hiilihydraatit

hiilihydraatit ovat ravinnon niittejä ympäri maailmaa. Ne saavat myös paljon negatiivista huomiota mediassa. Kun uudet villitysdieetit tulevat ja menevät muodista, jokaisella on erilainen käsitys siitä, kuinka paljon hiilihydraatteja kuluttaa. Vaikka sitä pidettiin aikoinaan superruokana, sokeri (yksinkertaisimmat hiilihydraatit) näkyy nyt pahassa valossa. On jopa liike, että sokeri luokiteltaisiin uudelleen vaaralliseksi ja riippuvuutta aiheuttavaksi huumeeksi! Polysakkaridit (mitä ihmiset perinteisesti ajattelevat ”hiilareina”) oli yleismaailmallisesti hatutettu muutama vuosi sitten, mutta nyt on ristiriitaisia mielipiteitä. Ketogeeniset dieetit (vähähiilihydraattinen, runsaasti proteiinia ja rasvaa sisältävä ruokavalio) ovat jääneet pois suosiosta terveysriskien vuoksi, mutta vielä on väitelty siitä, ovatko hiilarit hyväksi sinulle. Kehonrakentajat väittävät, että ne ovat hyväksi liikuntasuoritukselle ja aineenvaihdunnalle. Ravitsemusterapeutit varoittavat kohonneen verensokerin ja painonnousun riskeistä. Terveysruokakeskustelun kontekstista ei aina ole selvää, mitä hiilihydraatit tarkalleen ovat. Termiä käytetään yleensä kaiken tärkkelyspitoisen ruoan saaliina. Vaikka tärkkelys on hiilihydraatti, on myös monia muita. Hiilihydraatit ovat makroravintoaine (molekyylejä, joita on kulutettava suhteellisen suuria määriä elämän ylläpitämiseksi). Ne ovat maapallon runsaimpia biomolekyylejä, ja niillä on monia muotoja. Sokerit, signalointimolekyylit, osat tai immuunijärjestelmämme, nukleiinihapot ja monet rakenneosat muodostuvat kaikki hiilihydraateista.

hiilihydraattien kemiallinen koostumus antaa heille useita ominaisuuksia, jotka auttavat heitä täyttämään niin monia erilaisia rooleja. Tärkeintä on, että ne muodostuvat perusyksiköistä, jotka sitten voidaan liittää toisiinsa kuin Lego-tiilet muodostaen suuria ja ainutlaatuisia molekyylejä. Ainoat Biomolekyylit, jotka ovat hiilihydraatteja parempia tässä ovat proteiinit. Kaikkien hiilihydraattien yhteinen molekyylikaava on

Cn (H2O)n

näiden molekyylien nimi on johdettu tästä suhteesta: jokaista hiiliatomia (carbo-) kohti on yhtä paljon vettä (- hydraattia). Koska hiilen, vedyn ja hapen yhdistelmä voi helposti hapettua, mutta ei yleensä hajoa itsestään, hiilihydraateilla on sekä suuri energiapotentiaali että rakenteellinen stabiilisuus. Tämä tekee niistä ihanteellisia polttoaineena biokemiallisia reaktioita. Itse asiassa hiilihydraatin glukoosin hapettuminen on perustavanlaatuinen kemiallinen reaktio, joka antaa virtaa kaikelle elämälle maapallolla.

hiilihydraattien pienimmät funktionaaliset ryhmät ovat monosakkarideja. Kantasana ”sakaridi” tulee kreikan makeaa tarkoittavasta sanasta, koska näillä yksiköillä on tyypillinen makea maku. Monosakkarideista käytetään joskus nimitystä yksinkertaiset sokerit. Ne muodostavat yksinkertaisimmat hiilihydraatit ja ovat hiiliketjuja, joissa on monia alkoholi (-OH) – funktionaalisia ryhmiä ja erityinen kaksoissidoshappi (Ketoni tai aldoosi), jonka avulla ketju muodostaa renkaan. On monia esimerkkejä yksinkertaisista sokereista, joita käytetään energiaksi. Glukoosi on verensokeriluokituksissa mitattava molekyyli, joka on kaiken elämän tärkein biologisen energian lähde.

