اقسام الكربوهيدرات وخصائصها
الكربوهيدرات هي مجموعة من مركبات الكربونيل التي تحدث بشكل طبيعي (الألدهيدات أو الكيتونات) والتي تحتوي أيضًا على عدة مجموعات هيدروكسيل ، وقد تشمل أيضًا مشتقاتها التي تنتج مثل هذه المركبات عند التحلل المائي ، تسمى الكربوهيدرات التي تذوب في الماء وحلوة المذاق باسم “السكريات” ، الكربوهيدرات عبارة عن جزيئات ضخمة أساسية يتم تصنيفها إلى ثلاثة أنواع فرعية: السكريات الأحادية والسكريات والسكريات المتعددة.
السكريات الأحادية
السكريات الأحادية عبارة عن سكريات بسيطة تتكون من ثلاثة إلى سبعة ذرات كربون ، ويمكن أن توجد كسلسلة خطية أو كجزيئات على شكل حلقة ، الجلوكوز والجلاكتوز والفركتوز عبارة عن أيزومرات أحادية السكاريد ، مما يعني أنها جميعها لها نفس الصيغة الكيميائية ولكنها تختلف هيكليًا وكيميائيًا ، ومن أبرز خصائصها :
- أبسط مجموعة من الكربوهيدرات وغالبًا ما تسمى السكريات البسيطة حيث لا يمكن تحللها بشكل أكبر ، وأكثرها شيوعًا هو الجلوكوز.
- مادة صلبة بلورية عديمة اللون قابلة للذوبان في الماء وغير قابلة للذوبان في مذيب غير قطبي.
- هذه هي المركبات التي تمتلك مجموعة الألدهيد أو الكيتون الحرة.
- الصيغة العامة هي Cn (H2O) ولا CnH2nOn.
- يتم تصنيفها وفقًا لعدد ذرات الكربون التي تحتويها وأيضًا على أساس المجموعة الوظيفية الموجودة ، اعتمادًا على عدد الكربونات الموجودة في السكر ، يمكن أن تُعرف أيضًا باسم ثلاثيات (ثلاثة ذرات كربون) ، وخماسي (خمسة ذرات كربون) ، أو سداسي (ستة ذرات كربون) ،وما إلى ذلك ، وأيضًا كجرعات أو كيتوز اعتمادًا على ما إذا كانت تحتوي على مجموعة ألدهيد أو كيتون.
- أمثلة: الجلوكوز ، الفركتوز ، الإريثرولوز ، الريبولوز .
- الجلوكوز والجلاكتوز والفركتوز عبارة عن أيزومرات أحادية السكاريد ، مما يعني أنها جميعها لها نفس الصيغة الكيميائية ولكنها تختلف هيكليًا وكيميائيًا .
- الصيغة الكيميائية للجلوكوز هي C6H12O6 ، يعتبر الجلوكوز مصدرًا مهمًا للطاقة عند البشر.
السكريات الثنائية
تشكل السكريات الثنائية عندما يخضع اثنان من السكريات الأحادية لتفاعل الجفاف (تفاعل تكثيف) ؛ يتم تجميعهم معًا بواسطة رابطة تساهمية ،خلال هذه العملية ، تتحد مجموعة الهيدروكسيل الخاصة بأحد السكريات الأحادية مع هيدروجين أحادي السكاريد ، مما يؤدي إلى إطلاق جزيء من الماء وتشكيل رابطة تساهمية ، تُعرف الرابطة التساهمية المكونة بين جزيء الكربوهيدرات وجزيء آخر ، السكاريد الأكثر شيوعًا ، والذي يتكون من مونومرات الجلوكوز والفركتوز ، ومن أهم خصائصها:
- السكريات قليلة السكاريد هي سكريات مركبة تنتج 2 إلى 10 جزيئات من السكريات الأحادية نفسها أو مختلفة عند التحلل المائي.
- يتم ربط وحدات السكاريد الأحادي بوصلة جليكوسيدية.
- بناءً على عدد وحدات السكاريد الأحادي ، يتم تصنيفها أيضًا على أنها ثنائي السكاريد ، وثلاثي السكاريد ، ورباعي السكاريد ، إلخ.
