Numeroși compuși naturali sunt polimeri, ca de exemplu celuloza din lemn sau carbohidrații din alimente. Astfel de substanțe se numesc biopolimeri și sunt molecule uriașe, alcătuite din lanțuri sau rețele de molecule organice mai mici.
Cele mai importante patru clase de molecule biologice sunt proteinele, lipidele, acizii nucleici și carbohidrații.
Definiția și structura carbohidraților
După cum le sugerează numele, carbohidrații sunt hidrați de carbon. Aceasta înseamnă că ei conțin în moleculă atomi de carbon (C), oxigen (O) și hidrogen (H), într-un raport C:H:O de 1:2:1.
Pentru a sintetiza un polimer de orice fel este nevoie de monomeri. Monomerii sunt unități individuale și reprezintă elementele de bază ale unui lanț mai mult. Monomerii carbohidraților se numesc monozaharide, care pot fi întâlnite sub forma unei catene (lanț) liniare sau a unei catene inelare. Toate monozaharidele au formula C6H12O6, deci ele sunt izomeri structurali. Monozaharidele se mai numesc și zaharuri simple.
Dizaharidele se formează printr-o reacție de deshidratare care permite monozaharidelor să se unească. Continuarea reacției de deshidratare duce la adăugarea a mai mulți monomeri, cu formarea de polizaharide.
Carbohidrații simpli se mai numesc și zaharuri simple, în timp ce polizaharidele sunt numite carbohidrați complecși.
Monozaharidele: definiție și exemple
Glucoza
Glucoza este cel mai întâlnit carbohidrat și unul dintre cele mai importante. Glucoza este o aldoză (în forma sa liniară, ea conține o aldehidă) și o hexoză (un zahăr cu șase atomi de carbon). În soluție apoasă, glucoza se întâlnește predominant în forma sa ciclică (inelară).
Glucoza este sintetizată de către plante în timpul fotosintezei, prin utilizarea dioxidului de carbon și a luminii solare. În plante, moleculele de glucoză sunt stocate sub formă de amidon. Oamenii își obțin glucoza prin consumarea plantelor.
Oamenii utilizează glucoza pentru producerea energiei. Procesele de glicoliză și respirație celulară permit celulei să degradeze moleculele de glucoză ca modalitate de extragere a energiei din hrană. Ca rezultat al respirației celulare se regenerează moleculele de ATP (care stochează energia).
Fructoza
Fructoza este o altă monozaharidă des întâlnită. Ea este tot o hexoză, la fel ca glucoza, însă este cetoză, nu aldoză. Zahărul comestibil este dizaharida formată dintr-o moleculă de glucoză și o moleculă de fructoză; el mai este cunoscut sub denumirea de sucroză sau zaharoză.
Galactoza
Galactoza este o altă monozaharidă de tip aldoză și hexoză. Se găsește în mod obișnuit sub formă de monozaharidă în mazăre.
Galactozemia este o afecțiune în care enzima necesară convertirii galactozei în glucoză nu este prezentă. Acest lucru constituie o mare problemă pentru nou-născuți dacă boala nu este depistată de timpuriu. În lipsa enzimei, nivelurile sanguine de galactoză sunt ridicate și pot produce o varietate de simptome, inclusiv pierderea în greutate și icter. Dacă afecțiunea este depistată repede, sursele de galactoză pot fi îndepărtate din dieta copilului, iar acesta își dezvoltă o cale alternativă de metabolizare a galactozei.
Riboza
Acest zahăr face parte din structura altor macromolecule biologice importante: acizii nucleici. Riboza și dezoxiriboza sunt părți importante ale acizilor nucleici. Riboza se întâlnește în ARN, iar dezoxiriboza se găsește în ADN.
Dizaharidele: definiție și exemple
Dizaharidele se formează printr-o reacție de deshidratare. De exemplu, atunci când două molecule de glucoză formează o dizaharidă, gruparea hidroxil (-OH) a unei molecule de glucoză și hidrogenul de la gruparea hidroxil a altei molecule de glucoză formează apa. În acest fel se formează o legătură prin intermediul oxigenului între cei doi monomeri (cele două molecule de glucoză). Această legătură este numită legătură glicozidică.
