OGLJIKOVI HIDRATI

Splošno Poskus Video Viri

SPLOŠNO

Ogljikovi hidrati so kemične spojine, ki vsebujejo ogljikove, vodikove in kisikove atome. Splošna formula ogljikovih hidratov je CnH2nOn. So pomemben del pri človekovem delovanju, saj naše telo preskrbujejo z energijo, prav tako pa so v vsaki naši celici. Ker pa telo nima sistema za shranjevanje večjih količin ogljikovih hidratov, se presežki kažejo v obliki maščobe.

Ogljikovi hidrati se delijo na 3 skupine. Na monosaharide, ki so enostavni ogljikovi hidrati in na polisaharide ter oligosaharide, ki pa so sestavljeni. Najpomembnejši pri monosaharidih so glukoza, fruktoza in galaktoza. Saharoza, laktoza in maltoza so najpomembnejši pri oligosaharidih, pri polisaharidih pa škrob, celuloza, dekstrini, glikogen, rastlinske sluzi, itd. Enostavni ogljikovi hidrati se v telesu hitro razgradijo, s čimer nam dajejo energijo in povzročijo hitro izločanje inzulina.

MONOSAHARIDI

Monosaharidi so najpreprostejše zgrajeni ogljikovi hidrati. Njihova splošna formula je C6H12O6.

Glukoza(grozdni sladkor)

Glukoza se nahaja v vseh disaharidih, v kri prehaja v nespremenjeni obliki skozi črevesno steno in je zelo učinkovit vir energije.

Med alkoholnim vrenjem se spreminja v etanol in ogljikov dioksid s pomočjo kvasovk. Med mlečnokislinskim, pa se spreminja v mlečno kislino s pomočjo mlečnokislinskih bakterij.

Fruktoza(sadni sladkor)

Fruktoza je najslajša med monosaharidi, je sestavni del trsnega in pesnega sladkorja in nahaja se v sladkih sadežih. Prav tako kot glukoza, je tudi fruktoza vključena v biološka vrenja(mlečnokislinsko, alkoholno).

Galaktoza

Galaktoza se v presnovi spreminja v glukozo in nima izrazitega sladkega okusa. Mucin, ki je izloček sluznih žlez, vsebuje galaktozo.

OLIGOSAHARIDI

Imenujejo se tudi disaharidi, saj so sestavljeni iz dveh monosaharidov. Pri nastajanju disaharidov, se odcepi molekula vode in je zato osnovna formula le-teh ogljikovih hidratov C12H22O11. Disaharidi so tudi dobro topni v vodi in so v telesu s pomočjo encimov(invertaza, laktaza, maltaza) razgrajeni v enostavne sladkorje-monosaharide.

Saharoza

Imenovana je tudi trsni ali pesni sladkor. Sestavljena je iz glukoze in fruktoze. Nahaja se v plodovih, gomoljih in drugih rastlinskih delih rastlin kot rezervna snov.

Laktoza

Ker se nahaja v mleku in mlečnih izdelkih, se imenuje tudi mlečni sladkor. Sestavljena je iz glukoze in galaktoze. Zanimivo je, da je kvasovke ne morejo vključiti v proces vrenja.

Maltoza

Poznamo jo tudi po imenu sladni sladkor. Nastaja pri biokemični razgradnji škroba z encimom amilaza v semenih kalečega ječmena.

POLISAHARIDI

Nastajajo z združevanjem številnih molekul monosaharidov, pri čemer pa se odcepi voda. Prav tako pa se v vodi slabo raztapljajo ali pa so popolnoma netopni. Nimajo sladkega okusa in kvasovke jih ne morejo neposredno vključiti v vrenje. Splošna formula polisaharidov pa je (C6H10O5)n.

Škrob

Je oblika rezervnega ogljikovega hidrata pri rastlinah. Sestavljen je iz dveh sestavljenih sladkorjev in sicer iz amiloze in amilopektina. Amiloza je sestavljena iz 1000 – 4500 molekul glukoze, ki so povezane v ne razvejane spiralne verige. Molekule amiloze prispevajo k želatinasti sestavi. Pri kuhanem škrobu pa ne prispevajo k lepljivosti, saj so verige prelahke in zdrsnejo mimo druga druge. K lepljivosti pripomore amilopektin, ki pa je sestavljen iz 1000 do 6000 glukoznih enot, ki pa so povezane v razvejane verige. Sestavlja 80% škrobovega zrna, amiloza pa le 20%.

