کربوهیدرات چیست؟

کربوهیدرات‌ها زیست‌مولکول‌هایی هستند که از 3 اتم کربن، هیدروژن و اکسیژن تشکیل شده‌اند. کربوهیدرات‌ها در بدن بیشتر به‌عنوان مولکول‌های ذخیره‌کنندهٔ انرژی عمل می‌کنند، اما کاربردهای ساختاری و نقش در انتقال پیام و… نیز دارند. کربوهیدرات‌ها به سه دستهٔ ساده، مرکّب و پیچیده تقسیم می‌شوند:

ساده (مونوساکارید) :سه کربنه‌ها (تریوز):PGAL چهارکربنه‌ها. (تتروز) پنج کربنه (پنتوز): ریبوز و ریبولوز (دئوکسی ریبوز) و شش کربنه (هگزوز):گلوکز، فروکتوز (قند میوه) و گالاکتوز
مرکب (الیگوساکاریدها و دی‌ساکاریدها): ساکارز، مالتوز و لاکتوز (قند شیر)
پیچیده (پلی‌ساکاریدها): سلولز، گلیکوژن، نشاسته و کیتین

ساختار

کربوهیدرات‌های خالص شامل اتم‌های کربن، هیدروژن، اکسیژن هستند با نسبت ملکولی ۱:۲:۱ که فرمول عمومی Cn(H2O)n را تشکیل می‌دهند. با این وجود، خیلی از کربوهیدرات‌های مهم از این قانون مستثنی هستند (مثل دیوکسی‌ریبوز و گلیسرول که بدین ترتیب آن‌ها را مستقیماً نمی‌توان کربوهیدرات خواند. با افزایش طول زنجیر، تعداد کربن‌های با مراکز فضایی افزایش می‌یابند و بدین ترتیب تعداد زیادی دیاسترومر امکانپذیر می‌شوند. قندها ترکیبات پلی هیدروکسی کربونیل اند، از این رو می‌توانند هِمی استال‌های حلقوی پایداری ایجاد کنند، بدین ترتیب ساختارهای اضافی و تنوع شیمیایی برای این ترکیبات پدید می‌آید. گاهی {…} همراه با حذف آب به دست می‌آیند. قندهای آلدئیدی به صورت آلدوزها طبقه‌بندی می‌شوند. آن‌هایی که عامل کتونی دارند، کتوز خوانده می‌شوند. بر اساس طول زنجیر، قندها، تریوز (۳ کربنی)، تتروز (۴ کربنی)، پنتوز (۵ کربنی)، هگزوز (۶ کربنی) و غیره نامیده می‌شوند. از اینرو، ۲ و ۳ – دی هیدروکسی پروپانال (گلیسرآلدئید) یک آلدوتریوز است. در حالی که ۱ و ۳ – دی هیدروکسی پروپانون یک کتوتریوز می‌باشد.
مونوساکاریدها

مونوساکاریدها ساده‌ترین کربوهیدرات‌ها هستند و مهم‌ترین آن‌ها هگزوزها (۶کربنی) و پنتوزها (۵کربنی) هستند. و قندهای ساده (مانند مونوساکارید) معمولاً شیرین می‌باشند

گلوکز(Glucose)

گلوکز، قند خون یا قند انگور (گلایکیس، در فرهنگ یونانی به معنی شیرین) که به دکستروز موسوم است، یک پنتاهیدروکسی هگزانال بوده، از اینرو در خانواده آلدوزهگزوزها جای دارد. گلوکز به صورت طبیعی در بسیاری از میوه‌ها و گیاهان با غلظتی در گستره ۰٫۰۸٪ تا ۰٫۱٪ در خون انسان وجود دارد.

فروکتوز(Fructose)

ایزومر کتوهگزوزی گلوکز، فروکتوز است. فروکتوز شیرین‌ترین قند طبیعی است (برخی از قندهای سنتزی شیرین‌ترند). فروکتوز نیز در بسیاری از میوه‌ها (فروکتوز در فرهنگ لاتین به معنی قند میوه) و در عسل وجود دارد.

گالاکتوز(Galactose)

قند طبیعی مهم دیگر گالاکتوز است. واحد ساختاری این قند ۶ کربنی می‌باشد. فرمول ساده یا تجربی برای همه قندها می‌باشد. هم ارز فرمول هیدرات کربن است و یکی از دلایلی ست ، که به این دسته از ترکیبات کربوهیدرات گفته می‌شود.

