Видове въглехидрати и структура
Въглехидратите са химични съединения, съдържащи елементите въглерод, водород и кислород. Затова понякога се наричат и “въглеводи” (от “въглерод” и “вода”). Според своя състав въглехидратите се разделят на прости (монозахариди) и сложни (полизахариди).
Простите имат общото название “захари”. Всъщност те биват монозахариди и дизахариди. Монозахаридите са с обща формула С6 Н12 О6. Такива са глюкозата (гроздовата захар) и фруктозата (плодовата захар). Дизахариди са захарозата (цвекловата захар) и лактозата (млечната захар). Сложните въглехидрати се състоят от много монозахариди (стотици, дори хиляди). Полизахариди са нишестето (скорбялата) и целулозата (влакната). Повече за въглехидратите като макронутриенти, вижте тук.
Монозахариди
Монозахаридите притежават определен брой алкохолни групи и една алдехидна или кетонна група, според което се разпределят на алдози и кетози. Освен това, според броя на въглеродните им атоми, те се делят на триози (3 C), тетрози (4 С), пентози (5 С), хексози (6 С) и други.
По-важните за нас, като знания и фокус обаче пентози са две: рибоза и дезоксирибоза. Те участват в структурата съответно на рибонуклеиновите (РНК) и дезоксирибонуклеиновите (ДНК) киселини. А най-разпространени хексози са глюкозата, фруктозата, манозата и галактозата. От техните формули става ясно, че имат еднакъв химичен състав: C6H1206, но са с различна химична структура и строеж. Така глюкозата притежава при първия си въглероден атом алдехидна група и следователно е алдохексоза.
Фруктозата пък е кетохексоза – при втория си въглероден атом притежава кето група. Това води и до значителни различия в свойствата им. Трябва да отбележа, че при всички хексози алкохолната група при техния въглероден атом задължително има лява конфигигурация.
В организма обаче, споменатите хексози фукционират в своите конфигурации. При това, често пъти и като фосфатни естери на други производни съединения. Аминирането на C2 води до нови производни – в моя пример до глюкозамин (добре познат като основен участник в продукт за стави и връзки, под формата на хранителна добавка) и галактозамин:
Както ще стане ясно малко по-надолу, глюкозата лесно се превръща във фруктоза! Това става чрез редукция на алдехидна група (с участието на НАДФ.Н2 и ензима алкозоредуктаза) и се получава 6-атомен алкохол сорбитол, който след окиселение на алкохолната му група при С2 до кетонна, се превръща във фруктоза.
Дизахариди
Дизахаридите са два свързани монозахарида, чрез кислороден мост. Тази връзка се нарича гликозидна връзка. Лактозата се нарича още млечна захар, тъй като се среща единствено в млякото (в краве млякото се съдържа около 3,5% лактоза). Захарозата е ежедневно употребявана от нас – това е обикновената захар. Тя няма редуциращите свойства, тъй като представялва глюкозидо-фруктозид, получен чрез свръзване на редуциращите групи.
Полизахариди
Полизахаридите, и по-специално тези, които са съставени само от глюкозни остатъци са главно 3 вида:
- целулоза
- нишесте
- гликоген
Целулозата е линеен (неразклонен) полимер на глюкозата, има фибриларна (нишковидна) структура и поради особеността на кислородните мостове свързващи отделните глюкозни остатъци, не се смила от чревните ензими на човека. Целулоза се съдържа в растителната храна. Ползата от нея е в това, че тя регулира перисталтичната дейност на червата, както и че адсорбира някои вещества (например холестерола), с което намалява резорбцията им. Храни богати на целулоза са овесените трици, зърнените храни като цяло, варивата, марулите, зеле, както и в плодовете.
Нишестето (amylum) е най-силно застъпения въглехидрат в храната ни. Съдържа се като главна съставка на брашното (хляб, тестени изделия). Така средно около 45% от теглото на хляба се пада на нишестето. Нишестето е полизахарид, изграден от стотици глюкозни молекули, свързани било в линейни полимери (амилоза), било в разклонени такива (амилопектин), но и двата са с еднаква хранителна стойност.
Гликогенът не представлява хранителен полизахарид. Той се съдържа в живите клетки и то главно в чернодробните и мускулните. Количеството му достига до 4-6% за черния дроб и до 1-2% за мускулите. Гликогенът е резервен глюкозен полимер с гиганткси размери – с молекулна маса до няколко милиона и съставен от десетки хиляди глюкозни молекули.
