KARBOHIDRAT: ISTRAKTURA NG KEMIKAL, PAG-UURI AT PAG-ANDAR - BIOLOGY - 2025

Ang mga karbohidrat , karbohidrat o saccharides, ay mga organikong molekula na nag-iimbak ng enerhiya sa mga nabubuhay na nilalang. Ang mga ito ay ang pinaka-masaganang biomolecules at kasama ang: sugars, starches at cellulose, bukod sa iba pang mga compound na matatagpuan sa mga nabubuhay na organismo.

Ang mga organismo na nagsasagawa ng fotosintesis (mga halaman, algae at ilang mga bakterya) ay ang pangunahing gumagawa ng mga karbohidrat. Ang istraktura ng mga saccharides na ito ay maaaring maging linear o branched, simple o tambalan, at maaari rin silang iugnay sa biomolecules ng ibang klase.

Halimbawa, ang mga karbohidrat ay maaaring magbigkis sa mga protina upang makabuo ng mga glycoproteins. Maaari rin silang iugnay sa mga molekula ng lipid, kaya bumubuo ng glycolipids, ang biomolecules na bumubuo ng istraktura ng mga biological membranes. Ang mga karbohidrat ay naroroon din sa istraktura ng mga nucleic acid.

Sa una, ang mga karbohidrat ay kinikilala bilang mga molekular na imbakan ng enerhiya ng cellular. Kasunod nito, ang iba pang mahahalagang pag-andar na natutupad ng mga karbohidrat sa mga biological system ay natukoy.

Ang lahat ng mga bagay na nabubuhay ay may kanilang mga cell na sakop ng isang siksik na layer ng mga kumplikadong karbohidrat. Ang mga karbohidrat ay binubuo ng mga monosaccharides, maliit na molekula na binubuo ng tatlo hanggang siyam na mga atom na carbon na nakakabit sa mga pangkat na hydroxyl (-OH), na maaaring magkakaiba sa laki at pagsasaayos.

Ang isang mahalagang pag-aari ng mga karbohidrat ay ang napakalaking pagkakaiba-iba ng istruktura sa loob ng uring ito ng mga molekula, na nagpapahintulot sa kanila na magsagawa ng isang malawak na hanay ng mga pag-andar tulad ng pagbuo ng mga molekula ng cell signaling, bumubuo ng mga tisyu, at bumubuo ng pagkakakilanlan ng iba't ibang mga pangkat ng dugo sa mga tao.

Gayundin, ang extracellular matrix sa mas mataas na eukaryotes ay mayaman sa mga lihim na karbohidrat, mahalaga para sa kaligtasan ng cell at komunikasyon. Ang mga mekanismo ng pagkilala sa cell ay sinamantala ng iba't ibang mga pathogen upang mahawahan ang kanilang mga host cell.

Ang mga monosaccharides ay maaaring maiugnay sa pamamagitan ng glycosidic bond upang mabuo ang isang malawak na iba't ibang mga karbohidrat: disaccharides, oligosaccharides, at polysaccharides. Ang pag-aaral ng istraktura at pag-andar ng mga karbohidrat sa mga biological system ay tinatawag na glycobiology.

Istraktura ng kemikal

Ang mga karbohidrat ay binubuo ng mga carbon, hydrogen, at oxygen atoms. Karamihan sa mga ito ay maaaring kinakatawan ng empirical formula (CH2O) n, kung saan n ang bilang ng mga karbohidrat sa molekula. Sa madaling salita, ang ratio ng carbon, hydrogen, at oxygen ay 1: 2: 1 sa mga molecule ng karbohidrat.

Ipinapaliwanag ng pormula na ito ang pinagmulan ng salitang "karbohidrat" dahil ang mga sangkap ay mga carbon atoms ("carbo") at atoms ng tubig (samakatuwid, "hydrate"). Bagaman ang mga karbohidrat ay pangunahing binubuo ng mga tatlong atom, mayroong ilang mga karbohidrat na may nitrogen, posporus o asupre.

Sa kanilang pangunahing anyo, ang mga karbohidrat ay mga simpleng asukal o monosaccharides. Ang mga simpleng sugars na ito ay maaaring pagsamahin sa bawat isa upang makabuo ng mas kumplikadong mga karbohidrat.

