פחמימות מבנה כימי, סיווג ופונקציות

ה פחמימות, פחמימות או סכרידים, הן מולקולות אורגניות המאחסנות אנרגיה ביצורים חיים. הם הביומולקולות השופעות ביותר וכוללים: סוכרים, עמילנים ותאית, בין תרכובות אחרות הנמצאות באורגניזמים חיים.

האורגניזמים המבוצעים פוטוסינתזה (צמחים, אצות וכמה חיידקים) הם המפיקים העיקריים של פחמימות בטבע. המבנה של סכרידים אלו יכול להיות ליניארי או מסועף, פשוט או מורכב והוא יכול להיות קשור גם עם biomolecules מסוג אחר.

לדוגמה, פחמימות יכול לקשור חלבונים כדי ליצור גליקופרוטאינים. הם יכולים להיות קשורים גם עם מולקולות שומנים, יצירת גליקוליפידים, ביומולקולות היוצרות את המבנה של ממברנות ביולוגיות. פחמימות נמצאות גם במבנה של חומצות גרעין.

בתחילה, פחמימות הוכרו כמולקולות אחסון אנרגיה תאית. לאחר מכן, פונקציות חשובות אחרות כי פחמימות להגשים במערכות ביולוגיות נקבעו.

כל היצורים החיים יש תאים שלהם מכוסה בשכבה צפופה של פחמימות מורכבות. פחמימות מורכבות מונוסכרידים, מולקולות קטנות שנוצרו על ידי שלושה עד תשעה אטומי פחמן המחוברים לקבוצות הידרוקסיל (-OH), אשר יכולות להשתנות בגודל ובתצורה.

מאפיין חשוב של פחמימות הוא המגוון המבני העצום בתוך המעמד הזה של מולקולות, אשר מאפשר להן לבצע מגוון רחב של פונקציות כגון יצירת מולקולות איתות תא, הרקמות ויוצרים זהות של קבוצות דם שונות בבני אדם..

כמו כן, המטריצה ​​החוץ תאית באוקריוטים הגבוהים עשירה בפחמימות מופרדות, חיונית להישרדות התאים ולתקשורת. אלה מנגנוני זיהוי התא הם רתומים על ידי מגוון של פתוגנים כדי להדביק תאים המארח שלהם.

Monosaccharides יכול להיות מקושר על ידי קשרים glycosidic כדי ליצור מגוון רחב של פחמימות: disaccharides, oligosaccharides ו סוכרים. המחקר של מבנה ותפקוד של פחמימות במערכות ביולוגיות נקרא glycobiology.

אינדקס

• מבנה כימי
• קפה קפה
  • 2.1 מונוסכרידים
  • 2.2 דיסכרידים
  • 2.3 אוליגוסכרידים 
  • 2.4 סוכרים
• 3 פונקציות
• 4 מזונות המכילים פחמימות
  • 4.1 עמילנים
  • 4.2 ירקות ופירות
  • 4.3 חלב
  • 4.4 הממתקים
• 5 מטבוליזם של פחמימות
• 6 הפניות

מבנה כימי

פחמימות מורכבות של אטומי פחמן, מימן וחמצן. רוב אלה יכולים להיות מיוצגים על ידי הנוסחה האמפירית (CH2O) n, כאשר n הוא מספר הפחמנים במולקולה. במילים אחרות, היחס בין פחמן, מימן וחמצן הוא 1: 2: 1 במולקולות פחמימות.

נוסחה זו מסבירה את מקור המונח "פחמימות" משום שהרכיבים הם אטומי פחמן ("carbo") ואטומי מים (ולכן, "hydrate"). למרות הפחמימות נוצרות בעיקר על ידי שלושה אטומים אלה, ישנם כמה פחמימות עם חנקן, זרחן או גופרית.

בצורתו הבסיסית, פחמימות הן סוכרים פשוטים או מונוסכרידים. אלה פשוטים sugars ניתן לשלב יחד כדי ליצור פחמימות מורכבות יותר.

השילוב של שני סוכרים פשוטים הוא disaccharide. Oligosaccharides להכיל בין 2-10 סוכרים פשוטים, סוכרים הם פחמימות הגדולות, המורכב יותר מעשר יחידות של monosaccharides.

מבנה הפחמימות קובע כיצד האנרגיה מאוחסנת באג"ח שלה במהלך היווצרותה על ידי פוטוסינתזה, וגם כיצד קשרים אלה נשברים במהלך הנשימה התאית.

