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

Koolhydraten zijn verbindingen die zijn samengesteld uit koolstof, waterstof en zuurstof. Deze moleculen ontlenen hun naam aan de empirische formule van veel monosacchariden met twee waterstofatomen en één zuurstofatoom voor elke koolstof. Simpele koolhydraten zijn monomeren die monosacchariden worden genoemd en dimeren die disacchariden worden genoemd.Complexe koolhydraten zijn polymeren die polysacchariden worden genoemd. Een monosaccharide kan worden geclassificeerd als een aldose of een ketose door zijn functionele groep. Degenen met een aldehydegroep worden aldosen genoemd en degenen met een ketongroep worden ketosen genoemd.Monosacchariden bevatten gewoonlijk drie tot zeven koolstofatomen in hun ketens. Elk van de koolstofatomen kan worden genummerd beginnend met nummer één vanaf het uiteinde dat het dichtst bij de carbonylkoolstof ligt. Suikers kunnen niet-vlakke ringstructuren vormen en komen in de natuur meestal voor in deze cyclische vorm.Ringstructuren ontstaan wanneer de carbonylgroep via een condensatiereactie reageert met een hydroxylgroep aan het andere uiteinde van het molecuul. De koolstof die aan het reactieve aldehyde of keton is gehecht, staat ook bekend als de anomere koolstof. Deze koolstof-zuurstofringstructuren kunnen bestaan als twee anomeren:alfa en bèta.Anomeren zijn structurele isomeren die verschillen in de configuratie op de carbonylkoolstof. In de alfa-vorm bevinden de hydroxylgroep op de anomere koolstof en de CH2OH-groep op de laatste koolstof in de ring zich aan weerszijden van de ring, en in de bètavorm bevinden ze zich aan dezelfde kant. Een vergelijkbare naamgevingsconventie wordt gebruikt voor bindingen die de monosacchariden met andere moleculen verbinden.Bindingen gevormd onder de ringstructuur staan bekend als alfa-bindingen, terwijl die boven de ring bekend staan als bèta-bindingen. De nummers in de naam van glycosische bindingen geven de koolstofgetallen aan van de monosacchariden die bij de bindingen betrokken zijn. Wanneer twee monosacchariden met elkaar verbonden zijn via glycosidische bindingen, vormen ze disacchariden.Glycosidische bindingen zijn covalente bindingen die worden gevormd wanneer de hydroxylgroep van een monosaccharide reageert met de anomere koolstof van een ander monosaccharide met de eliminatie van een watermolecuul. Polysacchariden of complexe koolhydraten zijn een keten van monosacchariden die bij elkaar worden gehouden door covalente bindingen. Variatie in de glycosidische bindingen die in deze moleculen aanwezig zijn, kan resulteren in verschillende soorten polysacchariden van hetzelfde monosaccharide.Glucosemoleculen gekoppeld via β-1, 4-glycosidische bindingen vormen cellulose, een in water onoplosbaar polysaccharide. Glucosemoleculen gekoppeld via α-1, 4-glycosidische bindingen vormen amylose, een in water oplosbaar polymeer en een bestanddeel van zetmeel. Zetmeel en cellulose zijn polysacchariden die in planten voorkomen.Glycogeen is een in water onoplosbaar molecuul gemaakt van glucose gekoppeld door α-1, 4-glycosidebindingen en intermitterende vertakkende doorgaande α-1, 6-glycosidische bindingen. Glycogeen dient als opslagpolysaccharide bij dieren.