Ang kumbinasyon ng dalawang simpleng asukal ay isang disaccharide. Ang mga oligosaccharides ay naglalaman ng dalawa hanggang sampung simpleng sugars, at ang polysaccharides ang pinakamalaking karbohidrat, na binubuo ng higit sa sampung monosaccharide unit.

Ang istraktura ng mga karbohidrat ay tumutukoy kung paano ang enerhiya ay nakaimbak sa kanilang mga bono sa panahon ng kanilang pagbuo sa pamamagitan ng fotosintesis, at din kung paano nasira ang mga bono na ito sa paghinga ng cellular.

Pag-uuri

Monosaccharides

Ang Monosaccharides ay ang mga elemental na yunit ng mga karbohidrat, na ang dahilan kung bakit sila ang pinakasimpleng istraktura ng isang saccharide. Pisikal, monosaccharides ay walang kulay na mala-kristal na solids. Karamihan ay may matamis na lasa.

Mula sa isang punto ng kemikal, ang mga monosaccharides ay maaaring maging aldehydes o ketones, depende sa kung saan matatagpuan ang pangkat na carbonyl (C = O) sa mga gulong na karbohidrat. Sa istruktura, ang mga monosaccharides ay maaaring makabuo ng mga tuwid na kadena o sarado na mga singsing.

Dahil ang mga monosaccharides ay nagtataglay ng mga pangkat na hydroxyl, ang karamihan ay natutunaw sa tubig at hindi matutunaw sa mga di-polar na solvent.

Nakasalalay sa bilang ng mga carbons sa istraktura nito, ang isang monosaccharide ay magkakaroon ng iba't ibang mga pangalan, halimbawa: magtagumpay (kung mayroon itong 3 C atoms), pentose (kung mayroon itong 5C) at iba pa.

Disaccharides

Ang mga disaccharides ay dobleng sugars na nabuo sa pamamagitan ng pagdadala ng dalawang monosaccharides nang magkasama sa isang proseso ng kemikal na tinatawag na synthesis ng dehydration, dahil ang isang molekula ng tubig ay nawala sa panahon ng reaksyon. Kilala rin ito bilang reaksyon ng paghalay.

Kaya, ang isang disaccharide ay anumang sangkap na binubuo ng dalawang molekula ng mga simpleng sugars (monosaccharides) na magkakaugnay sa pamamagitan ng isang glycosidic bond.

Ang mga acid ay may kakayahang masira ang mga bonong ito, dahil sa kadahilanang ito ang mga disaccharides ay maaaring matunaw sa tiyan.

Ang mga disaccharides sa pangkalahatan ay natutunaw at matamis ang tubig kapag pinalamanan. Ang tatlong pangunahing disaccharides ay sucrose, lactose at maltose: ang sucrose ay nagmula sa unyon ng glucose at fructose; Ang lactose ay nagmula sa unyon ng glucose at galactose; at maltose ay nagmula sa unyon ng dalawang molekulang glucose.

Oligosaccharides

Ang Oligosaccharides ay mga kumplikadong polimer na binubuo ng ilang mga simpleng yunit ng asukal, iyon ay, sa pagitan ng 3 hanggang 9 monosaccharides.

Ang reaksyon ay pareho na bumubuo ng mga disaccharides, ngunit nagmula rin ito mula sa pagkasira ng mas kumplikadong mga molekula ng asukal (polysaccharides).

Karamihan sa oligosaccharides ay matatagpuan sa mga halaman at kumikilos bilang natutunaw na hibla, na makakatulong upang maiwasan ang pagkadumi. Gayunpaman, ang karamihan sa mga tao ay walang mga enzymes upang matunaw ang mga ito, maliban sa maltotriose.

Para sa kadahilanang ito, ang mga oligosaccharides na hindi una nahukay sa maliit na bituka ay maaaring masira ng mga bakterya na karaniwang naninirahan sa malaking bituka sa pamamagitan ng isang proseso ng pagbuburo. Natutupad ng prebiotics ang pagpapaandar na ito, na nagsisilbing pagkain para sa kapaki-pakinabang na bakterya.

