Glucidele sunt macromolecule cu care majoritatea consumatorilor sunt oarecum familiarizați. Pentru a pierde în greutate, unele persoane aderă la diete „cu conținut scăzut de carbohidrați”. Spre deosebire de aceasta, sportivii „înregistrează carbohidrați” înainte de competiții importante pentru a se asigura că au suficientă energie pentru a concura la un nivel înalt. Carbohidrații sunt, de fapt, o parte esențială a dietei noastre; cerealele, fructele și legumele sunt toate surse naturale de carbohidrați. Carbohidrații furnizează energie organismului, în special prin glucoză, un zahăr simplu. Carbohidrații au și alte funcții importante la om, animale și plante.

biologiei
figura 1 Pâinea, pastele și zahărul conțin niveluri ridicate de carbohidrați. („Produsele din grâu” de către Departamentul Agriculturii din SUA sunt în domeniul public)

Carbohidrații pot fi reprezentați prin formula stoichiometrică (CH2O) n, unde n este numărul de atomi de carbon din moleculă. Cu alte cuvinte, raportul dintre carbon și hidrogen la oxigen este de 1: 2: 1 în moleculele de carbohidrați. Această formulă explică, de asemenea, originea termenului „carbohidrat”: componentele sunt carbonul („carbo”) și componentele apei (deci, „hidrat”). Glucidele sunt clasificate în trei subtipuri: monozaharide, dizaharide și polizaharide.

Monozaharide

Monozaharidele (mono- = „unu”; zaharid = „dulce”) sunt zaharuri simple, dintre care cel mai frecvent este glucoza. În monozaharide, numărul carbonilor variază de obicei între trei și șapte. Majoritatea denumirilor monozaharidice se termină cu sufixul -ose.

Formula chimică pentru glucoză este C6H12O6. La om, glucoza este o sursă importantă de energie. În timpul respirației celulare, energia este eliberată din glucoză și această energie este utilizată pentru a ajuta la producerea adenozin trifosfatului (ATP). Plantele sintetizează glucoza folosind dioxid de carbon și apă, iar glucoza, la rândul ei, este utilizată pentru necesitățile energetice ale plantei. Excesul de glucoză este adesea stocat ca amidon care este catabolizat (descompunerea moleculelor mai mari de celule) de către oameni și alte animale care se hrănesc cu plante.

Galactoza (parte a lactozei sau zahărului din lapte) și fructoza (care se găsește în zaharoză, în fructe) sunt alte monozaharide obișnuite. Deși glucoza, galactoza și fructoza au toate aceeași formulă chimică (C6H12O6), ele diferă structural și chimic (și sunt cunoscute sub numele de izomeri) din cauza aranjamentului diferit al grupărilor funcționale în jurul carbonului asimetric; toate aceste monozaharide au mai mult de un carbon asimetric. În cadrul unei monozaharide, toți atomii sunt conectați între ei cu legături covalente puternice.

Figura 2 Glucoza, galactoza și fructoza sunt toate hexoze. Sunt izomeri structurali, adică au aceeași formulă chimică (C6H12O6), dar o dispunere diferită a atomilor. Liniile dintre atomi reprezintă legături covalente.

Dizaharide

Dizaharidele (di- = „două”) se formează atunci când două monozaharide suferă o reacție de deshidratare (cunoscută și ca reacție de condensare sau sinteză de deshidratare). În timpul acestui proces, grupul hidroxil (OH) al unei monozaharide se combină cu hidrogenul altei monozaharide, eliberând o moleculă de apă și formând o legătură covalentă care unește cele două monozaharide împreună.

Dizaharidele obișnuite includ lactoză, maltoză și zaharoză (Figura 3). Lactoza este o dizaharidă formată din monomerii glucoză și galactoză. Se formează printr-o reacție de deshidratare între moleculele de glucoză și galactoză, care îndepărtează o moleculă de apă și formează o legătură covalentă. conectat printr-o legătură covalentă. Se găsește în mod natural în lapte. Maltoza sau zahărul de malț este o dizaharidă compusă din două molecule de glucoză conectate printr-o legătură covalentă. Cea mai comună dizaharidă este zaharoza sau zahărul de masă, care este compus din monomeri glucoză și fructoză, conectați, de asemenea, printr-o legătură covalentă.