chemistry of carbohydrates

Chemistry of Carbohydrates

Koolhydraten zijn een essentieel onderdeel van de voeding van mens en dier. Granen, fruit en groenten zijn natuurlijke bronnen van koolhydraten die het lichaam van energie voorzien, vooral via glucose, een eenvoudige suiker die een bestanddeel is van zetmeel en een ingrediënt in veel basisvoedingsmiddelen. De stoichiometrische formule (CH2O)n, waarbij n het aantal koolstofatomen in het molecuul is, vertegenwoordigt koolhydraten. Met andere woorden: de verhouding van koolstof tot waterstof en zuurstof is 1:2:1 in koolhydraatmoleculen. Deze formule verklaart ook de oorsprong van de term ‘koolhydraten’: de componenten zijn koolstof (‘koolstof’) en water (‘hydraat’). Koolhydraten kunnen worden ingedeeld in eenvoudig en complex. Monosachariden en disachariden zijn eenvoudige koolhydraten. Polysachariden zijn complexe koolhydraten. Monosachariden Monosachariden zijn eenvoudige suikers, waarvan glucose de meest voorkomende is. Bij monosachariden varieert het aantal koolstofatomen gewoonlijk van drie tot zeven. Als de suiker een aldehydegroep heeft (de functionele groep met de structuur R-CHO), is het een aldose, en als het een ketongroep heeft (de functionele groep met de structuur RC(=O)R'), is het een ketose. Afhankelijk van het aantal koolstofatomen in de suiker kunnen het triosen (drie koolstofatomen), pentosen (vijf koolstofatomen) en/of hexosen (zes koolstofatomen) zijn. Galactose en fructose zijn andere veel voorkomende monosachariden. Glucose, galactose en fructose zijn isomere monosachariden (hexosen), wat betekent dat ze dezelfde chemische formule hebben, maar enigszins verschillende structuren hebben. Glucose en galactose zijn aldosen en fructose is een ketose. Monosachariden kunnen voorkomen als een lineaire keten of als ringvormige moleculen. In waterige oplossingen zijn ze meestal in ringvorm. Glucose in ringvorm kan twee verschillende hydroxylgroepschikkingen (OH) hebben rond de anomere koolstof (koolstof 1 die asymmetrisch wordt tijdens het ringvormingsproces). Als de hydroxylgroep zich in de suiker onder koolstofnummer 1 bevindt, bevindt deze zich in de alfa (α)-positie, en als deze zich boven het vlak bevindt, bevindt deze zich in de bèta-positie (β). <h4>Disachariden</h4> Disachariden ontstaan wanneer twee monosachariden een dehydratatiereactie ondergaan (of een condensatiereactie of dehydratatiesynthese). Tijdens dit proces combineert de hydroxylgroep van een monosacharide met de waterstof van een ander monosacharide, waardoor een watermolecuul vrijkomt en een covalente binding wordt gevormd. Dit wordt een glycosidische binding genoemd. Glycosidische bindingen (of glycosidische bindingen) kunnen van het alfa- of bèta-type zijn. Er wordt een alfa-binding gevormd wanneer de OH-groep op koolstof-1 van de eerste glucose zich onder het ringvlak bevindt, en een bèta-binding wordt gevormd wanneer de OH-groep op koolstof-1 zich boven het ringvlak bevindt. De meest voorkomende disacharide is sucrose, of tafelsuiker, die is samengesteld uit glucose- en fructosemonomeren. <h4>Polysachariden</h4> Een lange keten van monosachariden verbonden door glycosidische bindingen is een polysacharide. De keten kan vertakt of onvertakt zijn en kan verschillende soorten monosachariden bevatten. Het molecuulgewicht kan 100.000 dalton of meer zijn, afhankelijk van het aantal verbonden monomeren. Zetmeel, glycogeen, cellulose en chitine zijn voorbeelden van polysachariden. Planten slaan zetmeel op in de vorm van suikers. In planten bevat een mengsel van amylose en amylopectine (beide glucosepolymeren) deze suikers. Zetmeel omvat glucosemonomeren die met elkaar zijn verbonden door α 1-4- of α 1-6-glycosidische bindingen. De getallen 1-4 en 1-6 verwijzen naar het aantal koolstofatomen van de twee residuen die zijn samengevoegd om de binding te vormen. Glycogeen is de opslagvorm van glucose bij mensen en andere gewervelde dieren en bestaat uit monomeren van glucose. Glycogeen is het dierlijke equivalent van zetmeel en is een sterk vertakt molecuul dat gewoonlijk wordt opgeslagen in lever- en spiercellen. Wanneer de bloedsuikerspiegel daalt, wordt glycogeen afgebroken en komt er glucose vrij. Cellulose is het meest voorkomende natuurlijke biopolymeer. Cellulose bestaat grotendeels uit de celwand van een plant. Dit zorgt voor structurele ondersteuning van de cel. Hout en papier zijn meestal celluloseachtig van aard. Glucosemonomeren omvatten cellulose die β 1-4 glycosidische bindingen met elkaar verbindt

Carbohydrates are an essential part of the diet in humans and animals. Grains, fruits, and vegetables are natural sources of carbohydrates that provide ...

Education

JoVE Core

Molecular Biology

Moleculaire biologie

Unit 1

Biochemistry of the Cell

Biochemie van de cel

KEY TERMS AND CONCEPTS

BELANGRIJKE TERMEN EN CONCEPTEN

Scheikunde van koolhydraten

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...

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

Tags