- تُعرف السكريات القليلة التي تنتج جزيئين من السكريات الأحادية على التحلل المائي باسم السكاريد ، وتعرف تلك التي تنتج 3 أو 4 السكريات الأحادية باسم السكريات الثلاثية والسكريات الرباعية على التوالي وما إلى ذلك.
- الصيغة العامة للسكريات هي Cn (H2O) n-1 وصيغة trisaccharides هي Cn (H2O) n-2 وهكذا.
- أمثلة: السكاريد المشترك اللاكتوز والمالتوز والسكروز ، اللاكتوز هو ثنائي السكاريد يتكون من مونومرات الجلوكوز والجلاكتوز ، يوجد بشكل طبيعي في الحليب ، المالتوز ، أو سكر الشعير ، عبارة عن ثنائي السكاريد يتكون من تفاعل الجفاف بين جزيئين من الجلوكوز.
السكريات المتعددة
تُعرف سلسلة طويلة من السكريات الأحادية المرتبطة بروابط جليكوسيدية باسم عديد السكاريد ، قد تكون السلسلة متفرعة أو غير متفرعة ، وقد تحتوي على أنواع مختلفة من السكريات الأحادية ، قد يكون الوزن الجزيئي 100000 دالتون أو أكثر اعتمادًا على عدد المونومرات المرتبطة ، ومن أهم خصائصها :
- تحتوي السكريات المتعددة على أكثر من 10 وحدات أحادية السكاريد ويمكن أن تكون مئات من وحدات السكر في الطول.
- أنها تنتج أكثر من 10 جزيئات من السكريات الأحادية في التحلل المائي.
- تختلف السكريات المتعددة عن بعضها البعض في هوية وحدات السكريات الأحادية المتكررة ، وطول سلاسلها ، وأنواع وحدات ربط الرابطة ودرجة التفرع.
- تهتم في المقام الأول بوظيفتين مهمتين هم الوظائف الهيكلية وتخزين الطاقة.
- يتم إعادة تصنيفها أيضًا اعتمادًا على نوع الجزيئات المنتجة نتيجة التحلل المائي.
- قد تكون عديدات السكاريد المتجانسة ، وتحتوي على السكريات الأحادية من نفس النوع أو السكريات غير المتجانسة ، أي السكريات الأحادية من أنواع مختلفة.
- ومن الأمثلة على عديدات السكاريد المتجانسة النشا والجليكوجين والسليلوز والبكتين.
- عديدات السكاريد المتجانسة هي حمض الهيالورونيك ، كوندرويتين .
تعريف الكربوهيدرات كيمياء
أهمية الكيمياء في حياتنا اليومية ، أن كل ما تفعله هو الكيمياء حتى أجسامنا مصنوعة من مواد كيميائية. تحدث التفاعلات الكيميائية عندما نتنفس أو نأكل أو نجلس هناك للقراءة ، كل المواد مصنوعة من مواد كيميائية ، لذا فإن أهمية الكيمياء هي أنها دراسة كل شيء .
يمكن تمثيل الكربوهيدرات بالصيغة المتكافئة (CH2O n ) ، حيث n هو عدد الكربون في الجزيء ، بمعنى آخر ، نسبة الكربون إلى الهيدروجين إلى الأكسجين هي 1: 2: 1 في جزيئات الكربوهيدرات ، تشرح هذه الصيغة أيضًا أصل مصطلح “الكربوهيدرات”: المكونات هي الكربون (“Carbo”) ومكونات الماء (ومن ثم “hydrate”) ، يمكن تمثيل الكربوهيدرات هيكليًا في أي من الأشكال الثلاثة:
- هيكل سلسلة مفتوحة.
- هيكل Hemi-acetal.
- هيكل هاوورث.
- هيكل السلسلة المفتوحة – هو شكل السلسلة الطويلة المستقيمة من الكربوهيدرات.
- هيكل Hemi-acetal – هنا يتكثف الكربون الأول من الجلوكوز مع مجموعة -OH من الكربون الخامس لتشكيل بنية حلقة.