Figura 3 Dizaharidele obișnuite includ maltoză (zahăr din cereale), lactoză (zahăr din lapte) și zaharoză (zahăr de masă).

Polizaharide

Un lanț lung de monozaharide legate prin legături glicozidice este cunoscut sub numele de polizaharidă (poli- = „multe”). Lanțul poate fi ramificat sau neramificat și poate conține diferite tipuri de monozaharide. Toate monozaharidele sunt conectate între ele prin legături covalente. Greutatea moleculară poate fi de 100.000 daltoni sau mai mult, în funcție de numărul de monomeri uniți. Amidonul, glicogenul, celuloza și chitina sunt exemple primare de polizaharide.

Amidon este forma stocată a zaharurilor în plante și este alcătuită dintr-un amestec de amiloză și amilopectină (ambii polimeri de glucoză). Practic, amidonul este un lanț lung de monomeri ai glucozei. Plantele sunt capabile să sintetizeze glucoza, iar excesul de glucoză, dincolo de nevoile imediate de energie ale plantei, este stocat ca amidon în diferite părți ale plantei, inclusiv rădăcini și semințe. Amidonul din semințe asigură hrană embrionului pe măsură ce germinează și poate acționa și ca sursă de hrană pentru oameni și animale. Amidonul consumat de oameni este descompus de enzime, cum ar fi amilazele salivare, în molecule mai mici, cum ar fi maltoza și glucoza. Celulele pot absorbi apoi glucoza.

Glicogen este forma de stocare a glucozei la om și alte vertebrate și este alcătuită din monomeri de glucoză. Glicogenul este echivalentul animal al amidonului și este o moleculă foarte ramificată stocată de obicei în celulele hepatice și musculare. Ori de câte ori scade nivelul glicemiei, glicogenul este descompus pentru a elibera glucoza într-un proces cunoscut sub numele de glicogenoliză.

Figura 4 Amiloza și amilopectina sunt două forme diferite de amidon. Amiloza este compusă din lanțuri ramificate de monomeri ai glucozei. Amilopectina este compusă din lanțuri ramificate de monomeri ai glucozei. Datorită modului în care sunt unite subunitățile, lanțurile de glucoză au o structură elicoidală. Glicogenul (nereprezentat) are o structură similară cu amilopectina, dar este mai ramificat.

Celuloză este cel mai abundent biopolimer natural. Peretele celular al plantelor este în mare parte realizat din celuloză; aceasta oferă suport structural celulei. Lemnul și hârtia sunt în mare parte de natură celulozică. Celuloza este alcătuită din monomeri ai glucozei (Figura 5).

Figura 5 În celuloză, monomerii glucozei sunt legați în lanțuri ramificate. Datorită modului în care sunt unite subunitățile de glucoză, fiecare monomer de glucoză este răsturnat în raport cu următorul rezultând o structură liniară, fibroasă.

Glucidele îndeplinesc diferite funcții la diferite animale. Artropodele (insecte, crustacee și altele) au un schelet exterior, numit exoschelet, care le protejează părțile interne ale corpului (așa cum se vede în albină în Figura 6). Acest exoschelet este format din chitina biologică macromoleculă, care este un azot care conține polizaharide. Este fabricat din unități repetate de N-acetil-β-d-glucozamină, un zahăr modificat. Chitina este, de asemenea, o componentă majoră a pereților celulari fungici; ciupercile nu sunt nici animale, nici plante și formează un regat propriu în domeniul Eukarya.

Figura 6 Insectele au un exoschelet exterior dur din chitină, un tip de polizaharidă. (credit: Louise Docker)

Energia poate fi stocată în legăturile unei molecule. Legăturile care leagă doi atomi de carbon sau conectează un atom de carbon la un atom de hidrogen sunt legături de energie ridicate. Ruperea acestor legături eliberează energie. Acesta este motivul pentru care celulele noastre pot obține energie de la o moleculă de glucoză (C6H12O6).

Polizaharidele formează lanțuri lungi, fibroase, care sunt capabile să construiască structuri puternice, cum ar fi pereții celulari.

Dacă nu se specifică altfel, imaginile de pe această pagină sunt licențiate sub CC-BY 4.0 de către OpenStax.