Carbohydrates

Carbohydrates er kosten hæfteklammer rundt om i verden. De får også meget negativ opmærksomhed i medierne. Som nye fad kostvaner kommer ind og ud af mode, har hver en anden ide for den rigtige mængde kulhydrater at forbruge. Selv om det engang blev betragtet som en super mad, er sukker (de enkleste kulhydrater) nu vist i et skurkagtigt lys. Der er endda en bevægelse for at få sukker omklassificeret som et farligt og vanedannende stof! Polysaccharider (hvad folk traditionelt tænker på som” carbs”) blev universelt hatted for nogle år siden, men nu er der blandede meninger. Ketogene diæter (lavt kulhydratindhold, højt proteinindhold og fedt) er faldet ud af favør på grund af sundhedsrisici, men der er stadig en debat om, hvorvidt kulhydrater er gode for dig eller ej. Bodybuildere hævder, at de er gode til motion ydeevne og stofskifte. Ernæringseksperter advarer om risikoen for forhøjet blodsukker og vægtøgning. Fra sammenhængen med sundhedsfødevaredebatten er det ikke altid klart, hvad kulhydrater er. Udtrykket har tendens til at blive brugt som en fangst for enhver stivelsesholdig mad. Mens stivelse er et kulhydrat, er der også mange andre. Kulhydrater er et makronæringsstof (molekyler, der skal indtages i relativt store mængder for at opretholde livet). De er de mest rigelige biomolekyler på jorden og tager mange former. Sukkerarter, signalmolekyler, dele eller vores immunsystem, nukleinsyrer og mange strukturelle komponenter er alle dannet af kulhydrater.

den kemiske sammensætning af kulhydrater giver dem flere egenskaber, der hjælper dem med at udfylde så mange forskellige roller. Vigtigst er det, at de er dannet af grundlæggende enheder, der derefter kan knyttes sammen som Lego-klodser for at danne store og unikke molekyler. De eneste biomolekyler, der er bedre end kulhydrater til at gøre dette, er proteiner. Den fælles molekylformel for ethvert kulhydrat er

Cn(H2O)n

navnet på disse molekyler er afledt af dette forhold: for hvert carbonatom (carbo-) er der en lige stor mængde vand (-hydrat). Fordi kombinationen af kulstof, brint og ilt let kan iltes, men har tendens til ikke at nedbrydes alene, har kulhydrater både højt energipotentiale og strukturel stabilitet. Dette gør dem ideelle til brændstof til biokemiske reaktioner. Faktisk er iltning af kulhydratglukosen den grundlæggende kemiske reaktion, der driver alt liv på jorden.

de mindste funktionelle grupper af kulhydrater er monosaccharider. Rodordet” saccharid ” kommer fra det græske ord for sødt, fordi disse enheder har en karakteristisk sød smag. Monosaccharider kaldes undertiden simple sukkerarter. De danner de enkleste kulhydrater og er kæder af carbonatomer med mange alkohol (-OH) funktionelle grupper og et specielt dobbeltbundet ilt (keton eller aldose), der gør det muligt for kæden at danne en ring. Der er mange eksempler på enkle sukkerarter, der forbruges til energi. Glukose er molekylet, der måles i Blodsukkerværdier og er den vigtigste kilde til biologisk energi for alt liv.

Fructose er en type sukker fremstillet i planter. Det er kilden til sødme i majssirup med høj fructose.

Galactose er en type sukker produceret af pattedyr, som kan binde med glukose til dannelse af lactose.

der er også mange typer monosaccharider, der ikke fordøjes til energi. Ribose er den primære strukturelle komponent i de nukleotider, der udgør DNA og RNA. Mannose er et simpelt sukker til stede i signalmolekyler kendt som glycoproteiner.

disaccharider

de typer sukkerarter, som de fleste mennesker vil være bekendt med, er disaccharider, to monosaccharider bundet sammen af en særlig binding. Bindingen, der forbinder de to monosaccharider, kaldes en glycosidbinding. De opstår, fordi et specielt kulstof i ringen af et monosaccharid (det anomere kulstof) kan kombineres med-OH-gruppen på et andet monosaccharid for at skabe en kobling plus vand. Disaccharider har en større, dobbeltringet struktur og har en række egenskaber baseret på hvilke monosaccharider er forbundet, såvel som placeringen og stereokemien af glycosidbindingerne. Mange naturligt forekommende sukkerarter er disaccharider af glucose og noget andet monosaccharid. Saccharose (bordsukker) består af de to monosaccharider glucose og fructose. Lactose (mælkesukker) består af monosaccharider glucose og galactose. Maltose (delvist fordøjet stivelse) består af to sammenføjede glucosemonosaccharider og er et produkt af maltning.