Glikogen

Glikogen predstavlja rezervno zalogo ogljikovih hidratov pri ljudeh in živalih. Kopiči se v mišicah in jetrih, kjer pa tudi v večini nastaja. Iz glikogena se lahko precej hitro pridobi molekule ATP-ja. Ker ima veliko hidroksilnih skupin, nase veže veliko vodnih molekul zaradi vodikove vezi. Makromolekula glikogena je sestavljena iz 100 do 1000 molekul glukoze.

Celuloza

Nahaja se v celičnih stenah rastline. Rastline pridelajo kar 10 milijard ton celuloze na dan, zato je razumljivo najbolj razširjena organska snov na planetu. Velemolekule celuloze so sestavljene iz različnega števila molekul glukoze. Lahko jih je le 250-500 kot v svili, saj je umetno modificirana, lahko pa jih je tudi kar 14000 kot v bombažu. V vodi in večini organskih topil ni topna. Celulozo se pridobiva iz lesa, kjer tudi predstavlja skoraj polovico celotne mase. Je izhodna snov pri pridobivanju papirja, prav tako pa je pomembna v tekstilni industriji(bombaž, lan). V človekovem telesu je pomembna kot balastna snov-pospešuje peristaltiko, saj ni prebavljiva in se izloči z blatom.

Dekstrini

Nastanejo pri suhem segrevanju škroba(skorja kruha, pečen krompir…). Razgrajujejo se preko maltoze v glukozo. Sestavljeni so iz le 10 do 30 molekul glukoze in so lažje prebavljivi kot škrob. Dekstrine prepoznamo po rumeno-belem prahu, ki pa se uporablja kot lepilo.

Ogljikovi hidrati so pomembne organske spojine za življenje na Zemlji. Zgrajeni so iz elementov ogljika, vodika, in kisika (hidrat ogljika (hydro = voda)). Predvideva se, da je več kot polovica vseh atomov ogljika na Zemlji vezanega v molekulah ogljikovih hidratov. Že leta 1840 so znanstveniki ugotovili, da je možno sestavo ogljikovih hidratov predstaviti kot spojine, ki so sestavljene iz ogljika in vode. Zato jih je leta 1844 Carl Schmidt poimenoval ogljikovi hidrati. Nekateri, predvsem enostavni ogljikovi hidrati imajo sladek okus, zato jim pravimo tudi sladkorji.

V nadaljevanju si bomo ogledali nekaj ogljikovih hidratov in nekaj tipičnih funkcionalnih skupin.

Glukoza

Glukoze ali grozdnega sladkorja je največ v grozdnem sladkorju. Njena molekulska formula je C_6 H_12 O_6 Je monomer in uvrščamo jo v skupino aldoze zaradi značilne kisikove funkcionalne skupine z racionalno formulo -CHO – aldehidna skupina. Označena je z rdečo barvo. V molekulah glukoze pa je največ hidroksilnih skupin s formulo -OH. Molekula glukoze ima šest ogljikovih atomov, zato sodi med heksoze.

Saharoza

Saharoza je disaharid z molekulsko formulo C_12 H_22 O_11. Nastane v reakciji med ciklično obliko glukoze ter ciklično obliko fruktoze. To reakcijo imenujemo kondenzacijska polimerizacija ali na krajše kondenzacija (odcepi se voda). Značilno za disaharide je glikozidna vez, ki je označena z rdečo kraco.

Fruzktoza

Fruktoza je od vseh sladkorjev v sadju predstavljena v največjem deležu. Zato ji pravimo tudi sadni sladkor. Tako kot glukoza ima ta monomer molekulsko formulo C_6 H_12 O_6 . Uvrščamo jo med ketoze zaradi njej značilne funkcionalne skupine – ketonske skupine -CO. Ketonska skupina je označena z rdečo barvo. Tudi molekula fruktoze ima prav tako kot glukoza veliko hidroksilnih skupin -OH. Prav tako jo uvrščamo med heksoze.