Polysaccharides

Ang Polysaccharides ay ang pinakamalaking saccharide polymers, ang mga ito ay binubuo ng higit sa 10 (hanggang sa libu-libong) mga yunit ng monosaccharide na nakaayos sa isang guhit o branched na paraan. Ang mga pagkakaiba-iba sa pag-aayos ng spatial ay kung ano ang nagbibigay sa mga sugars na ito ng kanilang maraming mga katangian.

Ang polysaccharides ay maaaring binubuo ng parehong monosaccharide o sa pamamagitan ng isang kumbinasyon ng iba't ibang mga monosaccharides. Kung nabuo sila sa pamamagitan ng pag-uulit ng mga yunit ng parehong asukal ay tinawag silang homopolysaccharides tulad ng glycogen at starch, na kung saan ang mga imbakan na karbohidrat ng mga hayop at halaman, ayon sa pagkakabanggit.

Kung ang polysaccharide ay binubuo ng mga yunit ng iba't ibang mga asukal, tinawag silang heteropolysaccharides. Karamihan sa mga naglalaman lamang ng dalawang magkakaibang mga yunit at karaniwang nauugnay sa mga protina (glycoproteins, tulad ng gamma globulin sa plasma ng dugo) o lipid (glycolipids, tulad ng gangliosides).

Mga Tampok

Ang apat na pangunahing pag-andar ng mga karbohidrat ay: nagbibigay ng enerhiya, pag-iimbak ng enerhiya, pagbuo ng macromolecules, at pinipigilan ang pagkasira ng mga protina at taba.

Ang mga karbohidrat ay nasira sa pamamagitan ng panunaw sa mga simpleng asukal. Ang mga ito ay hinihigop ng mga selula ng maliit na bituka at dinadala sa lahat ng mga cell ng katawan kung saan sila ay oxidized upang makakuha ng enerhiya sa anyo ng adenosine triphosphate (ATP).

Ang mga molekula ng asukal na hindi ginagamit sa paggawa ng enerhiya sa anumang oras, ay naka-imbak bilang bahagi ng mga polimer ng reserba tulad ng glycogen at starch.

Ang mga nukleotide, ang pangunahing yunit ng mga nucleic acid, ay mayroong mga molekula ng glucose sa kanilang istraktura. Ang ilang mga mahahalagang protina ay nauugnay sa mga molekula ng karbohidrat, halimbawa: follicle stimulating hormone (FSH), na kung saan ay kasangkot sa proseso ng obulasyon.

Sapagkat ang mga karbohidrat ay ang pangunahing mapagkukunan ng enerhiya, ang kanilang mabilis na marawal na kalagayan ay pinipigilan ang iba pang mga biomolecules na hindi masiraan ng loob para sa enerhiya. Kaya, kapag ang mga antas ng asukal ay normal, ang mga protina at lipid ay protektado mula sa marawal na kalagayan.

Ang ilang mga karbohidrat ay natutunaw sa tubig, gumagana sila bilang isang pagkain na sangkap sa halos lahat, at ang oksihenasyon ng mga molekula na ito ay ang pangunahing ruta ng paggawa ng enerhiya sa karamihan ng mga di-photosynthetic cells.

Hindi matutunaw na mga karbohidrat na nauugnay upang mabuo ang mas kumplikadong mga istruktura na nagsisilbing proteksyon. Halimbawa: ang cellulose ay bumubuo sa dingding ng mga cell cells kasama ang hemicelluloses at pectin. Binubuo ng Chitin ang cell wall ng fungi at ang exoskeleton ng arthropod.

Gayundin, peptidoglycan ang bumubuo ng cell pader ng bakterya at cyanobacteria. Ang mga nag-uugnay na tisyu ng hayop at mga kalansay na kasukasuan ay binubuo ng polysaccharides.

Maraming mga karbohidrat ay covalently na nakatali sa mga protina o lipid na bumubuo ng mas kumplikadong mga istruktura, na kolektibong tinatawag na glycoconjugates. Ang mga kumplikadong ito ay kumikilos bilang mga tag na tumutukoy sa intracellular na lokasyon o metabolic kapalaran ng mga molekula na ito.