Молекулите на гликогена, както виждате от картинката, са разнородни – по-големи и по-малки, събрани вътре в клетките като гликогенови капки или зрънца, както ги наричам още. Структурата на гликогеновия полимер е силно разклонена – със стотици или даже хиляди разклонения. Причината за това е следната: когато е необходим бърз приток на глюкоза, то всички краища на молекулата започват да отделят едновременно хиляди глюкозни молекули за задоволяване на възникналите в момента енергийни нужди. Ако молекулата на гликогена беше линейна (неразклонена), то тя щеше да отделя само по една молекула глюкоза от единия си край. Вътре в самите вериги връзките са C1-C4 глюкозидни, а при разклоненията са C1-C6 гликозидни.
Хетерополизахариди
Споменатите по-горе полизахариди са изградени от еднакви монозахариди. Всички те обаче за полизахариди. Хетерополизахаридите са изградени също от много монозахариди, но различни сами по себе си. От различни комбинации от по две монозахаридни единици. В повечето случаи с допълнителна химична група.
Така, гликозамингликаните съдържат редуващи се дизахаридни комбинации от глюкоронова киселина и N-ацетилгалактозамин, т.е. глюкозамин с ацетилирана аминогрупа. Такава е структурата на хиалуроновата киселина, с молекулна маса над 1 милион. Хондроитинсулфатите съдържат дизахаридна комбинация от глюкоронова киселина и N-ацетилгалактозамин, като последния е сулфатиран.
Сиаловите киселини представляват N-ацетилови производни на невраминовата киселина. Те са широко разпространени в тъканите като мукопротеини или свързани с висши мастни киселини като гликолипиди(ганглиозиди) и др. Производните на N-ацетилневраминовата киселина се срещат в слузта, както и в мемраните на редица клетъчни типове, даже бактерии и вируси (например грипните вируси). Хепаринът (широко използван противосъсирващ агент) е изграден от комбинация на глюкозамин и идуронова киселина.
Биологична функция на въглехидратите
Енергийна фунцкия
Въглехидратите като хранителен източник, са основен доставчик на енергия. 1 грам въглехидрати доставя при окислението си 4.4 ккал енергия, а дневното поемане на въглехидрати е около 250 грама за деня. Достига и до 350 грама, в зависимост от теглото на човек. Делът на доставената енергия възлиза на около 55% (докато при белтъците и мазнините, взети заедно, доставят останалите 45%).
Резервна фунцкия
Резервната функция на въглехидратите се изпълнява от гликогена. основните депа (резервоари) на гликоген са мускулите (от 300 до 600 грама) и черния дроб (от 80 до 150-200 грама). ДОкато мускулният гликоген се използва само вътре в мускулите при физически натоварвания например, то чернодробния гликоген е доставчик на глюкоза, която по кръвен път достига до всички органи и по-специално до мозъка. Т.е. – мозъка се храни с глюкоза от чернодробния гликоген!
Пластична (градивна) фунцкия
Въглехидратите взимат участие в изграждането на всички клетки и клетъчни органели. Например: рибозата и дезоксирибозата участват в структурите на РНК и ДНК – молекулите на наследствеността. В различните клетъчни мембрани, въглехидратите участват и са вградени като гликолипиди. Основното междуклетъчно вещество, изграждащо хрущялната тъкан и костната тъкан съдържа различни видове хондроитин сулфати. Те заедно с хиалуроновата киселина, изграждат стъкловидното тяло на окото. Гликозамингликаните пък вземат участие в състава на различните видове защитни секрети (слуз), които се отделят от жлезите на лигавицита на редица органи: уста, хранопровод, стомах, черва, бронхи и др. Гликозамингликаните участват и в в състава на различни смазочни материали – лубриканти. По тази причина, продукти съдържащи глюкозамин и хондроитин, се и ще се използват много при приложение на ставни и хрущялни проблеми при човека.
Защитна фунцкия
Редица олигозахариди под формата на къси разклонени верижки са вградени в клетъчните мембрани така, че стърчат над тяхната повърхност. По този начин те служат като химични опознавателни знаци (антигени), чрез които клетките в един и същ организъм се опознават помежду си или пък бързо откриват проникналите отвън чужди клетки – например бактериални инфекции.
Обратно към раздел „Анатомия и физиология“