خصائص الكربوهيدرات
تشمل الكربوهيدرات البسيطة السكريات المفردة (السكريات الأحادية) والبوليمرات والسكريات قليلة السكاريد والسكريات المتعددة. أبسط مجموعة من الكربوهيدرات وغالبًا ما تسمى السكريات البسيطة حيث لا يمكن تحللها بشكل أكبر. مادة صلبة بلورية عديمة اللون قابلة للذوبان في الماء وغير قابلة للذوبان في مذيب غير قطبي.
الخصائص الفيزيائية للكربوهيدرات
- الأيزومرية المجسمة – الحلاقة المركبة بنفس الصيغة الهيكلية لكنها تختلف في التكوين المكاني. مثال: يحتوي الجلوكوز على اثنين من أيزومرين فيما يتعلق بذرة الكربون قبل الأخيرة. هم D- الجلوكوز و L- الجلوكوز.
- النشاط البصري – هو دوران الضوء المستقطب المستوي (+) الجلوكوز و (-) الجلوكوز.
- أيزومرات Diastereo – هي التغييرات التكوينية فيما يتعلق بـ C2 أو C3 أو C4 في الجلوكوز. مثال: المانوز ، الجالاكتوز.
- Annomerism – هو التكوين المكاني بالنسبة لذرة الكربون الأولى في الألدوز وذرة الكربون الثانية في الكيتوز
الخواص الكيميائية للكربوهيدرات
الكربوهيدرات (وتسمى أيضًا السكريات) هي مركبات جزيئية تتكون من ثلاثة عناصر فقط: الكربون والهيدروجين والأكسجين. السكريات الأحادية (مثل الجلوكوز) والسكريات (مثل السكروز) هي جزيئات صغيرة نسبيًا غالبا ما يطلق عليهم السكريات :
- تكوين أوسازون: أوسازون عبارة عن مشتقات كربوهيدراتية عندما تتفاعل السكريات مع زيادة فينيل هيدرازين ، على سبيل المثال جلوكوزازون .
- اختبار بنديكت: تقليل السكريات عند تسخينها في وجود قلوي يتم تحويله إلى أنواع مختزلة قوية تعرف باسم enediols ، عندما يتم تسخين محلول كاشف بنديكت والسكريات المختزلة معًا ، يغير المحلول لونه إلى أحمر برتقالي / أحمر قرميد.
- الأكسدة: تعمل السكريات الأحادية على تقليل السكريات إذا تأكسد مجموعات الكربونيل الخاصة بها لإعطاء الأحماض الكربوكسيلية. في اختبار بنديكت ، يتأكسد D-glucose إلى حمض D-gluconic وبالتالي ، يعتبر الجلوكوز سكرًا مختزلًا.
- التقليل من الكحوليات: يمكن اختزال مجموعات C = O في أشكال الكربوهيدرات ذات السلسلة المفتوحة إلى كحول بواسطة بوروهيدريد الصوديوم ، NaBH4 ، أو الهدرجة الحفزية (H2 ، Ni ، EtOH / H2O) ، تُعرف المنتجات باسم “الألديتول”.
خصائص السكريات الأحادية
- معظم السكريات الأحادية لها طعم حلو (الفركتوز أحلى ، 73٪ أحلى من السكروز).
- إنها مواد صلبة في درجة حرارة الغرفة.
- إنها قابلة للذوبان للغاية في الماء: – على الرغم من أوزانها الجزيئية العالية ، فإن وجود أعداد كبيرة من مجموعات OH تجعل السكريات الأحادية أكثر قابلية للذوبان في الماء من معظم الجزيئات المماثلة لها ميغاواط.
- يمكن أن يذوب الجلوكوز بكميات دقيقة من الماء لصنع شراب (1 جم / 1 مل ماء).
أهمية الكربوهيدرات
الجزيئات البيولوجية هي جزيئات كبيرة ضرورية للحياة وهي مبنية من جزيئات عضوية أصغر فئة واحدة رئيسية من الجزيئات البيولوجية الكبيرة هي الكربوهيدرات ، والتي تنقسم كذلك إلى ثلاثة أنواع فرعية: السكريات الأحادية ، والسكريات ، والسكريات.
