KLASYFIKACJA WĘGLOWODANÓW (ZE ZDJĘCIAMI) - ODŻYWIANIE - 2025

Klasyfikacja węglowodanów mogą być wykonane odpowiednio do ich funkcji, w zależności od liczby atomów węgla, zgodnie z położeniem grupy karbonylowej, zgodnie z jednostek, które czynią je według pochodnych i zgodnie z żywności.

Węglowodany, węglowodany lub sacharydy to związki chemiczne zbudowane z atomów węgla, wodoru i tlenu, których spalanie powoduje uwolnienie dwutlenku węgla i jednej lub więcej cząsteczek wody. Są to cząsteczki szeroko rozpowszechnione w przyrodzie i mające fundamentalne znaczenie dla istot żywych, zarówno ze strukturalnego, jak i metabolicznego punktu widzenia.

Cykliczna struktura glukozy, heksoza (źródło: Edgar181, za Wikimedia Commons)

Zwykle najlepszym sposobem na przedstawienie wzoru dowolnego węglowodanu jest Cx (H2O), co w skrócie oznacza „uwodniony węgiel”.

W roślinach duża część węglowodanów powstaje podczas fotosyntezy z dwutlenku węgla i wody, po czym można je przechowywać w kompleksach o dużej masie cząsteczkowej (na przykład skrobie) lub wykorzystać do nadania struktury i wsparcia komórki roślinne (na przykład celuloza).

Zwierzęta również wytwarzają węglowodany (glikogen, glukozę, fruktozę itp.), Ale robią to z substancji takich jak tłuszcze i białka. Mimo to głównym źródłem węglowodanów metabolizowalnych dla organizmów zwierzęcych są te, które pochodzą z roślin.

Najważniejszymi naturalnymi źródłami węglowodanów dla człowieka są ogólnie zboża, takie jak pszenica, kukurydza, sorgo, owies i inne; na przykład bulwy, takie jak ziemniaki, maniok i banany; a także wiele nasion roślin strączkowych, takich jak soczewica, fasola, bób itp.

Zwierzęta mięsożerne, to znaczy te, które żywią się innymi zwierzętami, są pośrednio zależne od węglowodanów, aby przeżyć, ponieważ ich ofiarą lub ofiarą są zwierzęta roślinożerne, które potrafią wykorzystać strukturalne i magazynujące węglowodany zawarte w ziołach. spożywają je i przekształcają w białka, mięśnie i inne tkanki ciała.

Klasyfikacja według ich funkcji

Węglowodany można podzielić ze względu na ich ogólną funkcję na dwie duże klasy: węglowodany strukturalne i węglowodany powszechnie przyswajalne lub polisacharydy.

Węglowodany strukturalne

Węglowodany strukturalne to takie, które są częścią ściany wszystkich komórek roślinnych, a także wtórnych złogów, które charakteryzują tkanki różnych gatunków roślin i spełniają określoną funkcję podparcia i „rusztowania”.

Ogólna struktura celulozy (źródło: Vicente Neto za pośrednictwem Wikimedia Commons)

Wśród nich głównym polisacharydem roślinnym jest celuloza, ale wyróżniają się również lignina, dekstrany, pentozany, agar (w algach) i chityna (w grzybach i wielu stawonogach).

Węglowodany strawne

Z drugiej strony, węglowodany strawne to te, które organizmy heterotroficzne (inne niż autotrofy, które „syntetyzują własne pożywienie”) mogą pozyskiwać z roślin i wykorzystywać do odżywiania komórek poprzez różne szlaki metaboliczne.

Głównym strawnym węglowodanem jest skrobia, która znajduje się w bulwach, nasionach zbóż i wielu innych strukturach magazynowych roślin. Składa się z dwóch podobnych typów polisacharydów, amylozy i amylopektyny.

Jednak bardzo ważne są również prostsze cukry, takie jak na przykład fruktoza, obecne w dużych ilościach w owocach wielu gatunków roślin.

Miód, substancja wytwarzana przez pszczoły o znaczącej wartości handlowej, jest również bogatym źródłem węglowodanów strawnych, ale pochodzenia zwierzęcego.

Glikogen jest ważnym rezerwowym polisacharydem u zwierząt (źródło: Alejandro Porto via Wikimedia Commons)

Glikogen, uważany w wielu przypadkach za „skrobię zwierzęcą”, jest rezerwowym polisacharydem syntetyzowanym przez zwierzęta i można go zaliczyć do grupy węglowodanów strawnych.