Dizaharidele nu pot fi metabolizate de către oameni, deoarece ele sunt prea mari pentru a putea trece prin membrana celulară. Ca urmare, dizaharidele (sau lanțurile mai lungi) trebuie mai întâi scindate de către o enzimă, după care monozaharidele constituente pot fi metabolizate.
Sucroza (zaharoza)
Sucroza sau zaharoza este cunoscută sub denumirea de zahăr de masă (zahăr comestibil) și este folosită ca îndulcitor.
Zaharoza este o dizaharidă formată din glucoză și fructoză. Deoarece fructoza este mai dulce decât zaharoza, atunci când sucroza este hidrolizată în monozaharidele sale componente, soluția devine și mai dulce. Albinele hidrolizează sucroza în glucoză și fructoză; de aceea mierea este atât de dulce.
Pentru degradarea sucrozei, organismul are nevoie de o enzimă numită sucrază (zaharază sau invertază).
Lactoza
Lactoza este zahărul întâlnit în laptele oamenilor și al altor mamifere. Lactoza este alcătuită din galactoză și glucoză. Nu este la fel de dulce ca sucroza.
Pentru degradarea lactozei în părțile componente, organismul are nevoie de enzima numită lactază. Persoanele care nu dețin această enzimă se numesc ”intolerante la lactoză”.
Maltoza
Maltoza este un dizaharid format din doi monomeri de glucoză. Pentru a degrada maltoza, corpul uman are nevoie de enzima numită maltază.
Polizaharidele: definiție și exemple
Polizaharidele sunt lanțuri de monozaharide unite prin numeroase legături glicozidice. Ele reprezintă cele mai abundente molecule de carbohidrați întâlnite în organismele vii, deoarece îndeplinesc o varietate de funcții, inclusiv funcții structurale și de stocare a energiei.
Polizaharidele se formează prin reacția dintre gruparea hidroxil (-OH) a unei molecule de monozaharidă și gruparea hidroxil a altei molecule de monozaharidă, cu formarea de legături. Aceste legături chimice sunt realizate în mod repetitiv între moleculele de monozaharide. Acest tip de reacție se numește reacție de polimerizare prin condensare și are ca rezultat formarea unei molecule de apă.
Amidonul
Amidonul este unul dintre cei mai importanți carbohidrați și reprezintă un procent semnificativ din dieta omului. Amidonul este un polimer care stochează glucoza în plante, mai ales în tuberculi (cum sunt cartofii). În timp ce oamenii pot consuma amidonul pentru obținerea energiei, plantele îl pot și ele degrada pentru a folosi glucoza pentru energie, atunci când nu este suficientă glucoza produsă prin fotosinteză.
Această polizaharidă este alcătuită din amiloză (lanțuri de glucoză) și amilopectină (lanțuri ramificate de glucoză).
Pentru a degrada amidonul, corpul uman utilizează mai multe enzime denumite generic amilaze. Aceste enzime scindează lanțul lung al amidonului în unități mai mici pe care organismul le poate metaboliza. Amilazele se găsesc în cavitatea bucală; de aceea digestia începe de la acest nivel al tractului digestiv.
Celuloza
Celuloza este un carbohidrat întâlnit la plante. Ea este o componentă structurală esențială a pereților celulelor plantelor. Celuloza poate întâlnită și în unele fibre vegetale, cum sunt cele de bumbac.
Celuloza este un polimer liniar de glucoză. Conformația legăturilor glicozidice din celuloză nu poate fi digerată de către oameni. De aceea, oamenii pot consuma amidon, dar nu și celuloză.
Glicogenul
Glicogenul este o polizaharidă pe care animalele o utilizează pentru stocarea energiei. Glicogenul, care este alcătuit din lanțuri foarte ramificate de glucoză, este stocat în principal în ficat. Atunci când nu mâncăm sau postim, organismul nostru utilizează glicogenul pe care îl stochează pentru a obține glucoza necesară producerii energiei.
Sursa: Sciencing.com