קפה

מונוככרידים

מונוסכרידים הם היחידות האלמנטריות של פחמימות, ולכן הם המבנה הפשוט ביותר של סכריד. מבחינה פיזית, מונוסכרידים הם מוצקים גבישיים ללא צבע. לרובם יש טעם מתוק.

מנקודת מבט כימית, monosaccharides יכול להיות aldehydes או ketones, בהתאם למקום שבו carbonyl קבוצה (C = O) ממוקם בפחמימות ליניארי. מבחינה מבנית, monosaccharides יכול ליצור שרשראות ליניארי או טבעות סגורות.

בגלל מונוסכרידים יש קבוצות hydroxyl, רוב הם מסיסים במים מסיסים ממיסים שאינם קוטביים.

בהתאם למספר הפחמנים שיש לך במבנה שלך, למונוסכרידים יהיו שמות שונים, לדוגמה: טריוז (אם יש לך 3 אטומי C), pentose (אם יש לך 5C) וכן הלאה.

דיכצרידים

הדיסכרידים הם סוכרים כפולים הנוצרים על ידי חיבור שני מונוסכרידים בתהליך כימי הנקרא סינתזה של התייבשות, מכיוון שמולקולה של מים אובדת במהלך התגובה. זה ידוע גם בשם תגובת עיבוי.

לכן, disaccharide הוא כל חומר המורכב משני מולקולות של סוכרים פשוטים (monosaccharides) מקושרים יחד באמצעות קישור גליקוזי.

חומצות יש את היכולת לשבור את האג"ח האלה, מסיבה זו, disaccharides יכול להיות מעוכל בבטן.

Disaccharides מסיסים בדרך כלל במים ומתוקים כאשר בלע. שלושת הדיסכרידים העיקריים הם סוכרוז, לקטוז ומלטוז: סוכרוז נובע מחתיכת גלוקוז ופרוקטוז; לקטוז מגיע מן האיחוד של גלוקוז וגלקטוז; ו maltose מגיע האיחוד של שתי מולקולות גלוקוז.

אוליגוסכרידים

Oligosaccharides הם פולימרים מורכבים שנוצרו על ידי יחידות בודדות של סוכרים פשוטים, כלומר, בין 3 ל 9 מונוסכרידים.

התגובה זהה כי צורות disaccharides, אלא גם מגיע התמוטטות של מולקולות סוכר מורכבות יותר (סוכרים).

רוב oligosaccharides נמצאים צמחים לפעול סיבים מסיסים, אשר יכול לסייע במניעת עצירות. עם זאת, בני האדם לא להחזיק את האנזימים לעכל אותם בעיקר, למעט maltotriose.

מסיבה זו, אוליגוסכרידים שאינם מתעכלים בתחילה במעי הדק יכולים להיות מושפלות על ידי חיידקים שבדרך כלל מאכלסים את המעי הגס באמצעות תהליך תסיסה. פרביוטיקה ממלאת תפקיד זה, משמשת מזון לחיידקים מועילים.

סוכרים

פוליסכרידים הם פולימרים הסכרידים הגדולים ביותר, הם נוצרים על ידי יותר מ 10 (עד אלפי יחידות) של monosaccharides מסודרים בצורה ליניארית או מסועפת. הווריאציות בהסדר המרחבי הן מה שנותן את המאפיינים המרובים לסוכרים האלה.

סוכרים יכולים להיות מורכבים monosaccharide אותו או על ידי שילוב של monosaccharides שונים. אם הם נוצרים על ידי יחידות חוזרות ונשנות של אותו סוכר, הם נקראים homopolysaccharides, כגון גליקוגן ועמילן, שהם פחמימות אחסון של בעלי חיים וצמחים, בהתאמה..

אם פוליסכריד מורכב יחידות של סוכרים שונים הם נקראים הטרופוליסכרידים. רוב המכילים רק שתי יחידות שונות והם קשורים בדרך כלל עם חלבונים (גליקופרוטאינים, כגון גמא globulin בדם הדם) או ליפידים (גליקוליפידים, כגון gangliosides).

פונקציות

ארבעת הפונקציות העיקריות של פחמימות הן: לספק אנרגיה, אנרגיה החנות, לבנות מקרומולקולות ולמנוע השפלה של חלבונים ושומנים.

פחמימות מושפלות על ידי עיכול בסוכרים פשוטים. אלה נספגים על ידי התאים של המעי הדק ומועברים לכל תאי הגוף שבו הם יחמצנו לאנרגיה בצורה של טריפוספט אדנוזין (ATP).

מולקולות סוכר שאינן בשימוש בייצור אנרגיה בכל זמן נתון, מאוחסנות כחלק פולימרים מילואים כגון גליקוגן ועמילן.

