kolhydrater

kolhydrater är dietklammer runt om i världen. De får också mycket negativ uppmärksamhet i media. När nya modefluga dieter kommer in och ut ur mode, har var och en en annan uppfattning om rätt mängd kolhydrater att konsumera. Även om det en gång ansågs vara en supermat, visas nu socker (de enklaste kolhydraterna) i ett skurkligt ljus. Det finns till och med en rörelse för att få socker omklassificerat som ett farligt och beroendeframkallande läkemedel! Polysackarider (vad folk traditionellt tänker på som” kolhydrater”) var universellt hatted för några år sedan, men nu finns det blandade åsikter. Ketogena dieter (lågkolhydrat, högprotein och fett) har fallit i favör på grund av hälsorisker, men det finns fortfarande en debatt om huruvida kolhydrater är bra för dig eller inte. Kroppsbyggare hävdar att de är bra för träningsprestanda och ämnesomsättning. Nutritionists varnar för riskerna med ökat blodsocker och viktökning. Ur hälsokostdebatten är det inte alltid klart exakt vad kolhydrater är. Termen tenderar att användas som en fångst för alla stärkelserika livsmedel. Medan stärkelse är ett kolhydrat finns det också många andra. Kolhydrater är ett makronäringsämne (molekyler som måste konsumeras i relativt stora mängder för att upprätthålla livet). De är den vanligaste biomolekylen på jorden och har många former. Sockerarter, signalmolekyler, delar eller vårt immunsystem, nukleinsyror och många strukturella komponenter bildas alla av kolhydrater.

den kemiska sammansättningen av kolhydrater ger dem flera egenskaper som hjälper dem att fylla så många olika roller. Viktigast är att de bildas av grundläggande enheter som sedan kan kopplas ihop som Lego-tegelstenar för att bilda stora och unika molekyler. De enda biomolekyler som är bättre än kolhydrater på att göra detta är proteiner. Den gemensamma molekylformeln för varje kolhydrat är

Cn (H2O)n

namnet på dessa molekyler härrör från detta förhållande: för varje kolatom (karbo-) finns det lika mycket vatten (- hydrat). Eftersom kombinationen av kol, väte och syre lätt kan oxideras, men tenderar att inte sönderdelas på egen hand, har kolhydrater både hög energipotential och strukturell stabilitet. Detta gör dem idealiska för att driva biokemiska reaktioner. Faktum är att oxidation av kolhydratglukosen är den grundläggande kemiska reaktionen som driver allt liv på jorden.

de minsta funktionella grupperna av kolhydrater är monosackarider. Rotordet” sackarid ” kommer från det grekiska ordet för sött, eftersom dessa enheter har en karakteristisk söt smak. Monosackarider kallas ibland enkla sockerarter. De bildar de enklaste kolhydraterna och är kedjor av kol med många alkohol (-OH) funktionella grupper och ett speciellt dubbelbundet syre (keton eller Aldos) som gör att kedjan kan bilda en ring. Det finns många exempel på enkla sockerarter som konsumeras för energi. Glukos är molekylen som mäts i blodsockervärden och är den viktigaste källan till biologisk energi för allt liv.

fruktos är en typ av socker som tillverkas i växter. Det är källan till sötma i majssirap med hög fruktos.

galaktos är en typ av socker som produceras av däggdjur som kan binda med glukos för att bilda laktos.

det finns också många typer av monosackarider som inte smälts för energi. Ribos är den primära strukturella komponenten i nukleotiderna som utgör DNA och RNA. Mannos är ett enkelt socker närvarande i signalmolekyler som kallas glykoproteiner.

disackarider

de typer av sockerarter som de flesta kommer att känna till är disackarider, två monosackarider kopplade ihop med en speciell bindning. Bindningen som förbinder de två monosackariderna kallas en glykosidbindning. De uppstår eftersom ett speciellt kol i ringen av en monosackarid (det anomera kolet) kan kombineras med-OH-gruppen på en annan monosackarid för att skapa en koppling plus vatten. Disackarider har en större, dubbelringad struktur och har en mängd olika egenskaper baserade på vilka monosackarider är kopplade, liksom placeringen och stereokemin hos glykosidbindningarna. Många naturligt förekommande sockerarter är disackarider av glukos och någon annan monosackarid. Sackaros (bordsocker) består av de två monosackariderna glukos och fruktos. Laktos (mjölksocker) består av monosackariderna glukos och galaktos. Maltos (delvis digererad stärkelse) består av två sammanfogade glukosmonosackarider och är produkten av maltning.

