Sunt carbohidrații buni pentru tine? Persoanelor care doresc să slăbească li se spune adesea că carbohidrații sunt dăunători pentru ei și ar trebui evitați. Unele diete interzic complet consumul de carbohidrați, susținând că o dietă săracă în carbohidrați îi ajută pe oameni să slăbească mai repede. Cu toate acestea, carbohidrații au fost o parte importantă a dietei umane de mii de ani; artefacte din civilizațiile antice arată prezența grâului, orezului și porumbului în zonele de depozitare ale strămoșilor noștri.

Carbohidrații ar trebui suplimentați cu proteine, vitamine și grăsimi pentru a face parte dintr-o dietă bine echilibrată. Din punct de vedere caloric, un gram de carbohidrați oferă 4,3 Kcal. Pentru comparație, grăsimile oferă 9 Kcal/g, un raport mai puțin dorit. Carbohidrații conțin elemente solubile și insolubile; partea insolubilă este cunoscută sub numele de fibre, care este în mare parte celuloză. Fibra are multe utilizări; promovează mișcarea regulată a intestinului prin adăugarea de volum și reglează rata consumului de glucoză din sânge. Fibrele ajută și la eliminarea excesului de colesterol din organism. În plus, o masă care conține cereale integrale și legume oferă o senzație de plinătate. Ca sursă imediată de energie, glucoza este descompusă în timpul procesului de respirație celulară, care produce ATP, moneda energetică a celulei. Fără consumul de carbohidrați, disponibilitatea „energiei instant” ar fi redusă.

Eliminarea carbohidraților din dietă nu este cel mai bun mod de a slăbi. O dietă cu conținut scăzut de calorii, bogată în cereale integrale, fructe, legume și carne slabă, împreună cu mult exercițiu și multă apă, este modalitatea mai sensibilă de a pierde în greutate.

obiective de invatare

  • Distingeți între monozaharide, dizaharide și polizaharide
  • Identificați mai multe funcții majore ale carbohidraților

Majoritatea oamenilor sunt familiarizați cu carbohidrații, un tip de macromoleculă, mai ales când vine vorba de ceea ce mâncăm. Pentru a pierde în greutate, unele persoane aderă la diete „cu conținut scăzut de carbohidrați”. Spre deosebire de aceasta, sportivii „înregistrează carbohidrați” înainte de competiții importante pentru a se asigura că au suficientă energie pentru a concura la un nivel înalt. Carbohidrații sunt, de fapt, o parte esențială a dietei noastre; cerealele, fructele și legumele sunt toate surse naturale de carbohidrați. Carbohidrații furnizează energie organismului, în special prin glucoză, un zahăr simplu, care este o componentă a amidonului și un ingredient din multe alimente de bază. Carbohidrații au și alte funcții importante la om, animale și plante.

Structuri moleculare

Glucidele poate fi reprezentat prin formula stoichiometrică (CH2O) n, unde n este numărul de atomi de carbon din moleculă. Cu alte cuvinte, raportul dintre carbon și hidrogen la oxigen este de 1: 2: 1 în moleculele de carbohidrați. Această formulă explică, de asemenea, originea termenului „carbohidrat”: componentele sunt carbonul („carbo”) și componentele apei (deci, „hidrat”). Glucidele sunt clasificate în trei subtipuri: monozaharide, dizaharide și polizaharide.

