Karbohydrater

Karbohydrater er kosttilskudd stifter rundt om i verden. De får også mye negativ oppmerksomhet i media. Som nye kjepphest dietter kommer inn og ut av mote, har hver en annen ide for riktig mengde karbohydrater å konsumere. Selv om det en gang ble ansett som en supermat, er sukker (de enkleste karbohydrater) nå vist i et skurkaktig lys. Det er enda en bevegelse for å få sukker omklassifisert som et farlig og vanedannende stoff! Polysakkarider (hva folk tradisjonelt tenker på som «karbohydrater») ble universelt hatted for noen år siden, men nå er det blandede meninger. Ketogene dietter (lavkarbo, høyt protein og fett) har falt ut av favør på grunn av helserisiko, men det er fortsatt en debatt om hvorvidt karbohydrater er bra for deg. Kroppsbyggere hevder at de er gode for treningsytelse og metabolisme. Ernæringseksperter advarer om risikoen for økt blodsukker og vektøkning. Fra konteksten av helsekostdebatten er det ikke alltid klart nøyaktig hva karbohydrater er. Begrepet har en tendens til å bli brukt som en fangst for enhver stivelsesholdig mat. Mens stivelse er et karbohydrat, er det også mange andre. Karbohydrater er et makronæringsstoff (molekyler som må konsumeres i relativt store mengder for å opprettholde livet). De er de mest tallrike biomolekylene på jorden og tar mange former. Sukker, signalmolekyler, deler eller vårt immunsystem, nukleinsyrer og mange strukturelle komponenter er alle dannet av karbohydrater.

den kjemiske sammensetningen av karbohydrater gir dem flere egenskaper som hjelper dem til å fylle så mange forskjellige roller. Viktigst er de dannet av grunnleggende enheter som deretter kan knyttes sammen som Lego-klosser for å danne store og unike molekyler. De eneste biomolekylene som er bedre enn karbohydrater ved å gjøre dette er proteiner. Den vanlige molekylformelen for et hvilket som helst karbohydrat er

Cn (H2O)n

navnet på disse molekylene er avledet fra dette forholdet: for hvert karbonatom (karbo -) er det like mye vann (- hydrat). Fordi kombinasjonen av karbon, hydrogen og oksygen lett kan oksideres, men har en tendens til ikke å dekomponere seg selv, har karbohydrater både høyt energipotensial og strukturell stabilitet. Dette gjør dem ideelle for drivstoff biokjemiske reaksjoner. Faktisk er oksidasjon av karbohydratglukosen den grunnleggende kjemiske reaksjonen som driver alt liv på jorden.

de minste funksjonelle gruppene av karbohydrater er monosakkarider. Rotordet «sakkarid» kommer fra det greske ordet for søtt, fordi disse enhetene har en karakteristisk søt smak. Monosakkarider blir noen ganger referert til som enkle sukkerarter. De danner de enkleste karbohydrater og er kjeder av karbon med mange alkohol (- OH) funksjonelle grupper og et spesielt dobbeltbundet oksygen (keton eller aldose) som gjør at kjeden kan danne en ring. Det er mange eksempler på enkle sukkerarter som forbrukes for energi. Glukose er molekylet som måles i blodsukkerverdier og er nøkkelkilden til biologisk energi for alt liv.

Fruktose Er en type sukker laget i planter. Det er kilden til søthet i høy fruktose mais sirup.

Galaktose Er en type sukker produsert av pattedyr som kan binde med glukose for å danne laktose.

det finnes også mange typer monosakkarider som ikke fordøyes for energi. Ribose er den primære strukturelle komponenten i nukleotidene SOM UTGJØR DNA og RNA. Mannose er et enkelt sukker tilstede i signalmolekyler kjent som glykoproteiner.

Disakkarider

de typer sukker som folk flest vil være kjent med er disakkarider, to monosakkarider knyttet sammen av en spesiell binding. Bindingen som forbinder de to monosakkaridene kalles en glykosidbinding. De oppstår fordi et spesielt karbon i ringen av et monosakkarid (det anomere karbonet) kan kombinere med-OH-gruppen på et annet monosakkarid for å skape en kobling pluss vann. Disakkarider har en større, dobbeltringet struktur og har en rekke egenskaper basert på hvilke monosakkarider er koblet, samt plassering og stereokjemi av glykosidbindingene. Mange naturlig forekommende sukkerarter er disakkarider av glukose og noen andre monosakkarider. Sukrose (bordsukker) består av de to monosakkaridene glukose og fruktose. Laktose (melkesukker) består av monosakkaridene glukose og galaktose. Maltose (delvis fordøyd stivelse) består av to sammenføyde glukosemonosakkarider og er produktet av malting.