Klasyfikacja według liczby atomów węgla

W zależności od liczby atomów węgla węglowodany mogą być:

- Triozy , z trzema atomami węgla (przykład: aldehyd glicerynowy)

- Tetrosas , z czterema atomami węgla (przykład: erytroza)

- Pentozy z pięcioma atomami węgla (przykład: ryboza)

- Heksozy , z sześcioma atomami węgla (przykład: glukoza)

- Heptozy z siedmioma atomami węgla (przykład: sedoheptuloza 1,7-bisfosforan)

Schemat możliwych struktur hemiacetalowych dla glukozy i mannozy (źródło: Karlhahn za Wikimedia Commons)

Generalnie pentazy i heksozy występują w postaci stabilnych pierścieni dzięki utworzeniu wewnętrznej grupy hemiacetalowej, czyli poprzez związanie grupy aldehydowej lub ketonowej z alkoholem.

Pierścienie te mogą mieć 5 lub 6 „ogniw”, a więc mogą być odpowiednio typu furanowego lub piranowego, z którymi tworzą się furanoza i piranoza.

Klasyfikacja według pozycji grupy karbonylowej

Pozycja grupy karbonylowej (C = O) w monosacharydach jest również cechą służącą do ich klasyfikacji, ponieważ w zależności od tego cząsteczką może być ketoza lub aldoza. Są więc np. Aldoheksozy i ketoheksozy, a także aldopentozy i ketopentozy.

Aldosas and Cetosas (źródło: Pjvelasco, za pośrednictwem Wikimedia Commons)

Jeśli atom węgla, który tworzy grupę karbonylową, znajduje się w pozycji 1 (lub na jednym końcu), to jest to aldehyd. Zamiast tego, jeśli znajduje się w pozycji 2 (lub jakikolwiek inny wewnętrzny atom węgla), jest to grupa ketonowa, więc staje się ketozą.

Biorąc jako przykład triozy, tetrozy, pentozy i heksozy z poprzedniej sekcji, mamy, że aldozy tych cukrów prostych to aldehyd glicerynowy, erytroza, ryboza i glukoza, podczas gdy ketozy to dihydroksyaceton, erytruloza, rybuloza i odpowiednio fruktoza.

Klasyfikacja według liczby jednostek, które je tworzą

Ze względu na liczbę jednostek, jakie posiadają węglowodany, czyli ze względu na liczbę cukrów powstałą w wyniku ich hydrolizy, można je podzielić na:

Monosacharydy

Są to najprostsze sacharydy lub cukry, ponieważ składają się z pojedynczej „jednostki cukru”. W tej grupie znajdują się cukry tak istotne metabolicznie jak glukoza, których metabolizm polega na wytwarzaniu energii w postaci ATP w komórkach praktycznie wszystkich organizmów żywych. Wyróżniają się również galaktoza, mannoza, fruktoza, arabinoza, ksyloza, ryboza, sorboza i inne.

Disacharydy

Disacharydy, jak wskazuje przedrostek ich nazwy, to sacharydy złożone z dwóch jednostek cukru. Głównymi przykładami tych cząsteczek są laktoza, sacharoza, maltoza i izomaltoza, celobioza, gentiobioza, melibioza, trehaloza i turanoza.

Struktura chemiczna maltozy, disacharydu (źródło: NEUROtiker za Wikimedia Commons)

Oligosacharydy

Odpowiadają one węglowodanom, które po hydrolizie uwalniają więcej niż dwie „jednostki cukru”. Chociaż być może nie są one dobrze znane, w tej grupie można wyróżnić rafinozy, stachiozy i błonkowce. Niektórzy autorzy uważają, że disacharydy są również oligosacharydami.

Polisacharydy

Polisacharydy składają się z więcej niż 10 jednostek cukrowych i mogą składać się z powtarzających się jednostek tego samego monosacharydu (homopolisacharydów) lub ze stosunkowo złożonych mieszanin różnych monosacharydów (heteropolisacharydów). Przykładami polisacharydów są skrobia, celuloza, hemiceluloza, pektyny i glikogen.

Zwykle połączenie „jednostek cukrowych” disacharydów, oligosacharydów i polisacharydów następuje poprzez wiązanie zwane wiązaniem glikozydowym, które następuje dzięki utracie cząsteczki wody.