Monozaharide

Monozaharide (mono– = „unul”; zaharit– = „dulce”) sunt zaharuri simple, dintre care cel mai frecvent este glucoza. În monozaharide, numărul carbonilor variază de obicei între trei și șapte. Majoritatea denumirilor monozaharidice se termină cu sufixul –ose. Dacă zahărul are o grupă aldehidă (grupul funcțional cu structura R-CHO), este cunoscut sub numele de aldoză și dacă are o grupă cetonică (grupul funcțional cu structura RC (= O) R ′), este cunoscut sub numele de cetoză. În funcție de numărul de carboni din zahăr, aceștia pot fi, de asemenea, cunoscuți ca trioze (trei carboni), pentoze (cinci carboni) și sau hexoze (șase carboni). Vezi Figura 1 pentru o ilustrare a monozaharidelor.

majori

Figura 1. Monozaharidele sunt clasificate pe baza poziției grupării lor carbonil și a numărului de atomi de carbon din coloana vertebrală. Aldozele au o grupare carbonil (indicată în verde) la capătul lanțului de carbon, iar cetozele au o grupare carbonil în mijlocul lanțului de carbon. Triozele, pentozele și hexozele au trei, cinci și, respectiv, șase osii din carbon.

Formula chimică pentru glucoză este C6H12O6. La om, glucoza este o sursă importantă de energie. În timpul respirației celulare, energia este eliberată din glucoză și această energie este utilizată pentru a ajuta la producerea adenozin trifosfatului (ATP). Plantele sintetizează glucoza folosind dioxid de carbon și apă, iar glucoza, la rândul ei, este utilizată pentru necesitățile energetice ale plantei. Excesul de glucoză este adesea stocat ca amidon care este catabolizat (descompunerea moleculelor mai mari de celule) de către oameni și alte animale care se hrănesc cu plante.

Galactoza și fructoza sunt alte monozaharide obișnuite - galactoza se găsește în zaharurile din lapte, iar fructoza se găsește în zaharurile din fructe. Deși glucoza, galactoza și fructoza au toate aceeași formulă chimică (C6H12O6), ele diferă structural și chimic (și sunt cunoscute sub numele de izomeri) din cauza aranjamentului diferit al grupărilor funcționale în jurul carbonului asimetric; toate aceste monozaharide au mai mult de un carbon asimetric (Figura 2).

Întrebare practică

Figura 2. Glucoza, galactoza și fructoza sunt toate hexoze. Sunt izomeri structurali, adică au aceeași formulă chimică (C6H12O6), dar un aranjament diferit al atomilor.

Ce fel de zaharuri sunt acestea, aldoză sau cetoză?

Monozaharidele pot exista ca un lanț liniar sau ca molecule în formă de inel; în soluții apoase se găsesc de obicei în forme inelare (Figura 3). Glucoza sub formă de inel poate avea două aranjamente diferite ale grupării hidroxil (−OH) în jurul carbonului anomeric (carbonul 1 care devine asimetric în procesul de formare a inelului). Dacă gruparea hidroxil este sub numărul de carbon 1 în zahăr, se spune că se află în poziția alfa (α), iar dacă este deasupra planului, se spune că se află în poziția beta (β).

Figura 3. Cinci și șase monozaharide de carbon există în echilibru între formele liniare și inelare. Când se formează inelul, lanțul lateral pe care se închide este blocat într-o poziție α sau β. Fructoza și riboza formează, de asemenea, inele, deși formează inele cu cinci membri, spre deosebire de inelul cu glucoză cu șase membri.

Dizaharide

Dizaharide (di– = „doi”) se formează atunci când două monozaharide suferă o reacție de deshidratare (cunoscută și sub numele de reacție de condensare sau sinteză de deshidratare). În timpul acestui proces, grupul hidroxil al unei monozaharide se combină cu hidrogenul altei monozaharide, eliberând o moleculă de apă și formând o legătură covalentă. O legătură covalentă formată între o moleculă de carbohidrați și o altă moleculă (în acest caz, între două monozaharide) este cunoscută ca legătura glicozidică (Figura 4). Legăturile glicozidice (numite și legături glicozidice) pot fi de tip alfa sau beta.

Figura 4. Zaharoza se formează atunci când un monomer de glucoză și un monomer de fructoză sunt uniți într-o reacție de deshidratare pentru a forma o legătură glicozidică. În acest proces, se pierde o moleculă de apă. Prin convenție, atomii de carbon dintr-o monozaharidă sunt numerotați din terminalul de carbon cel mai apropiat de gruparea carbonil. În zaharoză, se formează o legătură glicozidică între carbonul 1 din glucoză și carbonul 2 din fructoză.