fruktoosi on kasveissa valmistettu sokerilaji. Se on makeuden lähde korkea fruktoosinen maissisiirappi.

galaktoosi on nisäkkäiden tuottama sokerityyppi, joka voi sitoutua glukoosin kanssa muodostaen laktoosia.

on myös monia monosakkarideja, joita ei ole pilkottu energiaksi. Riboosi on DNA: ta ja RNA: ta muodostavien nukleotidien ensisijainen rakenneosa. Mannoosi on yksinkertainen sokeri, joka esiintyy glykoproteiineina tunnetuissa signaalimolekyyleissä.

disakkaridit

useimmat ihmiset tuntevat disakkaridit, kaksi monosakkaridia, jotka liittyvät toisiinsa erityisellä sidoksella. Kahta monosakkaridia yhdistävää sidosta kutsutaan glykosidisidokseksi. Niitä syntyy, koska monosakkaridin renkaassa oleva erityinen hiili (anomeerinen hiili) voi yhdistyä-OH-ryhmän kanssa eri monosakkaridilla muodostaen sidoksen plus veden. Disakkarideilla on suurempi, kaksirengasrakenne ja niillä on erilaisia ominaisuuksia, joiden perusteella monosakkaridit ovat sidoksissa toisiinsa, sekä glykosidisidosten sijainti ja stereokemia. Monet luonnossa esiintyvät sokerit ovat glukoosin ja joidenkin muiden monosakkaridien disakkarideja. Sakkaroosi (pöytäsokeri) koostuu kahdesta monosakkaridista glukoosista ja fruktoosista. Laktoosi (maitosokeri) koostuu monosakkarideista glukoosista ja galaktoosista. Maltoosi (osittain pilkottu tärkkelys) koostuu kahdesta Yhdistyneestä glukoosimonosakkaridista ja on mallastuksen tuote.

polysakkarideja

useimmat hiilihydraatit eivät esiinny suhteellisen pieninä monosakkarideina tai disakkarideina, vaan ne muodostavat massiivisia yksinkertaisten sokerien ketjuja, jotka ovat sidoksissa toisiinsa glykosidisidoksilla. Nämä rakenteet ovat muodoltaan ja toiminnaltaan hyvin erilaisia, mutta niitä kutsutaan yhteisesti polysakkarideiksi. Teknisesti termi hiilihydraatti sisältää kaikki sakkaridit, mutta satunnaisessa kielenkäytössä ihmiset käyttävät sitä tarkoittamaan tärkkelystä. Polysakkarideilla ei yleensä ole monosakkarideille ja disakkarideille tyypillistä makeaa makua. Niiden koko voi vaihdella suuresti, aina vain muutamasta monosakkaridiyksiköstä satojen monosakkaridien rönsyileviin komplekseihin. Niillä voi olla myös erilaisia rakenteita. Polysakkaridit, joissa glykosidisidos esiintyy samassa paikassa jokaisessa yksikössä, muodostavat pitkiä ketjuja, jotka kietoutuvat itsensä ympärille muodostaen kierteisiä rakenteita. Vaihtoehtoisesti joissakin yksiköissä voi olla useita glykosidisidoksia, mikä aiheuttaa löyhän, haarautuvan rakenteen. Lopuksi polysakkaridit voivat koostua kokonaan yhdestä monosakkaridiyksiköstä (homopolysakkaridit) tai niillä voi olla toistuvia kuvioita kahdesta tai kolmesta erilaisesta monosakkaridista (heteropolysakkaridit).