Klasyfikacja jego pochodnych

Podobnie jak w przypadku wielu cząsteczek o wielkim znaczeniu w przyrodzie, węglowodany mogą działać jako „budulec” dla innych związków, które mogą pełnić podobne lub radykalnie różne funkcje. Zgodnie z tym takie instrumenty pochodne można sklasyfikować, ze względu na ich charakterystykę, w następujący sposób:

Estry fosforanowe

Są to na ogół fosforylowane monosacharydy, w których grupa fosforylowa jest przyłączona do sacharydu poprzez wiązanie estrowe. Są to niezwykle ważne cząsteczki w dużej części komórkowych reakcji metabolicznych, ponieważ zachowują się jak „związki aktywowane”, których hydroliza jest korzystna termodynamicznie.

Wybitne przykłady obejmują 3-fosforan gliceraldehydu, 6-fosforan glukozy, 1-fosforan glukozy i 6-fosforan fruktozy.

Kwasy i laktony

Są produktem utleniania niektórych cukrów prostych za pomocą określonych środków utleniających. Kwasy aldonowe powstają w wyniku utleniania glukozy alkaliczną miedzią, a te w roztworze są w równowadze z laktonami. Gdy utlenianie jest kierowane przez katalizę enzymatyczną, mogą powstawać laktony i kwasy uronowe.

Alditole, poliole lub alkohole cukrowe

Powstają w wyniku utleniania grupy karbonylowej niektórych monosacharydów; ich przykładami są erytrytol, mannitol i sorbitol lub sorbitol.

Cukry aminowe

Są pochodnymi monosacharydów, do których została przyłączona grupa aminowa (NH2), generalnie na węglu w pozycji 2 (zwłaszcza w glukozie). Najbardziej znanymi przykładami są glukozamina, N-acetyloglukozamina, kwas muraminowy i kwas N-acetylomuraminowy; jest też galaktozamina.

Struktura chemiczna glukozaminy (źródło: Edgar181 za pośrednictwem Wikimedia Commons)

Deoksysugary

Są pochodnymi monosacharydów, które powstają, gdy tracą atom tlenu w jednej ze swoich grup hydroksylowych, dlatego nazywane są „deoksy” lub „deoksysugary”.

Do najważniejszych należą te, które tworzą szkielet DNA, czyli 2-deoksyryboza, ale są też 6-deoksymopiranoza (ramnoza) i 6-deoksygalaktofuranoza (fukoza).

Glikozydy

Związki te powstają w wyniku eliminacji cząsteczki wody przez połączenie anomerycznej grupy hydroksylowej monosacharydu i grupy hydroksylowej innego związku hydroksylowanego.

Klasycznymi przykładami są ouabaina i amigdalina, dwa szeroko stosowane związki, które są ekstrahowane odpowiednio z afrykańskiego krzewu i nasion gorzkich migdałów.

Klasyfikacja według zastosowania w przygotowywaniu żywności

Kostki cukru (źródło: Dietmar Rabich / Wikimedia Commons / „Würfelzucker - 2018 - 3564” / CC BY-SA 4.0 za pośrednictwem Wikimedia Commons)

Wreszcie, węglowodany można również sklasyfikować według zastosowania, jakie można im podać w trakcie przygotowywania potraw kulinarnych. W tym sensie istnieją węglowodany słodzące, takie jak sacharoza (disacharyd), fruktoza (monosacharyd) oraz, w mniejszym stopniu, maltoza (inny disacharyd).

Podobnie, istnieją węglowodany zagęszczające i węglowodany żelujące, jak na przykład w przypadku skrobi i pektyn.

Bibliografia

1. Badui Dergal, S. (2016). Chemia gastronomiczna. Meksyk, Pearson Education.
2. Chow, KW i Halver, JE (1980). Węglowodany. ln: Technologia karmy dla ryb. Program Narodów Zjednoczonych ds. Rozwoju FAO, Organizacja Narodów Zjednoczonych ds. Wyżywienia i Rolnictwa, Rzym, Włochy, 104–108.
3. Cummings, JH i Stephen, AM (2007). Terminologia i klasyfikacja węglowodanów. Europejski dziennik żywienia klinicznego, 61 (1), S5-S18.
4. Englyst, HN i Hudson, GJ (1996). Klasyfikacja i pomiar węglowodanów w diecie. Chemia żywności, 57 (1), 15-21.
5. Mathews, CK, Van Holde, KE i Ahern, KG (2000). Biochemistry, wyd. San Francisco: Benjamin Cummings
6. Murray, RK, Granner, DK, Mayes, PA i Rodwell, VW (2014). Ilustrowana biochemia Harpera. McGraw-Hill.