مهم‌ترین پنتوزها

الیگوساکاریدها

الیگوساکاریدها دسته‌ای از کربوهیدرات‌ها هستند که قندهای مرکبی تشکیل‌شده از ۳ تا نزدیک به ۹ واحد یک قندی (مونوساکارید) هستند. گلیکوپروتئین‌ها نمونه‌ای از الیگوساکاریدها هستند که در غشای سلول‌ها دیده می‌شوند.
دوقندی‌ها (دی‌ساکاریدها)

دی‌ساکارید از تشکیل دو مونوساکارید از طریق تشکیل یک پل اتری (معمول استال) به‌دست می‌آید و فرمول عمومی آن‌ها C 12 H 22 O 11 {\displaystyle {\ce {C12H22O11}}}م. آبکافت دی‌ساکاریدها، مونوساکاریدها را دوباره به‌دست می‌دهد.

مهم‌ترین دی‌ساکاریدها عبارت‌اند از:

لاکتوز + آب= گالاکتوز + گلوکز

مالتوز + آب= گلوکز + گلوکز[۱]

ساکارز+ آب= فروکتوز + گلوکز

دوقندی‌ها (دی‌ساکارید) به سه دستهٔ مالتوز (قند جوانهٔ جو)، لاکتوز (قند شیر) و ساکارز (قند شکر) تقسیم می‌شود.
پلی‌ساکاریدها

تشکیل اتر بین یک منو و یک دی‌ساکارید یک تری‌ساکارید ایجاد می‌کند (از ترکیب تعداد زیادی مونوساکارید به وجود می‌آید) و تکرار این فرایند نهایتاً به تولید یک پلیمر طبیعی (پلی‌ساکارید) منجر می‌شود. چنین کربوهیدرات‌های پلیمری، تشکیل‌دهنده اسکلت اصلی سلولز و نشاسته هستند. مهم‌ترین پلی‌ساکاریدها شامل:

نشاسته یا آمیلوز
گلیکوژن
سلولز
کیتین

هستند.

نشاسته کربوهیدرات ذخیره‌ای در گیاهان (سیب‌زمینی، گندم، برنج و…) است که از بهم پیوستن تک قندی‌ها به اشکال مختلف حاصل می‌شوند و در بدن پس از گوارش مالتوز تبدیل شده و سرانجام به تک‌قندی‌های گلوکز، فروکتوز و گالاکتوز در می‌آیند. این سه تک‌قندی جذب خون شده و پس از عبور از کبد به‌وسیلهٔ گردش خون در سرتاسر بدن پخش می‌گردد.

گلیکوژن تنها شکل ذخیره انرژی به صورت قند در بدن انسان است. مقدار ذخیره گلیکوژن در انسان ۳۵۰ گرم است. حدود ۱۰۰ یا ۱۰۸ گرم گلیکوژن در کبد است و بقیه در ماهیچه‌هاست. مقدار ذخیره گلیکوژن در بدن انسان به اندازه این است که نیازهای نصف روز انسان را تأمین می‌کند. بدین صورت که فردی گرسنه‌است و غذا نمی‌خورد، گلیکوژن کبدی، قند خون وی را تأمین می‌کند و گلیکوژن ماهیچه‌ها، نیازهای عضلانی را تأمین می‌کند. زمانی که گرسنگی دوم اتفاق می‌افتد، زمانی است که گلیکوژن کبدی تخلیه شده و گلیکوژن که تحت تأثیر زیمایه (آنزیم) فسفریلاز قرار می‌گیرد گلیکوژن کبدی است نه گلیکوژن ماهیچه.

سلولز نیز پلی‌ساکاریدی است که در گیاهان تولید می‌شود. تفاوت ساختمانی آن با نشاسته این است که در سلولز پیوندهای بتا ۱ به ۴ وجود دارد اما در روده پستانداران آنزیمی برای تجزیه آن وجود ندارد. در روده نشخوار کنندگان سلولز توسط آنزیم سلولاز که توسط باکتری‌های روده‌ای آن‌ها تولید می‌شود تجزیه می‌شود.