common type of lipid. Other lipids include phospholipids and steroids. Each group has a different structure and a different job in the body. Phospholipids are especially important because they help form cell membranes. Steroids also belong to the lipid group, and they have their own distinct...

structure of lipids

Types of Lipids and Their Structure

Lipids are a major group of biological molecules, and their structure helps explain their different forms. Many lipids are built from fatty acids, which are long hydrocarbon chains with a carboxyl group. The carbon chain is hydrophobic, meaning it does not mix well with water, while the carboxyl group is the acidic end. Triglycerides are one common lipid type. They consist of a glycerol molecule joined to three fatty acid chains. Saturated triglycerides have fatty acids with only single...

chemistry of carbohydrates

Carbohydrates are biomolecules built from carbon, hydrogen, and oxygen. Their chemistry helps explain how simple sugars join together and how larger carbohydrate molecules form. The smallest carbohydrates are monosaccharides, or single sugar units. These can link to make disaccharides, which contain two sugar units, and polysaccharides, which are long chains of many sugar units. Carbohydrates play an important role in biology because they are part of the structures and processes found in...

nucleic acids

Nucleic Acids and Genetic Information

Nucleic acids carry genetic information in cells. They include DNA and RNA, which are made from nucleotide building blocks. These molecules store, copy, and help use the instructions needed for life. DNA is the main long-term storage molecule for genetic information. RNA helps carry and use that information in cells. Together, these nucleic acids connect the code in a cell to the proteins it can make.

intermolecular forces

Forces Between Molecules

Forces between molecules help explain why matter behaves the way it does. These intermolecular attractions act between separate molecules, not within a single molecule. They are often much weaker than the bonds that hold atoms together inside a molecule, but they still affect many properties of liquids and solids. Several common types of intermolecular forces are covered in this topic. These include dipole-dipole forces, hydrogen bonding, ion-dipole forces, and van der Waals forces. Van der...

noncovalent attractions in biomolecules

How Biomolecules Hold Their Shape

Biomolecules hold their shape through noncovalent attractions. These interactions occur within and between molecules and help control the structure and stability of complexes. They are different from covalent bonds because they do not involve sharing electrons. Four main noncovalent interactions are important in biology: hydrogen bonds, van der Waals forces, ionic bonds, and hydrophobic interactions. Hydrogen bonds form when a hydrogen atom is covalently bonded to a strongly electronegative...

pH Scale and Acid-Base Balance

pH measures how acidic or basic an aqueous solution is. It is a key way to describe the balance between acids and bases in water-based solutions. The pH scale shows this balance with low values for acidic solutions and high values for basic solutions. Neutral solutions fall in the middle of the scale. Understanding pH helps explain how different substances behave in water. It also helps compare solutions that are more acidic, more basic, or neutral.

hydrolysis of atp

ATP Hydrolysis and Energy Release

ATP hydrolysis is a key chemical reaction in cells that releases energy. ATP, or adenosine triphosphate, is the molecule cells use to store and transfer energy for many processes. During hydrolysis, water breaks the bond in ATP’s terminal phosphate group. This reaction converts ATP into ADP, or adenosine diphosphate, and inorganic phosphate. The released energy can then be used to drive cellular work. High school biology students often see ATP hydrolysis as part of energy transfer in living...

key terms and concepts

Explore carbohydrate structures, from monosaccharides to polysaccharides, and learn how carbon, hydrogen, and oxygen form key biomolecules in living things.

Carbohydrate Structures and Types | JoVE K12

molecular biology

JoVE Core Molecular Biology showcases the molecular processes of the cell through clear and concise animated video lessons. Additionally, in scientist-in-action videos, these concepts' application is demonstrated through real experiments in modern laboratories.

Carbohydrate Structures and Types

Description

Transcript