Szénhidrátbiológia nem majorság számára I

Jók a szénhidrátok? A fogyni vágyóknak gyakran mondják, hogy a szénhidrátok károsak rájuk, és kerülni kell őket. Egyes diéták teljesen tiltják a szénhidrátfogyasztást, azt állítva, hogy az alacsony szénhidráttartalmú étrend segít az embereknek a gyorsabb fogyásban. A szénhidrátok azonban évezredek óta fontos részét képezik az emberi étrendnek; az ősi civilizációk leletei mutatják a búza, a rizs és a kukorica jelenlétét őseink raktározási területein.

A kiegyensúlyozott étrend részeként a szénhidrátokat fehérjékkel, vitaminokkal és zsírokkal kell kiegészíteni. Kalória szerint egy gramm szénhidrát 4,3 Kcal-t ad. Összehasonlításképpen, a zsírok 9 Kcal/g-ot adnak, ami kevésbé kívánatos arány. A szénhidrátok oldható és oldhatatlan elemeket tartalmaznak; az oldhatatlan rész rostként ismert, amely többnyire cellulóz. A rostnak sok felhasználása van; tömeges hozzáadásával elősegíti a rendszeres bélmozgást, és szabályozza a vércukorszint fogyasztásának mértékét. A rost segít a felesleges koleszterin eltávolításában is a szervezetből. Ezenkívül a teljes kiőrlésű gabonákat és zöldségeket tartalmazó étkezés teltségérzetet ad. Azonnali energiaforrásként a glükóz lebontódik a sejtlégzés folyamata során, amely ATP-t, a sejt energia pénznemét állítja elő. Szénhidrátfogyasztás nélkül csökkenne az „azonnali energia” elérhetősége.

A szénhidrátok étrendből való kizárása nem a fogyás legjobb módja. Az alacsony kalóriatartalmú étrend, amely gazdag teljes kiőrlésű gabonákban, gyümölcsökben, zöldségekben és sovány húsban, rengeteg testmozgással és sok vízzel együtt, ésszerűbb módja a fogyásnak.

Tanulási eredmények

Megkülönböztetni a monoszacharidokat, diszacharidokat és poliszacharidokat
Határozza meg a szénhidrátok több fő funkcióját

A legtöbb ember ismeri a szénhidrátokat, a makromolekulák egyik fajtáját, különösen, ha arról van szó, hogy mit eszünk. A fogyás érdekében egyesek betartják az alacsony szénhidráttartalmú étrendet. A sportolók ezzel ellentétben gyakran „szénhidrátterhelést” jelentenek a fontos versenyek előtt, hogy elegendő energiával rendelkezzenek a magas szintű versenyzéshez. A szénhidrátok valójában étrendünk nélkülözhetetlen részei; a gabonafélék, gyümölcsök és zöldségek mind természetes szénhidrátforrások. A szénhidrátok energiát szolgáltatnak a szervezet számára, különösen a glükóz révén, amely egy egyszerű cukor, amely a keményítő alkotóeleme, és számos alapvető élelmiszer összetevője. A szénhidrátoknak más fontos funkciójuk is van emberekben, állatokban és növényekben.

Molekuláris szerkezetek

Szénhidrátok a (CH2O) n képlettel ábrázolható, ahol n a molekulában lévő szénatomok száma. Más szavakkal, a szén/hidrogén és az oxigén aránya 1: 2: 1 a szénhidrátmolekulákban. Ez a képlet megmagyarázza a „szénhidrát” kifejezés eredetét is: az alkotórészek a szén („karbo”) és a víz összetevői (tehát a „hidrát”). A szénhidrátokat három altípusba sorolják: monoszacharidok, diszacharidok és poliszacharidok.

Monoszacharidok

Monoszacharidok (mono– = „egy”; sacchar– = „édes”) egyszerű cukrok, amelyek közül a leggyakoribb a glükóz. A monoszacharidokban a szénatomok száma általában három és hét között mozog. A legtöbb monoszacharid neve –ose képzővel végződik. Ha a cukornak van egy aldehidcsoportja (az R-CHO szerkezetű funkcionális csoport), akkor azt aldóznak nevezik, és ha van egy ketoncsoportja (az RC (= O) R 'szerkezetű funkcionális csoport), akkor ketóz néven ismert. A cukorban lévő szénatomok számától függően ezeket triózoknak (három szénatom), pentózoknak (öt szénatom) és vagy hexózoknak (hat szénatom) is ismerhetjük. A monoszacharidok szemléltetését lásd az 1. ábrán.

1. ábra A monoszacharidokat a karbonilcsoportjuk helyzete és a gerincben lévő szénatomok száma alapján osztályozzuk. Az aldózisok karbonilcsoportja (zöld színnel jelölve) a szénlánc végén, a ketózisoknál a karbonilcsoport található a szénlánc közepén. A triózoknak, a pentózisoknak és a hexózoknak három, öt és hat szénvázuk van.

