مطالب به آدرس زیر منتقل شدند.

با توجه به پیچیدگی حیات بر روی زمین، انتظار می رود تا جانداران تنوع مولکولی بسیار زیادی داشته باشند. اما با این وجود تمامی مولکول های مهم بدن جانداران، از فیل گرفته تا باکتری ها، در چهار دسته قرار می گیرند؛ کربوهیدرات ها، لیپید ها، پروتئین ها و اسید های نوکلئیک. در این مطلب به بررسی عملکرد کربوهیدرات ها را خواهیم پرداخت.

پلی مر و مونومر

مولکول های مهم زیستی (کربوهیدرات ها، لیپید ها، پروتئین ها و اسید های نوکلئیک) مولکول های زنجیر مانندی هستند که به آنها پلی مر گفته می شود. (از واژه یونانی Polys ، به معنی بسیاری، و  meris به معنای بخش گرفته شده است.) یک پلی مر، مولکولی بلند با واحدهای مشابه یکسان است که با پیوند های کووالانسی به هم چسبیده اند. واحد های تشکیل دهنده پلی مر، مولکول های کوچکی هستند که به آنها مونومر گفته می شود.

کربوهیدرات ها

کربوهیدرات ها شامل قند ها و پلی مر های قندی هستند. ساده ترین کربوهیدرات ها، مونوساکارید ها و یا به بیانی دیگر قندهای ساده می باشند. دی ساکاریدها یا دوقندی ها از دو واحد مونوساکاریدی ساخته شده اند که با واکنش تراکمی یا آب دهی به هم می پیوندند. کربوهیدرات های درشت مولکول را پلی ساکارید می نامند که از تعداد زیادی واحدهای قندی ساخته شده اند.

قند ها  

مونوساکاریدها (از کلمه یونانی monos به معنی تک و sacchar به معنی قند گرفته شده است) عموما دارای فرمول هایی مولکول هستند که مضربی از واحد های CH2O می باشند. گلوکز (  C6H12O6) به عنوان معمول ترین مونوساکارید در شیمی حیات، از اهمیت زیادی برخوردار است. ویژگی مهم دیگر در گروه بندی قندها، اندازه اسکلت کربنی است که از 3 تا 7 کربن و حتی بیشتر هم متغییر است. گلوکز، فروکتوز و دیگر قندهای 6 کربنی را هگزوز می نامند تریوزها (قندهای سه کربنی) و پنتوزها (قندهای پنج کربنی) نیز از قند های رایج هستند. مولکول های گلوکز مانند سایر قندها به شکل حلقوی هستند. (شکل 1)

مونوساکاریدها و به ویژه گلوکز، غذای اصلی سلول ها به شمار می روند. در فرایند تنفس سلولی، سلول ها انرژی مورد نیاز خود را از گلوکز به دست می آورند. مولکوله های قندی نه تنها به عنوان سوخت عمده سلولی به کار می روند بلکه، اسکلت کربنی آنها به عنوان ماده خام، برای ساخت دیگر انواع مولکول های آلی کوچک، همچون آمینواسید ها و اسید های چرب، به کار می روند.

یک دوقندی یا دی ساکارید شامل دو مونوساکارید است که با پیوند گلیکوزیدی (پیوند کووالانسی بین دو مونوساکارید) و به کمک واکنش آب دهی به هم پیوند شده اند. برای مثال، مالتوز، دوقندی است که از به هم چسبیدن دو مولکول گلوکز ساخته می شود. (شکل 2)

مالتوز به عنوان قند مالت در تهیه آب جو استفاده می شود. رایج ترین دوقندی، ساکارز است که قند چغندر به شمار می رود. مونومر های سازنده آن گلوکز و فروکتوز هستند. لاکتوز یا قند شیر، دو قندی دیگری است که در آن یک گلوکز به مولکول گالاکتوز پیوند یافته است.

پلی ساکاریدها

پلی ساکاریدها، درشت مولکول هایی به صورت پلی مری از صد تا چند هزار واحد قندی متصل شده با پیوند گلیکوزیدی هستند. برخی پلی ساکاریدها به عنوان مواد ذخیره ای به کار می روند و با هیدرولیز شدن، (فرآیند که در آن پلی مر ها به واحد های مونومری اولیه تبدیل می شوند) قند مورد نیاز سلول ها را فراهم می کنند. پلی ساکاریدهای دیگر به عنوان مواد سازنده ساختارهای نگهدارنده سلول و یا کل بدن جاندار استفاده می شوند. ساختار و عملکرد یک پلی ساکارید با مونومر های قندی تشکیل دهنده و نیز جایگاه پیوند های گلیکوزیدی آن تعیین می شود.