Homopolysakkaridit

energialähteinä käytettävät polysakkaridit ovat yleensä glukoosista koostuvia homopolysakkarideja. Kasveissa tätä energianlähdettä kutsutaan tärkkelykseksi ja siitä on kaksi muunnosta. Amyloosi on harjaamaton tärkkelys. Se muodostaa tiiviitä kierteitä, jotka pakkautuvat kiderakenteeseen. Koska amyloosi on tiiviisti pakattu, se on energiatiheämpää, mutta vähemmän liukenevaa ja vaikeasti sulavaa. Amylopektiini on tärkkelys, jolla on lyhyet, haaroittuvat ketjut. Se on helposti sulavaa ja liukenee helposti veteen, mutta on vähemmän energiatiheää, koska oksat estävät tiiviin pakkaamisen. Kokit käyttävät tärkkelystä energianlähteinä ja sakeuttamisaineina. Eläimillä ja sienillä on tärkkelykselle analoginen molekyyli nimeltä glykogeeni. Sen sijaan, että glykogeeni muodostaisi kierteisiä rakenteita kuten tärkkelystä, se muodostaa rakeita hyvin haarautuneista glukoosiketjuista, jotka ovat kiinnittyneet keskusproteiiniin. Se on valmistettu maksassa ja toimii keskipitkän aikavälin energian varastointi lihaskudosta. Roskapurkin pohjalla oleva kirkas hyytelömäinen aine on enimmäkseen glykogeenia.

Homopolysakkaridit voivat muodostaa myös tukevia rakennemateriaaleja. Selluloosa on vankka ja kuitumainen materiaali, joka auttaa luomaan soluseiniä kasveihin ja mikro-organismeihin. Se on rakennettu lineaarisista glukoosiketjuista. Amyloosista poiketen glykosidisidosten muoto tekee rakenteesta kuitenkin liukenemattoman ja vaikeasti sulavan. Selluloosaa kutsutaan ravintokuiduksi elintarvikkeissa ja se muodostaa suurimman osan puuvillakuidusta, paperituotteista ja puusta. Kitiini on toinen rakenteellinen homopolysakkaridi, jota esiintyy usein luonnossa. Se muodostaa hyönteisten tukirangan ja kalojen suomut. Selluloosan tavoin kitiiniä muodostuu lineaarisen glukoosin liukenemattomille ketjuille. Jokainen glukoosiyksikkö kuitenkin modifioidaan siten, että siihen on kiinnittynyt amiiniryhmä (-NH2).

Heteropolysakkaridit

Heteropolysakkaridit sisältävät kaksi tai kolme erilaista monosakkaridia toistuvina kuvioina. Nämä hiilihydraatit liittyvät yleensä läheisesti lipidiin tai proteiiniin, joka muodostaa glykolipideiksi tai glykoproteiineiksi kutsuttuja hybridirakenteita. Näitä molekyylejä esiintyy laajalti kasveissa, eläimissä ja mikro-organismeissa. Näiden molekyylien komponentit ja muoto ovat valtavan moninaisia, eikä monien niiden tarkkaa rakennetta vielä tunneta. Monet heteropolysakkaridit ovat lääketieteellisesti merkityksellisiä. Esimerkkejä ovat hyaluronihappo, joka toimii erittäin hydrofiilisenä iskunvaimentimena ja voiteluaineena rustoissa, ihossa ja hermokudoksissa; hepariini, joka on luonnollisesti veressä oleva antikoagulantti, ja immunoglobuliinit (vasta-aineet), jotka ovat välttämättömiä aktiiviselle immuunijärjestelmälle.

johtopäätös

hiilihydraatit ovat valtava biomolekyylien luokka, jonka monimutkaisuus ja toiminnan monimuotoisuus ovat verrattavissa proteiinien monimuotoisuuteen. Niiden koko voi vaihdella suhteellisen yksinkertaisista monosakkarideista polysakkaridien rönsyileviin komplekseihin. Niillä on ainutlaatuinen yhdistelmä rakenteellista stabiilisuutta ja suurta potentiaalienergiaa, mikä tekee niistä ihanteellisia makromolekyylien joukossa aineenvaihdunnan ruokkimiseen, mutta niillä on myös monia muita toimintoja, kuten rakenne ja solujen signalointi. Teemme hiilihydraateille karhunpalveluksen ajattelemalla niitä vain pastana ja perunana. Ne ovat ainutlaatuinen ja erittäin monipuolinen molekyylien perhe, joka on välttämätön kaikelle elämälle maapallolla.