A glükóz kémiai képlete C6H12O6. Emberben a glükóz fontos energiaforrás. Sejtes légzés során energia szabadul fel a glükózból, és ezt az energiát használják fel az adenozin-trifoszfát (ATP) előállításához. A növények szén-dioxid és víz felhasználásával szintetizálják a glükózt, és a glükózt viszont a növény energiaigényéhez használják. A felesleges glükózt gyakran keményítőként tárolják, amelyet emberek és más növényekkel táplálkozó állatok katabolizálnak (nagyobb molekulák lebontása sejtek által).

A galaktóz és a fruktóz más elterjedt monoszacharid - a galaktóz megtalálható a tejcukorban, a fruktóz pedig a gyümölcscukorban. Noha a glükóznak, a galaktóznak és a fruktóznak ugyanaz a kémiai képlete (C6H12O6), szerkezeti és kémiai szempontból különböznek (és izomerek néven ismertek), mivel az aszimmetrikus szén körül a funkcionális csoportok eltérő elrendeződéssel rendelkeznek; ezeknek a monoszacharidoknak egynél több aszimmetrikus szénatomja van.

A monoszacharidok lineáris láncként vagy gyűrű alakú molekulaként létezhetnek; vizes oldatokban általában gyűrűs formában találhatók.

Diszacharidok

Diszacharidok (di– = „kettő”) akkor képződik, amikor két monoszacharid dehidrációs reakción megy keresztül (más néven kondenzációs reakció vagy dehidrációs szintézis). Ennek során az egyik monoszacharid hidroxilcsoportja összekapcsolódik egy másik monoszacharid hidrogénnel, felszabadítva egy vízmolekulát és kovalens kötést képezve (2. ábra).

2. ábra A szacharóz két egyszerű cukor, az úgynevezett glükóz és a fruktóz kémiai reakciójából származik.

A gyakori diszacharidok közé tartozik a laktóz, maltóz és szacharóz. A laktóz egy diszacharid, amely a glükóz és a galaktóz monomerjeiből áll. Természetesen megtalálható a tejben. A maltóz vagy malátacukor diszacharid, amelyet két glükózmolekula közötti dehidrációs reakció képez. A leggyakoribb diszacharid a szacharóz vagy asztali cukor, amely a glükóz és a fruktóz monomerekből áll.

Poliszacharidok

A kovalens kötésekkel összekapcsolt monoszacharidok hosszú láncát poliszacharidnak (poly– = „sok”) nevezik. A lánc lehet elágazó vagy elágazó, és különböző típusú monoszacharidokat tartalmazhat. A poliszacharidok nagyon nagy molekulák lehetnek. A keményítő, a glikogén, a cellulóz és a kitin példák a poliszacharidokra.

A keményítő a cukrok növényekben tárolt formája, amilózból és amilopektinből (a glükóz mindkét polimerje) áll. A növények képesek szintetizálni a glükózt, és a felesleges glükózt keményítőként tárolják a különböző növényi részekben, beleértve a gyökereket és a magokat is. Az állatok által elfogyasztott keményítőt kisebb molekulákra bontják, például glükózra. A sejtek ezután képesek felszívni a glükózt.

3. ábra: Az amilóz és az amilopektin a keményítő két különböző formája. A glikogén a glükóz tárolási formája emberben és más gerincesekben, és glükóz monomerekből áll.

A glikogén a glükóz tárolási formája emberben és más gerincesekben, és glükóz monomerekből áll. A glikogén a keményítő állati megfelelője, és erősen elágazó molekula, amelyet általában a májban és az izomsejtekben tárolnak. Amikor a glükózszint csökken, a glikogén lebomlik, hogy felszabadítsa a glükózt.

A cellulóz az egyik legelterjedtebb természetes biopolimer. A növények sejtfalai többnyire cellulózból készülnek, amely strukturális támogatást nyújt a sejt számára. A fa és a papír többnyire cellulóz jellegű. A cellulóz glükózmonomerekből áll, amelyeket a glükózmolekula egyes szénatomjai közötti kötések kötnek össze.

A cellulózban lévő minden más glükózmonomert meghosszabbított hosszú láncként szorosan átfordítják és szorosan csomagolják. Ez adja a cellulóz merevségét és nagy szakítószilárdságát - ami annyira fontos a növényi sejtek számára. Az emésztőrendszerünkön áthaladó cellulózt étkezési rostnak nevezzük. Míg a cellulóz glükóz-glükóz kötéseit az emberi emésztőenzimek nem tudják lebontani, a növényevők, például tehenek, bivalyok és lovak képesek megemészteni a cellulózban gazdag füvet, és táplálékként felhasználni. Ezekben az állatokban bizonyos baktériumfajok a bendőben tartózkodnak (a növényevők emésztőrendszerének része), és kiválasztják a celluláz enzimet. A függelék tartalmaz olyan baktériumokat is, amelyek lebontják a cellulózt, fontos szerepet kapva a kérődzők emésztőrendszerében. A cellulázok lebonthatják a cellulózt glükóz monomerekké, amelyeket az állat energiaforrásként felhasználhat.

4. ábra A cellulózban a glükóz monomerek elágazatlan láncokban kapcsolódnak β 1-4 glikozidos kötésekkel. A glükóz alegységek egyesülésének módja miatt minden glükóz monomer megfordul a következőhöz képest, ami lineáris, rostos szerkezetet eredményez.

