Η χημεία των υδατανθράκων

Οι υδατάνθρακες ή οι σακχαρίτες είναι η πιο άφθονη κατηγορία βιομόρια. Οι υδατάνθρακες χρησιμοποιούνται για την αποθήκευση ενέργειας, αν και εξυπηρετούν και άλλες σημαντικές λειτουργίες. Αυτή είναι μια επισκόπηση της χημείας των υδατανθράκων, συμπεριλαμβανομένης μιας ματιά στους τύπους υδατανθράκων, τις λειτουργίες τους και την ταξινόμηση των υδατανθράκων.

Όλοι οι υδατάνθρακες περιέχουν τα ίδια τρία στοιχεία, είτε οι υδατάνθρακες είναι απλά σάκχαρα, άμυλα ή άλλα πολυμερή. Αυτά τα στοιχεία είναι:

• Ανθρακας (ΝΤΟ)
• Υδρογόνο (Η)
• Οξυγόνο (Ο)

Διαφορετικοί υδατάνθρακες σχηματίζονται με τον τρόπο που αυτά τα στοιχεία συνδέονται μεταξύ τους και τον αριθμό κάθε τύπου ατόμου. Συνήθως, η αναλογία ατόμων υδρογόνου προς άτομα οξυγόνου είναι 2: 1, η οποία είναι η ίδια με την αναλογία νερού.

Η λέξη «υδατάνθρακες» προέρχεται από την ελληνική λέξη Σαχάρων, που σημαίνει "ζάχαρη". Στη χημεία, οι υδατάνθρακες είναι μια κοινή κατηγορία απλές οργανικές ενώσεις. Ένας υδατάνθρακας είναι μια αλδεΰδη ή μια κετόνη που έχει επιπρόσθετες ομάδες υδροξυλίου. Οι απλούστεροι υδατάνθρακες ονομάζονται

Δύο μονοσακχαρίτες συνδέονται μεταξύ τους για να σχηματίσουν ένα δισακχαρίτης. Οι μονοσακχαρίτες και οι δισακχαρίτες καλούνται σάκχαρα και συνήθως έχουν ονόματα που τελειώνουν με το επίθημα -σε. Περισσότεροι από δύο μονοσακχαρίτες συνδέονται μεταξύ τους για να σχηματίσουν ολιγοσακχαρίτες και πολυσακχαρίτες.

Στην καθημερινή χρήση, η λέξη "υδατάνθρακες" αναφέρεται σε οποιαδήποτε τροφή που περιέχει υψηλά επίπεδα σακχάρων ή αμύλου. Σε αυτό το πλαίσιο, οι υδατάνθρακες περιλαμβάνουν επιτραπέζια ζάχαρη, ζελέ, ψωμί, δημητριακά και ζυμαρικά, παρόλο που αυτά τα τρόφιμα μπορεί να περιέχουν άλλες οργανικές ενώσεις. Για παράδειγμα, τα δημητριακά και τα ζυμαρικά περιέχουν επίσης κάποιο επίπεδο πρωτεΐνης.

Οι υδατάνθρακες εξυπηρετούν πολλές βιοχημικές λειτουργίες:

• Οι μονοσακχαρίτες χρησιμεύουν ως καύσιμο για τον κυτταρικό μεταβολισμό.
• Οι μονοσακχαρίτες χρησιμοποιούνται σε διάφορες αντιδράσεις βιοσύνθεσης.
• Οι μονοσακχαρίτες μπορούν να μετατραπούν σε πολυσακχαρίτες εξοικονόμησης χώρου, όπως γλυκογόνο και άμυλο. Αυτά τα μόρια παρέχουν αποθηκευμένη ενέργεια για φυτικά και ζωικά κύτταρα.
• Οι υδατάνθρακες χρησιμοποιούνται για το σχηματισμό δομικών στοιχείων, όπως η χιτίνη στα ζώα και η κυτταρίνη στα φυτά.
• Οι υδατάνθρακες και οι τροποποιημένοι υδατάνθρακες είναι σημαντικοί για τη γονιμοποίηση, την ανάπτυξη, την πήξη του αίματος και τη λειτουργία του ανοσοποιητικού συστήματος ενός οργανισμού.

• Μονοσακχαρίτες: γλυκόζη, φρουκτόζη, γαλακτόζη
• Δισακχαρίτες: σακχαρόζη, λακτόζη
• Πολυσακχαρίτες: χιτίνη, κυτταρίνη

Τρία χαρακτηριστικά χρησιμοποιούνται για την ταξινόμηση των μονοσακχαριτών:

• Αριθμός ατόμων άνθρακα στο μόριο
• Τοποθεσία της καρβονυλομάδας
• ο χειρονομία του υδατάνθρακα
• Αλδόζη - μονοσακχαρίτης στον οποίο η καρβονυλ ομάδα είναι αλδεϋδη
• Κετόνη - μονοσακχαρίτης στον οποίο η καρβονυλομάδα είναι κετόνη
• Τρίο - μονοσακχαρίτης με 3 άτομα άνθρακα
• Τετρόζη - μονοσακχαρίτης με 4 άτομα άνθρακα
• Πεντόζη - μονοσακχαρίτης με 5 άτομα άνθρακα
• Εξόζη - μονοσακχαρίτης με 6 άτομα άνθρακα
• Αλδοεξόζη - 6-άνθρακα αλδεΰδη (π.χ. γλυκόζη)
• Αλδοπεντόζη - 5-άνθρακα αλδεΰδη (π.χ. ριβόζη)
• Κετοεξόζη - 6-άνθρακα εξόζη (π.χ. φρουκτόζη)

ΕΝΑ μονοσακχαρίτης είναι D ή L, ανάλογα με τον προσανατολισμό του ασύμμετρου άνθρακα που βρίσκεται πιο μακριά από την καρβονυλομάδα. Σε μια ζάχαρη D, η ομάδα υδροξυλίου βρίσκεται στα δεξιά το μόριο όταν γράφεται ως προβολή Fischer. Εάν η ομάδα υδροξυλίου βρίσκεται στα αριστερά του μορίου, είναι ένα σάκχαρο L.