Mga pagkaing naglalaman ng carbohydrates

Ang mga karbohidrat ay isang mahalagang sangkap ng isang malusog na diyeta, dahil ang mga ito ang pangunahing mapagkukunan ng enerhiya. Gayunpaman, ang ilang mga pagkain ay may mas malusog na karbohidrat na nag-aalok ng isang mas mataas na halaga ng mga nutrisyon, halimbawa:

Mga Starches

Ang mga pagkaing starchy ay pangunahing pinagkukunan ng mga karbohidrat. Ang mga starches na ito ay karaniwang kumplikadong mga karbohidrat, iyon ay, binubuo sila ng maraming mga sugars na magkasama upang mabuo ang isang mahabang molekulang kadena. Para sa kadahilanang ito, ang mga starches ay mas matagal upang matunaw.

Mayroong isang malawak na hanay ng mga pagkain na naglalaman ng mga starches. Ang mga butil ay nagsasama ng mga pagkain na mataas sa almirol, halimbawa: beans, lentil, at bigas. Ang mga butil ay naglalaman din ng mga karbohidrat na ito, halimbawa: oats, barley, trigo at kanilang mga derivatives (flours at pasta).

Ang mga legume at nuts ay naglalaman din ng mga karbohidrat sa anyo ng mga bituin. Bilang karagdagan, ang mga gulay tulad ng: patatas, kamote, mais, at kalabasa ay mayaman din sa nilalaman ng starch.

Mahalaga, maraming mga karbohidrat ay isang mapagkukunan ng hibla. Sa madaling salita, ang hibla ay karaniwang isang uri ng karbohidrat na ang katawan ay maaaring bahagyang digest.

Katulad sa mga kumplikadong karbohidrat, ang mga hibla ng karbohidrat ay may posibilidad na hinuhukay nang dahan-dahan.

Prutas at gulay

Ang mga prutas at gulay ay mataas sa karbohidrat. Kabaligtaran sa mga starches, ang mga prutas at gulay ay naglalaman ng mga simpleng karbohidrat, iyon ay, mga karbohidrat na may isa o dalawang saccharides na nakakabit sa bawat isa.

Ang mga karbohidrat na ito, na pagiging simple sa kanilang molekular na istraktura, ay hinuhukay nang mas madali at mabilis kaysa sa mga kumplikadong. Nagbibigay ito ng isang ideya ng iba't ibang mga antas at uri ng mga karbohidrat sa mga pagkain.

Kaya, ang ilang mga prutas ay may higit na karbohidrat na nilalaman sa bawat paghahatid, halimbawa: saging, mansanas, dalandan, melon at ubas ay may maraming mga karbohidrat kaysa sa ilang mga gulay tulad ng spinach, broccoli at kale, karot, kabute at aubergines.

Gatas

Katulad sa mga gulay at prutas, ang pagawaan ng gatas ay mga pagkaing naglalaman ng simpleng karbohidrat. Ang gatas ay may sariling asukal na tinatawag na lactose, isang matamis na disaccharide. Ang isang tasa nito ay katumbas ng halos 12 gramo ng carbohydrates.

Maraming mga bersyon ng gatas at yogurt sa merkado. Hindi alintana kung kumonsumo ka ng isang buo o nabawasan na taba na bersyon ng isang partikular na pagawaan ng gatas, ang halaga ng mga karbohidrat ay magiging pareho.

Ang matatamis

Ang mga sweets ay isa pang kilalang mapagkukunan ng karbohidrat. Kasama dito ang asukal, pulot, kendi, artipisyal na inumin, cookies, sorbetes, bukod sa maraming iba pang mga dessert. Ang lahat ng mga produktong ito ay naglalaman ng mataas na konsentrasyon ng mga sugars.

Sa kabilang banda, ang ilang mga naproseso at pino na pagkain ay naglalaman ng mga kumplikadong karbohidrat, halimbawa: tinapay, bigas at puting pasta. Mahalagang tandaan na ang pino na mga karbohidrat ay hindi nakapagpapalusog tulad ng mga karbohidrat na natagpuan sa mga prutas at gulay.

Ang metabolismo ng karbohidrat

Ang metabolismo ng karbohidrat ay ang hanay ng mga metabolic reaksyon na nagsasangkot sa pagbuo, pagkasira at pag-convert ng mga karbohidrat sa mga cell.