5. ábra A rovarok kemény külső exoskeletonja kitin, egyfajta poliszacharid.

Amint a 4. ábrán látható, a cellulóz minden más glükózmonomerét átfordítjuk, és a monomereket meghosszabbított hosszú láncokként szorosan csomagoljuk. Ez biztosítja a cellulóz merevségét és nagy szakítószilárdságát - ami annyira fontos a növényi sejtek számára.

A szénhidrátok más funkciókat töltenek be a különböző állatoknál. Az ízeltlábúaknak, például rovaroknak, pókoknak és rákoknak van egy külső csontvázuk, az úgynevezett exoskeleton, amely megvédi belső testrészeiket. Ez az exoskeleton biológiai makromolekuláris kitinből készül, amely nitrogén szénhidrát. Ez nitrogén tartalmú módosított cukor ismétlődő egységeiből készül.

Bejegyzett dietetikus

6. ábra: Regisztrált dietetikus táplálkozási szakács (RDN) séf, Brenda Thompson az élelmiszer-szolgáltató munkatársaival együttműködve összeállítja a reggeli burrito receptjét a szakács által tervezett idahói iskolai ízléses teszt során. Az Egyesült Államok Mezőgazdasági Minisztériumának (USDA) csapatának táplálkozási támogatásának köszönhetően Brenda Thompson, az RDN séfje recepteket dolgozott ki a Chef által tervezett iskolai ebéd szakácskönyvhez.

Az elhízás az egész világon aggodalomra ad okot, és számos betegség, például a cukorbetegség és a szívbetegség, egyre gyakoribbá válik az elhízás miatt. Ez az egyik oka annak, hogy a regisztrált dietetikusok egyre inkább tanácsot kérnek. A regisztrált dietetikusok segítenek megtervezni az élelmiszer- és táplálkozási programokat a különféle körülmények között élő egyének számára. Gyakran dolgoznak betegekkel az egészségügyi intézményekben, és táplálkozási terveket dolgoznak ki a betegségek megelőzésére és kezelésére. Például a dietetikusok megtaníthatják a cukorbeteg pácienst arra, hogyan kezeljék a vércukorszintet a megfelelő típusú és mennyiségű szénhidrát fogyasztásával. A dietetikusok dolgozhatnak idősek otthonában, iskoláiban és magánrendelőiben is.

Ahhoz, hogy regisztrált dietetikus legyen, legalább alapképzésben kell részesülnie dietetikus, táplálkozási, élelmiszer-technológiai vagy ehhez kapcsolódó területen. Ezenkívül a regisztrált dietetikusoknak felügyelt szakmai programot kell teljesíteniük, és országos vizsgát kell tenniük. A dietetikus karriert folytatók táplálkozási, kémiai, biokémiai, biológiai, mikrobiológiai és emberi élettani tanfolyamokon vesznek részt. A dietetikusoknak szakértőkké kell válniuk az élelmiszer (fehérjék, szénhidrátok és zsírok) kémiájában és funkcióiban.

Összefoglalva: A szénhidrátok szerkezete és funkciója

A szénhidrátok a makromolekulák egy csoportja, amelyek létfontosságú energiaforrást jelentenek a sejt számára, és strukturális támogatást nyújtanak a növényi sejteknek, gombáknak és az összes ízeltlábúnak, amelyek magukban foglalják a homárt, a rákokat, a rákokat, a rovarokat és a pókokat. A szénhidrátokat a molekulában lévő monomerek számától függően monoszacharidok, diszacharidok és poliszacharidok kategóriájába sorolják. A monoszacharidokat glikozidkötések kötik össze, amelyek a dehidrációs reakciók eredményeként jönnek létre, diszacharidokat és poliszacharidokat képezve, minden egyes kötésnél egy vízmolekula eltávolításával. A glükóz, galaktóz és fruktóz gyakori monoszacharidok, míg a szokásos diszacharidok közé tartozik a laktóz, a maltóz és a szacharóz. A keményítő és a glikogén, például a poliszacharidok, a növényekben és állatokban a glükóz tárolási formái. A hosszú poliszacharidláncok elágazók vagy elágazók lehetnek. A cellulóz egy el nem ágazó poliszacharid példája, míg a keményítő alkotóeleme az amilopektin erősen elágazó molekula. A glükóz olyan polimerek formájában történő tárolása, mint a glikogén keményítő, kissé kevésbé hozzáférhetővé teszi az anyagcserét; ez azonban megakadályozza, hogy a sejtből kiszivárogjon, vagy magas ozmotikus nyomást hozzon létre, amely a sejt túlzott vízfelvételét okozhatja.

Ellenőrizze megértését

Válaszoljon az alábbi kérdésekre, hogy lássa, mennyire érti jól az előző szakaszban tárgyalt témákat. Ez a rövid vetélkedő igen nem számít bele az osztályzat osztályzatába, és korlátlan számú alkalommal felveheti.

Ezzel a kvízzel ellenőrizheti megértését, és eldöntheti, hogy (1) tovább tanulmányozza-e az előző szakaszt, vagy (2) továbblép a következő szakaszra.