الكربوهيدرات هي في الواقع جزء أساسي من نظامنا الغذائي ، مثل الحبوب والفواكه والخضروات كلها مصادر طبيعية للكربوهيدرات ، الأهم من ذلك ، أن الكربوهيدرات توفر الطاقة للجسم ، وخاصة من خلال الجلوكوز ، وهو سكر بسيط هو أحد مكونات النشا ومكون في العديد من الأطعمة الأساسية ، كمصدر فوري للطاقة ، يتم تكسير الجلوكوز أثناء عملية التنفس الخلوي ، مما ينتج ATP ، عملة الطاقة في الخلية.
نظرًا لأن الكربوهيدرات جزء مهم من تغذية الإنسان ، فإن التخلص منها من النظام الغذائي ليس أفضل طريقة لفقدان الوزن ، تحتوي الكربوهيدرات على عناصر قابلة للذوبان وغير قابلة للذوبان ، يُعرف الجزء غير القابل للذوبان بالألياف ، والذي يعزز حركة الأمعاء المنتظمة ، وينظم معدل استهلاك الجلوكوز في الدم ، ويساعد أيضًا على إزالة الكوليسترول الزائد من الجسم.
وظائف الكربوهيدرات
تتمثل الوظائف الأربعة الأساسية للكربوهيدرات في الجسم في توفير الطاقة وتخزين الطاقة وبناء الجزيئات الكبيرة والبروتينات والدهون الاحتياطية لاستخدامات أخرى ، يتم تخزين طاقة الجلوكوز في صورة جليكوجين ، حيث يتم تخزين معظمها في العضلات والكبد ، تشمل بعض وظائفهم الرئيسية ما يلي:
- الكربوهيدرات جزيئات موزعة على نطاق واسع في الأنسجة النباتية والحيوانية في النباتات ومفصليات الأرجل ، الكربوهيدرات من الهياكل الهيكلية ، تعمل أيضًا كاحتياطي غذائي في النباتات والحيوانات ، فهي مصدر مهم للطاقة اللازمة لمختلف الأنشطة الأيضية ، والطاقة مشتقة من الأكسدة.
- تستخدم الكائنات الحية الكربوهيدرات كطاقة يمكن الوصول إليها لتغذية التفاعلات الخلوية ،إنها المصدر الغذائي الأكثر وفرة للطاقة لجميع الكائنات الحية.
- تعمل كمخازن للطاقة والوقود والوسائط الأيضية ،يتم تخزينه كجليكوجين في الحيوانات والنشا في النباتات.
- تعمل الكربوهيدرات المخزنة كمصدر للطاقة بدلاً من البروتينات.
- أنها تشكل مكونات هيكلية ووقائية ، كما هو الحال في جدار الخلية من النباتات والكائنات الحية الدقيقة ، العناصر الهيكلية في جدران الخلايا للبكتيريا (الببتيدوغليكان أو مورين) والنباتات (السليلوز) والحيوانات (الكيتين).
- الكربوهيدرات هي وسيط في التخليق الحيوي للدهون والبروتينات.
- تساعد الكربوهيدرات في تنظيم الأنسجة العصبية وهي مصدر طاقة الدماغ.
- ترتبط الكربوهيدرات بالدهون والبروتينات لتكوين المستضدات السطحية وجزيئات المستقبلات والفيتامينات والمضادات الحيوية.
- تشكيل الإطار الهيكلي للحمض النووي الريبي والحمض النووي .
- ترتبط بالعديد من البروتينات والدهون ،هذه الكربوهيدرات المرتبطة مهمة في التواصل بين الخلايا وفي التفاعلات بين الخلايا والعناصر الأخرى في البيئة الخلوية.
- في الحيوانات ، هم مكون مهم للأنسجة الضامة.
- تساعد الكربوهيدرات الغنية بالألياف على منع الإمساك.
- كما أنها تساعد في تعديل جهاز المناعة .