پلی ساکارید های ذخیره ای

نشاسته به عنوان پلی ساکارید ذخیره ای گیاهان، پلی مری است که به طور کامل از مونومرهای گلوکز ساخته شده است. پیوند در نشاسته درست همانند پیوند واحدهای گلوکز در مالتوز است. (شکل 2 را ببینید) زاویه این پیوند ها منجر به مارپیچی شدن پلی مر فوق می گردد. ساده ترین شکل نشاسته، آمیلوز است که بدون شاخه است. آمیلوپکتین، شکل پیچیده نشاسته است که در ساختار آن، پیوندهای کربن از 1 به 6 در محل انشعاب دیده می شود. گیاهان نشاسته را به صورت دانه هایی در ساختارهای سلولی به نام پلاستیدها ( ازجمله کلروپلاست ها) ذخیره می کنند. (شکل 3)

بیشتر جانوران و نیز انسان، دارای آنزیم هایی هستند که می توانند نشاسته گیاهی را هیدرولیز نموده و واحد های گلوکز را به عنوان ماده غذایی در دسترس سلول قرار دهند. غده سیب زمینی و دانه ها (میوه گندم، جو، برنج و سایر غلات) منابع عمده نشاسته در رژیم غذایی انسان به شمار می روند.

جانوران، پلی ساکاریدها را به شکل گلیکوژن ذخیره می کنند که پلی مری از واحدهای گلوکز و مشابه آمیلوپکتین است ولی انشعابات آن بیشتر می باشد. (شکل 3) انسان ها و دیگر مهره داران، گلیکوژن را در کبد و سلول های ماهیچه ای ذخیره می کنند.

سلولز پلی ساکارید دیگری ست که در گیاهان، بخش اصلی دیواره های سفت و محکم پیرامون سلول های گیاهی را می سازد. در یک مقیاس کلی، گیاهان حدود 100 میلیارد تن سلولز در سال می سازد که فراوان ترین ترکیب آلی در روی زمین به شمار می رود. همانند نشاسته سلولز نیز پلی مری از واحد های گلوکز است، اما پیوند گلیکوزیدی آن بین دو مونومر قندی، با نشاسته فرق دارد. (شکل 4)

شکل بالا تفاوت ساختاری بین چند قند را نشان می دهد که شکل اول مربوط به ساختار سلولز و شکل دوم مربوط به ساختار نشاسته می باشد که می توانید تفاوت را بین پیوند های آنها مشاهده کنید.

مولکول سلولز کاملا مستقیم است ( بدون شاخه می باشد) و با مولکول های های دیگر سلولز که به صورت موازی با رشته اول قرار کرفته اند پیوند برقرار می کند. در دیواره های سلول های گیاهی، مولکول های سلولز موازی هم قرار گرفته و واحد هایی به نام ریز رشته ها (میکروفیبریل) را ایجاد نموده اند. (شکل 5)

این ریز رشته های طناب مانند، ترکیبات ساختاری محکمی برای گیاهان و نیز انسان ها به شمار می آیند، انسان ها از چوب که مملو از سلولز است به عنوان الوار استفاده می کنند. آنزیم هایی که نشاسته را گوارش می دهند نمی توانند مولکول های سلولز را گوارش دهند، که این به دلیل ساختار های کاملا متفاوت این دو مولکول است. انسان ها آنزیم گوارش دهنده سلولز را ندارند و سلولز درون رژیم غذایی آنها از لوله گوارشی عبور کرده و به شکل مدفوع، خارج می گردد. اما در این مسیر، سلولز، دیواره لوله گوارشی را ساییده و آن را تحریک می کند که مخاط ترشح نماید و این مخاط ترشحی به عبور آسان غذا از لوله گوارشی کمک می نماید. گاو دارای باکتری های گوارش دهنده سلولز است که می توانند این مولکول ها  را هیدرولیز کرده و گلوکز حاصل را به دیگر مواد غذایی تبدیل کنند که توسط گاو مصرف می شود. پلی ساکارید مهم دیگر، کیتین است. کیتین، کربوهیدرات مورد استفاده بندپایان(حشرات، عنکبوت ها، سخت پوستان و جانوران وابسته) است، که از آن در ساخت اسکلت خارجی شان استفاده می کنند. کیتین شباهت بسیاری به سلولز دارد به جز اینکه، مونومر گلوکزی کیتین دارای بخش نیتروژن دار است. (شکل 6)

منبع :

بیولوژی کمپبل