נוקליאוטידים, היחידות הבסיסיות של חומצות גרעין, מחזיקות מולקולות גלוקוז במבנה שלהן. מספר חלבונים חשובים קשורים למולקולות פחמימות, למשל: הורמון מגרה זקיק (FSH) שמתערב בתהליך הביוץ.

בגלל פחמימות הן המקור העיקרי של אנרגיה, השפלה מהירה שלהם מונע ביומולקולות אחרות מלהיות מושפל כדי להשיג אנרגיה. לכן, כאשר רמות הסוכר הן נורמליות, חלבונים ושומנים מוגנים מפני השפלה.

כמה פחמימות מסיסות במים, הן מתפקדות כמזון עיקרי כמעט בכל העולם, והחמצון של מולקולות אלה הוא המקור העיקרי לייצור אנרגיה ברוב התאים שאינם פוטוסינתטיים..

פחמימות לא מסיסות קשורות ליצירת מבנים מורכבים יותר המשמשים להגנה. לדוגמה: תאית מהווה את הקיר של תאים צמחיים יחד עם hemicelluloses ו pectin. Chitin יוצר את הקיר של תאים פטרייתיים ואת שלד של פרוקי רגליים.

כמו כן, peptidoglycan יוצר את דופן התא של חיידקים ו cyanobacteria. רקמת חיבור של בעלי חיים ושלדים המפרקים נוצרים על ידי סוכרים.

פחמימות רבות קשורות באופן קוולנטי לחלבונים או ליפידים, היוצרים מבנים מורכבים יותר, הנקראים קולקטיבית בשם glycoconjugates. קומפלקסים אלה משמשים תוויות הקובעות את המיקום התוך תאי או את הגורל המטבולי של מולקולות אלה

מזונות המכילים פחמימות

פחמימות הן מרכיב חיוני של תזונה בריאה, שכן הם המקור העיקרי של אנרגיה. עם זאת, כמה מזונות יש פחמימות בריא המציעים כמות גדולה יותר של חומרים מזינים, למשל:

העמילנים

מזונות המכילים עמילן הם המקור העיקרי של פחמימות. עמילנים אלה הם בדרך כלל פחמימות מורכבות, כלומר, הם נוצרים על ידי סוכרים רבים הצטרפו יחד יוצרים שרשרת מולקולרית ארוכה. מסיבה זו, עמילנים לוקחים זמן רב יותר כדי להתעכל.

יש מגוון רחב של מזונות המכילים עמילנים. דגנים כוללים מזונות עם תוכן עמילן גבוהה, למשל: שעועית, עדשים ואורז. הדגנים מכילים גם את הפחמימות הללו, למשל: שיבולת שועל, שעורה, חיטה ונגזרותיה (קמח ופסטה) .

קטניות ואגוזים מכילים גם פחמימות בצורת עמילנים. בנוסף, ירקות כמו: תפוחי אדמה, בטטות, תירס ודלעת עשירים גם תוכן עמילן.

חשוב לציין כי פחמימות רבות הן מקור של סיבים. כלומר, סיבים הוא בעצם סוג של פחמימות כי הגוף יכול לעכל באופן חלקי בלבד.

בדומה פחמימות מורכבות, סיבי פחמימות נוטים להתעכל לאט.

פירות וירקות

פירות וירקות יש תוכן פחמימות גבוהה. בניגוד עמילנים, פירות וירקות מכילים פחמימות פשוטות, כלומר, פחמימות עם אחד או שני סוכרידים מקושרים יחד.

פחמימות אלו, שהן פשוטות במבנה המולקולרי שלהן, מתעכלות בקלות ובמהירות רבה יותר מאשר מורכבות. זה נותן מושג על רמות שונות וסוגים של פחמימות כי האוכל בעל.

לכן, כמה פירות יש תוכן פחמימות יותר למנה, למשל: בננות, תפוחים, תפוזים, מלונים וענבים יש פחמימות יותר מאשר ירקות מסוימים כגון תרד, ברוקולי, כרוב, גזר, פטריות וחצילים.

את החלב

בדומה ירקות ופירות, מוצרי חלב הם מזונות המכילים פחמימות פשוטות. חלב יש סוכר משלו שנקרא לקטוז, disaccharide טעימות מתוק. כוס אחת של זה שווה בערך 12 גרם של פחמימות.

ישנן גרסאות רבות של חלב ויוגורט בשוק. בין אם אתם צורכים גרסת שומן מלאה או מופחתת של חלב מסוים, כמות הפחמימות תהיה זהה.

