3.4: Czym są węglowodany?

Przegląd

Węglowodany to niezbędne cząsteczki biologiczne zbudowane z atomów węgla, wodoru i tlenu, często w stosunku 1:2:1. Występują jako struktury proste lub złożone i są niezbędne do metabolizmu i magazynowania energii.

Konwencja nazewnictwa węglowodanów

Wszystkie węglowodany są cukrami, zwanymi także sacharydami. Jednakże, w zależności od ich długości i złożoności, węglowodany można sklasyfikować jako monosacharydy, disacharydy i polisacharydy. Monosacharydy nazywane są również cukrami prostymi. Polisacharydy nazywane są węglowodanami złożonymi. Są to polimery, ponieważ zbudowane są z powtarzających się jednostek cukrów prostych.

Jednym z najprostszych cukrów jest glukoza. Składa się z sześciu węgli, 12 wodorów i sześciu atomów tlenu (tj. C₆H₁₂O₆). Glukoza ma jedną jednostkę cukru i dlatego jest monosacharydem. Nawet tak prosta cząsteczka ma kilka wariantów (izomerów), w zależności od orientacji poszczególnych atomów w przestrzeni. Na przykład, jeśli grupa hydroksylowa (-OH) na węglu numer pięć wskazuje w prawo, mówimy o D-glukozie, jeśli wskazuje w lewo, jest to L-glukoza. Obie cząsteczki są enancjomerami, swoimi lustrzanymi odbiciami.

Reprezentacja cząsteczki jako struktury pierścieniowej nazywa się projekcją Hawortha. Ujawnia inną możliwość ułożenia atomów w cząsteczce glukozy. Zidentyfikuj węgiel, który poprzednio niósł grupę karboksylową (1 w glukozie, 2 w fruktozie). Jeśli grupa hydroksylowa na tym węglu jest skierowana w dół, mówi się, że jest to forma α. Jeśli grupa hydroksylowa jest skierowana w górę, jest to forma β.

Monosacharydy są również klasyfikowane na podstawie liczby atomów węgla. Na przykład pentozy mają pięć atomów węgla, a heksozy sześć. Ponadto monosacharydy są klasyfikowane według rozmieszczenia ich grupy karbonylowej (podwójne wiązanie węgiel-tlen). Aldoza ma pojedynczą końcową grupę aldehydową (-CH=O), podczas gdy ketoza ma pojedynczą grupę karbonylową umieszczoną w środku cząsteczki.

Te różne systemy klasyfikacji i konwencje nazewnictwa można łączyć. Na przykład fruktoza jest ketoheksozą — cukrem mającym pięć atomów węgla, a grupa karboksylowa znajduje się przy węglu, który nie znajduje się na końcu cząsteczki.

Disacharyd powstaje, gdy dwa monosacharydy łączą się w wyniku syntezy odwodnienia. Powszechnym disacharydem jest sacharoza. Składa się z dwóch monosacharydów, α-glukozy i β-fruktozy. Sacharoza to zwykły cukier domowy, zwykle pozyskiwany z trzciny cukrowej lub buraków cukrowych.

Gdy więcej niż dwa monosacharydy łączą się, powstaje polisacharyd. Powszechnym polisacharydem jest celuloza, zbudowana z monomerów glukozy. Jest nierozpuszczalna i stanowi podstawowy składnik ścian komórkowych oraz włókien roślinnych. Twoja bawełniana koszulka jest zrobiona z cukru!

Węglowodany, w swojej znanej postaci, obejmują cukry proste i bardziej złożone polimery zwane polisacharydami. Molekularnie definiuje się je jako zawierające węgiel i składniki wody, grupę hydroksylową, wodór i tlen. Zwykle w stosunku jeden-dwa-jeden, jak glukoza, która ma sześć atomów węgla, dwanaście wodorów i sześć tlenu.

Ta pojedyncza cząsteczka cukru jest cukrem monosacharydowym. Skategoryzowane częściowo według liczby atomów węgla. Z sześcioma jest uważany za sześciokąt. Podczas gdy inna powszechna ryboza cukrowa nazywana jest pentozą z pięcioma cząsteczkami węgla. I w zależności od umiejscowienia ich grupy karbonylowej można je dalej kategoryzować. Aldoz, taki jak galaktoza, ma grupę karbonylową na końcu cukru.

A ketoza, taka jak fruktoza, ma pośrodku grupę karbonylową.

Teraz cząsteczka fruktozy w postaci pierścienia, jak większość cukrów znajduje się w roztworach wodnych, może łączyć się z cząsteczką glukozy. Poprzez syntezę odwodnienia, dwa monosacharydy tworzą disacharyd, taki jak sacharoza, powszechny słodzik, cukier stołowy. Zamiast tego, jeśli glukoza jest połączona z wieloma cząsteczkami glukozy, mogą powstać różne polisacharydy, takie jak celuloza lub amyloza skrobiowa. Ostatecznie cukry proste i polisacharydy służą jako rezerwy energii i składniki strukturalne komórek.

Zamiast tego, jeśli glukoza jest połączona z wieloma cząsteczkami glukozy, mogą powstać różne polisacharydy, takie jak celuloza lub amyloza skrobiowa. Ostatecznie cukry proste i polisacharydy służą jako rezerwy energii i składniki strukturalne komórek.