Polysakkarider

de fleste karbohydrater eksisterer ikke som de relativt små monosakkaridene eller disakkaridene, men danner i stedet massive kjeder av enkle sukkerarter knyttet sammen av glykosidbindinger. Disse strukturene er svært forskjellige i form og funksjon, men er kollektivt kjent som polysakkarider. Teknisk sett inneholder begrepet karbohydrat alle sakkarider, men i tilfeldig språk bruker folk det til å referere til stivelse. Polysakkarider har en tendens til ikke å ha den karakteristiske søte smaken av monosakkarider og disakkarider. De kan variere sterkt i størrelse, alt fra bare noen få monosakkaridenheter, til viltvoksende komplekser av hundrevis av monosakkarider. De kan også ha forskjellige strukturer. Polysakkarider hvor glykosidbindingen skjer på samme sted på hver enhet, gjør lange kjeder som vikler seg rundt for å danne spiralformede strukturer. Alternativt kan enkelte enheter ha flere glykosidbindinger, noe som forårsaker en løs forgreningsstruktur. Til slutt kan polysakkarider bestå helt ut av en enkelt monosakkaridenhet (homopolysakkarider), eller de kan ha gjentatte mønstre av to eller tre forskjellige monosakkarider (heteropolysakkarider).

Homopolysakkarider

Polysakkarider som brukes som energikilder pleier å være homopolysakkarider sammensatt av glukose. I planter kalles denne energikilden stivelse og kommer i to varianter. Amylose er en uforgrenet stivelse. Den danner tette helixer som pakker inn i en krystallinsk struktur. Fordi det er tett pakket, er amylose mer energi tett, men mindre løselig og vanskeligere å fordøye. Amylopektin er en stivelse med korte forgreningskjeder. Det er lett fordøyelig, og lett oppløses i vann, men er mindre energi tett fordi grenene hindrer tett pakking. Kokker bruker stivelse som energikilder og fortykningsmidler. Dyr og sopp har et molekyl som er analogt med stivelse kalt glykogen. I stedet for å danne spiralformede strukturer som stivelse, danner glykogen granulater av høyt forgrenede kjeder av glukose festet til et sentralt protein. Det er laget i leveren og fungerer som mellomlang sikt energilagring for muskelvev. Den klare geleaktig stoff på bunnen av en boks med spam er for det meste glykogen.

Homopolysakkarider kan også danne robuste strukturelle materialer. Cellulose er et robust og fibrøst materiale som bidrar til å skape cellevegger i planter og mikroorganismer. Den er konstruert av lineære kjeder av glukose. Men i motsetning til amylose gjør formen av glykosidbindingene strukturen uoppløselig og vanskelig å fordøye. Cellulose er referert til som kostfiber i matvarer og utgjør det meste av bomull fiber, papirprodukter og tre. Chitin er et annet strukturelt homopolysakkarid som ofte forekommer i naturen. Det danner eksoskeletonene av insekter og fiskens skalaer. Som cellulose dannes kitin på uoppløselige kjeder av lineær glukose. Imidlertid er hver glukoseenhet modifisert for å ha en amin (-NH2) gruppe festet til den.

Heteropolysakkarider

Heteropolysakkarider inneholder to eller tre forskjellige monosakkarider i gjentatte mønstre. Disse karbohydrater er vanligvis nært forbundet med en lipid eller et proteindannende hybridstrukturer kalt glykolipider eller glykoproteiner. Disse molekylene finnes mye på tvers av planter, dyr og mikroorganismer. Komponentene og formen til disse molekylene har enormt mangfold, og den nøyaktige strukturen til mange av dem er fortsatt ukjent. Mange heteropolysakkarider er medisinsk relevante. Eksempler er hyaluronsyre som fungerer som et svært hydrofilt støtabsorberende og smøremiddel i brusk, hud og nevrale vev; heparin, som er et antikoagulant naturlig tilstede i blodet og immunglobuliner (antistoffer) som er essensielle for det aktive immunsystemet.

Konklusjon

Karbohydrater er en stor klasse av biomolekyler som er kompleksitet og mangfold av funksjon rival proteiner. Deres størrelse kan variere fra relativt enkle monosakkarider til viltvoksende komplekser av polysakkarider. De har en unik kombinasjon av strukturell stabilitet og høy potensiell energi som gjør dem ideelle blant makromolekyler for drivstoffmetabolisme, men de har også mange andre funksjoner, inkludert struktur og cellesignalering. Vi gjør karbohydrater en bjørnetjeneste ved bare å tenke på dem som pasta og poteter. De er en unik og svært variert familie av molekyler som er avgjørende for alt liv på jorden.