polysackarider

de flesta kolhydrater existerar inte som de relativt små monosackariderna eller disackariderna, utan bildar istället massiva kedjor av enkla sockerarter kopplade ihop med glykosidbindningar. Dessa strukturer är mycket olika i form och funktion men är kollektivt kända som polysackarider. Tekniskt innehåller termen kolhydrat alla sackarider, men i vardagligt språk använder människor det för att hänvisa till stärkelse. Polysackarider tenderar inte att ha den karakteristiska söta smaken av monosackarider och disackarider. De kan variera kraftigt i storlek, allt från endast ett fåtal monosackaridenheter, till Spretande komplex av hundratals monosackarider. De kan också ha olika strukturer. Polysackarider där glykosidbindningen förekommer på samma plats på varje enhet gör långa kedjor som lindas runt sig själva för att bilda spiralformade strukturer. Alternativt kan vissa enheter ha flera glykosidbindningar, vilket orsakar en lös förgreningsstruktur. Slutligen kan polysackarider bestå helt av en enda monosackaridenhet (homopolysackarider) eller de kan ha upprepande mönster av två eller tre olika monosackarider (heteropolysackarider).

homopolysackarider

polysackarider som används som energikällor tenderar att vara homopolysackarider som består av glukos. I växter kallas denna energikälla stärkelse och finns i två sorter. Amylos är en oförgrenad stärkelse. Det bildar snäva spiraler som packar in i en kristallin struktur. Eftersom den är tätt packad är amylos mer energität, men mindre löslig och svårare att smälta. Amylopektin är en stärkelse med korta förgreningskedjor. Det är lättsmält, och lätt upplöses i vatten, men är mindre energi tät eftersom grenarna förhindra tät packning. Kockar använder stärkelse som energikällor och förtjockningsmedel. Djur och svampar har en molekyl som är analog med stärkelse som kallas glykogen. I stället för att bilda spiralformade strukturer som stärkelse bildar glykogen granuler av starkt grenade kedjor av glukos fäst vid ett centralt protein. Den är gjord i levern och fungerar som medellång energilagring för muskelvävnad. Den klara gelatinliknande substansen i botten av en burk spam är mestadels glykogen.

homopolysackarider kan också bilda robusta konstruktionsmaterial. Cellulosa är ett robust och fibröst material som hjälper till att skapa cellväggar i växter och mikroorganismer. Den är konstruerad av linjära kedjor av glukos. Till skillnad från amylos gör formen av glykosidbindningarna strukturen olöslig och svår att smälta. Cellulosa kallas kostfiber i livsmedel och utgör det mesta av bomullsfiber, pappersprodukter och trä. Chitin är en annan strukturell homopolysackarid som ofta förekommer i naturen. Det bildar exoskeletonerna av insekter och fiskens skalor. Liksom cellulosa bildas kitin på olösliga kedjor av linjär glukos. Varje glukosenhet modifieras dock för att ha en amin (-NH2) – grupp fäst vid den.

Heteropolysackarider

Heteropolysackarider innehåller två eller tre olika monosackarider i upprepande mönster. Dessa kolhydrater är vanligtvis nära associerade med en lipid eller ett protein som bildar hybridstrukturer som kallas glykolipider eller glykoproteiner. Dessa molekyler finns i stor utsträckning över växter, djur och mikroorganismer. Komponenterna och formen hos dessa molekyler har enorm mångfald, och den exakta strukturen hos många av dem är fortfarande okänd. Många heteropolysackarider är medicinskt relevanta. Exempel inkluderar hyaluronsyra som fungerar som ett mycket hydrofilt stötdämpande och smörjmedel i brosk, hud och neurala vävnader; heparin, som är ett antikoagulant som är naturligt närvarande i blodet och immunoglobuliner (antikroppar) som är väsentliga för det aktiva immunsystemet.

slutsats

kolhydrater är en stor klass av biomolekyler som är komplexitet och mångfald av funktion som konkurrerar med proteiner. Deras storlek kan sträcka sig från relativt enkla monosackarider till sprawling komplex av polysackarider. De har en unik kombination av strukturell stabilitet och hög potentiell energi vilket gör dem idealiska bland makromolekyler för att driva metabolism, men de har också många andra funktioner inklusive struktur och cellsignalering. Vi gör kolhydrater en björntjänst genom att bara tänka på dem som pasta och potatis. De är en unik och mycket varierad familj av molekyler som är väsentliga för allt liv på jorden.