polysaccharider

de fleste kulhydrater findes ikke som de relativt små monosaccharider eller disaccharider, men danner i stedet massive kæder af enkle sukkerarter bundet sammen af glycosidbindinger. Disse strukturer er meget forskellige i form og funktion, men er kollektivt kendt som polysaccharider. Teknisk set omfatter udtrykket kulhydrat alle saccharider, men i afslappet sprog bruger folk det til at henvise til stivelse. Polysaccharider har tendens til ikke at have den karakteristiske søde smag af monosaccharider og disaccharider. De kan variere meget i størrelse, lige fra kun få monosaccharidenheder, til spredte komplekser af hundredvis af monosaccharider. De kan også have forskellige strukturer. Polysaccharider, hvor den glycosidiske binding forekommer på samme sted på hver enhed, laver lange kæder, der vikles rundt om sig selv for at danne spiralformede strukturer. Alternativt kan nogle enheder have flere glycosidbindinger, hvilket forårsager en løs forgreningsstruktur. Endelig kan polysaccharider udelukkende sammensættes af en enkelt monosaccharidenhed (homopolysaccharider), eller de kan have gentagne mønstre af to eller tre forskellige monosaccharider (heteropolysaccharider).

homopolysaccharider

polysaccharider, der anvendes som energikilder, har tendens til at være homopolysaccharider sammensat af glucose. I planter kaldes denne energikilde stivelse og kommer i to sorter. Amylose er en ikke-forgrenet stivelse. Det danner stramme spiraler, der pakker ind i en krystallinsk struktur. Fordi den er tæt pakket, er amylose mere energitæt, men mindre opløselig og sværere at fordøje. Amylopectin er en stivelse med korte forgreningskæder. Det er let fordøjeligt og opløses let i vand, men er mindre energitæt, fordi grenene forhindrer tæt pakning. Kokke bruger stivelse som energikilder og fortykningsmidler. Dyr og svampe har et molekyle, der er analogt med stivelse kaldet glykogen. I stedet for at danne spiralformede strukturer som stivelse danner glycogen granuler af stærkt forgrenede glucosekæder bundet til et centralt protein. Det er lavet i leveren og fungerer som mellemfristet energilagring for muskelvæv. Det klare gelelignende stof i bunden af en dåse spam er for det meste glykogen.

homopolysaccharider kan også danne robuste strukturelle materialer. Cellulose er et robust og fibrøst materiale, der hjælper med at skabe cellevægge i planter og mikroorganismer. Den er konstrueret af lineære kæder af glucose. I modsætning til amylose gør formen af glycosidbindingerne imidlertid strukturen uopløselig og vanskelig at fordøje. Cellulose kaldes kostfiber i fødevarer og udgør det meste af bomuldsfibre, papirprodukter og træ. Chitin er et andet strukturelt homopolysaccharid, der ofte forekommer i naturen. Det danner eksoskeletterne af insekter og fiskens skalaer. Ligesom cellulose dannes chitin på uopløselige kæder af lineær glucose. Imidlertid modificeres hver glukoseenhed til at have en amin (- NH2) gruppe knyttet til den.

heteropolysaccharider

heteropolysaccharider indeholder to eller tre forskellige monosaccharider i gentagne mønstre. Disse kulhydrater er normalt tæt forbundet med et lipid eller et protein, der danner hybridstrukturer kaldet glycolipider eller glycoproteiner. Disse molekyler findes bredt på tværs af planter, dyr og mikroorganismer. Komponenterne og formen af disse molekyler har enorm mangfoldighed, og den nøjagtige struktur af mange af dem er stadig ukendt. Mange heteropolysaccharider er medicinsk relevante. Eksempler inkluderer hyaluronsyre, der fungerer som et stærkt hydrofilt stødabsorberende middel og smøremiddel i brusk, hud og neurale væv; heparin, som er et antikoagulant, der naturligt findes i blodet og immunoglobuliner (antistoffer), som er essentielle for det aktive immunsystem.

konklusion

kulhydrater er en enorm klasse af biomolekyler, der er kompleksitet og mangfoldighed af funktion, der konkurrerer med proteiner. Deres størrelse kan variere fra relativt enkle monosaccharider til spredte komplekser af polysaccharider. De har en unik kombination af strukturel stabilitet og høj potentiel energi, hvilket gør dem ideelle blandt makromolekyler til brændstof metabolisme, men de har også mange andre funktioner, herunder struktur og celle signalering. Vi gør kulhydrater en bjørnetjeneste ved kun at tænke på dem som pasta og kartofler. De er en unik og meget forskelligartet familie af molekyler, der er afgørende for alt liv på jorden.