Ang metabolismo ng karbohidrat ay lubos na inalagaan at maaaring sundin kahit mula sa bakterya, ang pangunahing halimbawa ay ang Lac Operon ng E. coli.

Mahalaga ang mga karbohidrat sa maraming metabolic pathway kasama ang potosintesis, ang pinakamahalagang reaksyon ng pagbuo ng karbohidrat.

Mula sa carbon dioxide at tubig, ang mga halaman ay gumagamit ng enerhiya mula sa araw upang synthesize ang mga molecule ng karbohidrat.

Para sa kanilang bahagi, ang mga selula ng hayop at fungal ay nagbabawas ng mga karbohidrat, natupok sa mga tisyu ng halaman, upang makakuha ng enerhiya sa anyo ng ATP sa pamamagitan ng isang proseso na tinatawag na cellular respiratory.

Sa mga vertebrates, ang glucose ay dinadala sa buong katawan sa pamamagitan ng dugo. Kung ang mga tindahan ng enerhiya ng cellular ay mababa, ang glucose ay nasira sa pamamagitan ng isang metabolic reaksyon na tinatawag na glycolysis upang makagawa ng kaunting enerhiya at ilang mga metabolic na tagapamagitan.

Ang mga molekula ng glucose na hindi kinakailangan para sa agarang paggawa ng enerhiya ay nakaimbak bilang glycogen sa atay at kalamnan, sa pamamagitan ng isang proseso na tinatawag na glycogenesis.

Ang ilang mga simpleng karbohidrat ay may sariling mga daanan ng marawal na kalagayan, tulad ng ilan sa mga mas kumplikadong mga karbohidrat. Halimbawa, ang Lactose, ay nangangailangan ng pagkilos ng enzyme lactase, na pinupuksa ang mga bono nito at pinalalabas ang pangunahing monosaccharides, glucose at galactose.

Ang Glucose ay ang pangunahing karbohidrat na natupok ng mga cell, ito ay bumubuo ng humigit-kumulang na 80% ng mga mapagkukunan ng enerhiya.

Ang glucose ay ipinamamahagi sa mga cell, kung saan maaari itong magpasok sa pamamagitan ng mga tukoy na transporter na masiraan ng loob o maiimbak bilang glycogen.

Nakasalalay sa mga kinakailangan ng metabolic ng isang cell, ang glucose ay maaari ding magamit upang synthesize ang iba pang mga monosaccharides, fatty acid, nucleic acid, at ilang mga amino acid.

Ang pangunahing pag-andar ng metabolismo ng karbohidrat ay upang mapanatili ang kontrol ng mga antas ng asukal sa dugo, ito ang kilala bilang panloob na homeostasis.

Mga Sanggunian

1. Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., Morgan, D., Raff, M., Roberts, K. & Walter, P. (2014). Molekular na Biology ng Cell (Ika-6 na ed.). Garland Science.
2. Berg, J., Tymoczko, J., Gatto, G. & Strayer, L. (2015). Biochemistry (ika-8 ed.). WH Freeman at Company.
3. Campbell, N. & Reece, J. (2005). Biology (Ika-2 ed.) Edukasyon sa Pearson.
4. Dashty, M. (2013). Isang mabilis na pagtingin sa biochemistry: Karbohidrat metabolismo. Biochemistry ng Klinikal, 46 (15), 1339-1352.
5. Lodish, H., Berk, A., Kaiser, C., Krieger, M., Bretscher, A., Ploegh, H., Amon, A. & Martin, K. (2016). Molekular na Cell Biology (ika-8 ed.). WH Freeman at Company.
6. Maughan, R. (2009). Ang metabolismo ng karbohidrat. Surgery, 27 (1), 6–10.
7. Nelson, D., Cox, M. & Lehninger, A. (2013). Mga Prinsipyo ng Lehninger ng Biochemistry ( ^ika- 6 ). WH Freeman at Company.
8. Solomon, E., Berg, L. & Martin, D. (2004). Biology (ika-7 ed.) Cengage Learning.
9. Voet, D., Voet, J. & Pratt, C. (2016). Mga Batayan ng Biochemistry: Buhay sa Molecular Level (5th ed.). Wiley.