Dizaharidele obișnuite includ lactoză, maltoză și zaharoză (Figura 5). Lactoza este o dizaharidă formată din monomerii glucoză și galactoză. Se găsește în mod natural în lapte. Maltoza sau zahărul de malț este o dizaharidă formată dintr-o reacție de deshidratare între două molecule de glucoză. Cea mai frecventă dizaharidă este zaharoza sau zahărul de masă, care este compus din monomerii glucoză și fructoză.

Figura 5. Dizaharidele obișnuite includ maltoză (zahăr din cereale), lactoză (zahăr din lapte) și zaharoză (zahăr de masă).

Polizaharide

Un lanț lung de monozaharide legate prin legături glicozidice este cunoscut sub numele de polizaharidă (poli– = „mulți”). Lanțul poate fi ramificat sau neramificat și poate conține diferite tipuri de monozaharide. Greutatea moleculară poate fi de 100.000 daltoni sau mai mult, în funcție de numărul de monomeri uniți. Amidonul, glicogenul, celuloza și chitina sunt exemple primare de polizaharide.

Amidonul este forma stocată a zaharurilor în plante și este alcătuit dintr-un amestec de amiloză și amilopectină (ambii polimeri de glucoză). Plantele sunt capabile să sintetizeze glucoza, iar excesul de glucoză, dincolo de nevoile imediate de energie ale plantei, este stocat ca amidon în diferite părți ale plantei, inclusiv rădăcini și semințe. Amidonul din semințe asigură hrană embrionului pe măsură ce germinează și poate acționa și ca sursă de hrană pentru oameni și animale. Amidonul consumat de oameni este descompus de enzime, cum ar fi amilazele salivare, în molecule mai mici, cum ar fi maltoza și glucoza. Celulele pot absorbi apoi glucoza.

Amidonul este alcătuit din monomeri de glucoză care sunt uniți prin legături glicozidice α 1-4 sau α 1-6. Numerele 1-4 și 1-6 se referă la numărul de carbon al celor două reziduuri care s-au unit pentru a forma legătura. Așa cum se ilustrează în Figura 6, amiloză este amidon format din lanțuri ramificate de monomeri de glucoză (numai legături α 1-4), în timp ce amilopectina este o polizaharidă ramificată (legături α 1-6 în punctele ramificate).

Figura 6. Amiloza și amilopectina sunt două forme diferite de amidon. Amiloza este compusă din lanțuri ramificate de monomeri de glucoză conectați prin legături glicozidice α 1,4. Amilopectina este compusă din lanțuri ramificate de monomeri de glucoză conectați prin legături glicozidice α 1,4 și α 1,6. Datorită modului în care sunt unite subunitățile, lanțurile de glucoză au o structură elicoidală. Glicogenul (nereprezentat) are o structură similară cu amilopectina, dar este mai ramificat.

Glicogen este forma de stocare a glucozei la om și alte vertebrate și este alcătuită din monomeri de glucoză. Glicogenul este echivalentul animal al amidonului și este o moleculă foarte ramificată stocată de obicei în celulele hepatice și musculare. Ori de câte ori scade nivelul glicemiei, glicogenul este descompus pentru a elibera glucoza într-un proces cunoscut sub numele de glicogenoliză.

Celuloză este cel mai abundent biopolimer natural. Peretele celular al plantelor este în mare parte realizat din celuloză; aceasta oferă suport structural celulei. Lemnul și hârtia sunt în mare parte de natură celulozică. Celuloza este alcătuită din monomeri de glucoză care sunt legați prin legături glicozidice β 1-4 (Figura 7).