הממתקים

ממתקים הם מקור ידוע אחר של פחמימות. אלה כוללים סוכר, דבש, ממתקים, משקאות מלאכותיים, עוגיות, גלידה, בין קינוחים רבים אחרים. כל המוצרים הללו מכילים ריכוז גבוה של סוכרים.

מצידה, כמה מזונות מעובדים ומעודדים מכילים פחמימות מורכבות, למשל: לחם, אורז ופסטה לבנה. חשוב לציין כי פחמימות מזוקקים אינם מזינים כמו הפחמימות כי פירות וירקות להחזיק.

פחמימות מטבוליזם

המטבוליזם של פחמימות הוא סט של תגובות מטבוליות הכרוכות היווצרות, השפלה והמרה של פחמימות בתאים.

חילוף החומרים של הפחמימות נשמר מאוד וניתן להבחין בו גם מחיידקים, הדוגמה העיקרית היא Lac Operon. E. coli.

פחמימות חשובים במסלולים מטבוליים רבים כגון פוטוסינתזה, התגובה החשובה ביותר ליצירת פחמימות בטבע.

מ פחמן דו חמצני ומים, צמחים להשתמש באנרגיה של השמש כדי לסנתז מולקולות פחמימות.

מצדו, תאים בעלי חיים ותאי פטריית לשבור carbohydrates, נצרך רקמות הצמח, כדי להשיג אנרגיה בצורה של ATP דרך תהליך הנקרא הנשימה הסלולרית..

בחוליות, גלוקוז מועבר בכל הגוף דרך הדם. אם חנויות האנרגיה הסלולריות נמוכות, גלוקוז מושפל על ידי תגובה מטבולית הנקראת גליקוליזה כדי לייצר מעט אנרגיה וכמה מטבולי ביניים.

מולקולות גלוקוז שאינן נחוצות לייצור אנרגיה מיידיות מאוחסנות כגליקוגן בכבד ובשריר, באמצעות תהליך הנקרא גליקוגנזה.

כמה פחמימות פשוט יש מסלולים השפלה משלהם, כמו כמה פחמימות מורכבות יותר. לקטוז, למשל, דורש פעולה של אנזים לקטאז כי שובר את הקשרים שלה משחרר מונוסכרידים הבסיסיים שלה, גלוקוז וגלקטוז.

גלוקוז הוא פחמימות הראשי הנצרך על ידי תאים, המהווים כ 80% ממקורות אנרגיה.

גלוקוז מופץ לתאים, שם הוא יכול להיכנס דרך מובילים ספציפיים להיות מושפל או מאוחסן כמו גליקוגן.

בהתאם לדרישות המטבוליות של התא, גלוקוז יכול לשמש גם כדי לסנתז monosaccharides אחרים, חומצות שומן, חומצות גרעין וחומצות אמינו מסוימות.

הפונקציה העיקרית של מטבוליזם של פחמימה היא לשמור על שליטה ברמות הסוכר בדם, זה מה שמכונה הומאוסטזיס פנימי.

הפניות

1. אלברטס, ב, ג 'ונסון, א, לואיס, ג' יי, מורגן, ד, Raff, M., רוברטס, ק & וולטר, פ (2014). ביולוגיה מולקולרית של התא (כרך 6). מדע גרלנד.
2. ברג, ג ', טימוצקו, ג', Gatto, G & Strayer, L. (2015). ביוכימיה (8th ed.). וו פרימן וחברה.
3. Campbell, N. & Reece, J. (2005). ביולוגיה (2nd ed.) Pearson חינוך.
4. Dashty, M. (2013). מבט מהיר על ביוכימיה: מטבוליזם של פחמימות. ביוכימיה קלינית, 52(15), 1339-1352.
5. לודג, ח ', עמון, א' ומרטין, ק '(2016), ל', ח ', ברק, א', קייזר, ג ', קריגר,. ביולוגיה תא מולקולרית (8th ed.). וו פרימן וחברה.
6. Maughan, R. (2009). פחמימות מטבוליזם. כירורגיה, 27(1), 6-10.
7. Nelson, D., Cox, M. & Lehninger, A. (2013). Lehninger עקרונות ביוכימיה (6)^ה). W.H. פרימן וחברה.
8. סולומון, א ', ברג, ל' ומרטין, ד '(2004). ביולוגיה (7 ed.) Cengage למידה.
9. Voet, D., Voet, J. & Pratt, C. (2016). יסודות הביוכימיה: החיים ברמה המולקולרית (מהד 'ה -5). ויילי.