SINTEZA GLIKOGENA

Glikogen je polisaharid (sestavljen iz monomerov glukoze) in predstavlja osnovno obliko uskladiščene glukoze v živalskih, glivnih in bakterijskih celicah. Kratkoročno je shranjen predvsem v jetrnih in skeletnih mišičnih celicah. Je primarni vir energije, saj ga je možno relativno hitro pretvoriti v adenozin trifosfat (ali ATP), ki je molekula, ki predstavlja enoto energije v našemu telesu.

Sinteza glikogena se začne pri dovajanju glukoze. S pomočjo encima heksokinaza , ki veže na 6. C atom PO4 in nastane 6-fosfat glukoza. Ta proces poteče zato, da prepreči difuzijo molekule ven iz celice, saj negativni naboj na fosfatu to oteži. Naslednji korak je pretvorba te molekule v 1-fosfat glukozo. Ta del procesa poteka preko encima fosfoglukomutaz , ki premakne fosfat na 1. C atom. Ta del procesa je oboje smerni in se imenuje mutaza .

Nazadnje, da tvorimo glikogen, je potreben encim glikogen fosforilaza , ki odstranjuje/dodaja glukozo/1-fosfat glukozo iz verige glikogena.

IZ GLIKOGENA V ATP

Pretvorba glikogena v molekule ATP se imenuje glikoliza . Glikoliza poteka v 10 reakcijah, katere prvih pet je pripravljanlna faza, saj ne poteče oksidacija in nekaj ATP se celo porabi.

Prva je aktivacija glukoze, ki jo razdeli na dve manjši molekuli. Tukaj dobimo dve molekuli gliceraldehid-3-fosfat, kjer ima vsaka po 3 C atome. Za ta korak sta potrebni dve ATP molekuli, kjer se vsaka spremeni v ADP (ena fosfatna skupina manj kot pri ATP).

Drugi del reakcije predstavlja donosna faza, kjer se vsaka molekula gliceraldehid-3-fosfata pretvori v piruvat (CH3COCOO-). Pri tej reakciji se vrne začetni vložek ATP, dobimo pa še dve dodatni molekuli ATP in pa dve molekuli NADH. Celotni neto reakcije bi lahko pokazali s tem zapisom:

glukoza + 2Pi + 2ADP + 2NAD+ ---> 2piruvat + 2ATP + 2NADH + 2H+ + 2H2O

Po koncu glikolize poteka oksidativna dekarboksilacija piruvata. S pomočjo koencima CoA ali koencima A se od molekule odcepi en CO2. Ostane nam ena dvo-C-atomna molekula, ki vstopi v Krebsov cikel. V ciklu poteče več manjših reakcij, kjer se dvoatomna molekula spremeni v 2CO2 hkrati pa še izloči nekaj elektronov, ki so potrebni pri drugih procesih proizvajanja energije. Cel postopek od glikogena do ATP-ja se imenuje celično dihanje in je ključen za večino živih bitji na temu svetu.

Ogljikovi hidrati so v organizmih največkrat prisotni kot vir energije, gradniki ali rezervne snovi.

VIR ENERGIJE:

Organizem energijo pridobiva z razgradnjo enostavnih sladkorjev v celici, v katero pridejo s krvjo (npr. živčne celice in eritrociti lahko energijo pridobijo izključno z tem procesom). Če telo s hrano pridobi več monosaharidov, kot jih potrebuje za energijo, se višek teh monosaharidov pretvori v glikogen.

Glikogen je polisaharid, sestavljen iz razvejanih glukoznih enot, ki se hranijo v mišicah in jetrih. Glikogen v mišicah je uporaben vir glukoze samo za celice v teh mišicah, v jetrih pa glikogen služi kot vir vsem celicam v telesu.

V mišicah in jetrih pa se lahko skladišči le določen del preostalih monosaharidov. Ostali del monosaharidov pa se v jetrih pretvarjajo v maščobe, ki se shranjujejo v maščobnem tkivu.

Količina v (g) Vrsta Del organizma (kjer se nahajajo) Vloga
250 polisaharidi glikogen Mišice kratkotrajna zaloga za energijo
150 polisaharidi glikogen Jetra kratkotrajna zaloga za energijo
30 monosaharidi glukoza Različna tkiva pridobivanje energije
5 monosaharidi glukoza Kri pridobivanje energije
300 polisaharidi vezani na beljakovine Okostje, medceličnina itd. Gradniki