Figura 7. În celuloză, monomerii glucozei sunt legați în lanțuri neramificate prin legături glicozidice β 1-4. Datorită modului în care sunt unite subunitățile de glucoză, fiecare monomer de glucoză este răsturnat în raport cu următorul rezultând o structură liniară, fibroasă.

Așa cum se arată în Figura 7, orice alt monomer de glucoză din celuloză este răsturnat, iar monomerii sunt ambalați strâns ca lanțuri lungi extinse. Acest lucru conferă celulozei rigiditatea și rezistența ridicată la tracțiune - care este atât de importantă pentru celulele vegetale. În timp ce legătura β 1-4 nu poate fi descompusă de enzimele digestive umane, ierbivorele precum vacile, koala, bivolii și caii sunt capabili, cu ajutorul florei specializate din stomac, să digere materialul vegetal bogat în celuloză. și folosiți-l ca sursă de hrană. La aceste animale, anumite specii de bacterii și protiști locuiesc în rumen (parte a sistemului digestiv al erbivorelor) și secretă enzima celulază. Anexa animalelor care pășunează conține, de asemenea, bacterii care digeră celuloza, conferindu-i un rol important în sistemul digestiv al rumegătoarelor. Celulazele pot descompune celuloza în monomeri de glucoză care pot fi folosiți ca sursă de energie de către animal. Termitele sunt, de asemenea, capabile să descompună celuloza din cauza prezenței altor organisme în corpul lor care secretă celulaze.

Figura 8. Insectele au un exoschelet dur din chitină, un tip de polizaharidă.

Glucidele îndeplinesc diverse funcții la diferite animale. Artropodele (insecte, crustacee și altele) au un schelet exterior, numit exoschelet, care le protejează părțile interne ale corpului (așa cum se vede în albina din Figura 8).

Acest exoschelet este format din chitina biologică macromoleculă, care este un azot care conține polizaharide. Este fabricat din unități repetate de N-acetil-β-d-glucozamină, un zahăr modificat. Chitina este, de asemenea, o componentă majoră a pereților celulari fungici; ciupercile nu sunt nici animale, nici plante și formează un regat propriu în domeniul Eukarya.

În rezumat: carbohidrați

Carbohidrații sunt un grup de macromolecule care sunt o sursă vitală de energie pentru celulă și oferă suport structural celulelor vegetale, ciupercilor și tuturor artropodelor care includ homari, crabi, creveți, insecte și păianjeni. Glucidele sunt clasificate ca monozaharide, dizaharide și polizaharide, în funcție de numărul de monomeri din moleculă. Monozaharidele sunt legate prin legături glicozidice care se formează ca urmare a reacțiilor de deshidratare, formând dizaharide și polizaharide cu eliminarea unei molecule de apă pentru fiecare legătură formată. Glucoza, galactoza și fructoza sunt monozaharide obișnuite, în timp ce dizaharidele comune includ lactoză, maltoză și zaharoză. Amidonul și glicogenul, exemple de polizaharide, sunt formele de stocare a glucozei la plante și, respectiv, la animale. Lanțurile lungi de polizaharide pot fi ramificate sau neramificate. Celuloza este un exemplu de polizaharidă neramificată, în timp ce amilopectina, un constituent al amidonului, este o moleculă foarte ramificată. Depozitarea glucozei, sub formă de polimeri precum amidonul de glicogen, o face puțin mai accesibilă pentru metabolism; cu toate acestea, acest lucru îl împiedică să scurgă din celulă sau să creeze o presiune osmotică ridicată care ar putea provoca absorbția excesivă a apei de către celulă.

Verificați-vă înțelegerea

Răspundeți la întrebările de mai jos pentru a vedea cât de bine înțelegeți subiectele tratate în secțiunea anterioară. Acest scurt test face nu numărați pentru nota dvs. din clasă și o puteți relua de un număr nelimitat de ori.

Utilizați acest test pentru a vă verifica înțelegerea și pentru a decide dacă (1) studiați în continuare secțiunea anterioară sau (2) treceți la secțiunea următoare.