Karbonhidrato

En la biokemio, la karbonhidratoj aŭ saĥaridoj estas relative baza klaso de la kemiaj kombinaĵoj. Ili estas primaraj biologiaj fontoj por deponado kaj spirado de la vivuloj. La nomo estas el tempo, kiam oni ne konis la kemian strukturon de la karbonhidratoj. Saĥaridoj estas gravaj kemiaj kombinaĵoj el biologia kaj komerca vidpunktoj. Ili estas polihidroksaj aldehidoj aŭ ketonoj, aŭ substancoj kiuj liveras tiajn kombinaĵojn post hidrolizo. Saĥaridoj estas vaste troveblaj en la naturo kaj inkludas substancojn tiel konatajn kiel: celulozon, manĝotablan sukeron kaj amelon. En naciaj lingvoj, same kiel en Esperanto, la tradicia nomo por saĥarido temas pri karbonhidrato. Ĝi originas el tiu frua observo: ke la varmigo de tiuj kombinaĵoj rezultigas akvon kaj nigran karbon-restaĵon, kaj tio malĝuste supozigis ke ili estus hidratoj de karbono.

Plej okulfrapa kemia karakterizaĵo de saĥaridoj estas: ke ili entenas grandan nombron da funkciaj grupoj. Ekzemple, la saĥarido ribozo havas funkcian grupon ĉe ĉiuj siaj atomoj de ĉeno konsistanta el kvin karbonatomoj. (Vidu dekstran bildon.)

Krom hidroksilaj grupoj, plejmulto da saĥaridoj havas ankaŭ karbonilan grupon -ketona aŭ aldehidan funkcian grupon- kiel parton de sia molekula strukturo. Saĥaridoj plenumas kvar gravajn rolojn en vivaĵoj:
 Ili provizas energion per sia oksidiĝo
 Ili disponigas karbonon por la sintezo de ĉelkomponantoj
 Ili servas kiel stokita formo de kemia energio
 Ili formas parton de strukturaj elementoj de kelkaj ĉeloj kaj histoj

La fonto de saĥaridoj estas la fotosinteza procezo, dum kiu plantoj enhavantaj klorofilon transformas karbonan dioksidon kaj akvon en saĥaridojn, helpe de energio el sunlumo:

Klasifiko de saĥaridoj 
Ekzistas tri ĉefaj klasoj de saĥaridoj: mono-, di- kaj polisaĥaridoj:

Strukturo 
La karbonhidratoj enhavas karbonajn, hidrogenajn kaj oksigenajn molekulojn en 1:2:1 rilato kaj formas la ĝeneralan formulon de CnH2nOn. Menciinde, ke kelkaj gravaj karbonhidratoj havas alian formulon CmH2nOn (kun m ≠ n) - kiel la glucido - aŭ ankoraŭ CnH2nOp (kun n ≠ p) - kiel la desoksiribozo. Kelkaj kombinaĵoj havas pliajn elementojn ligitajn al la karbonhidratoj, ekz. kitino enhavas ankaŭ nitrogenon.
La plej simplaj karbonhidratoj estas la monosaĥaridoj, kiuj estas malgrandaj artefaritaj aldehidoj kaj ketonoj kun hidroksilaj grupoj, kiuj NE estas ligitaj al la karbonila grupo.
Aliaj karbonhidratoj estas kombinaĵoj el monosaĥaridaj unuoj per hidrolizo. Ili nomiĝas - post la kvalito kaj kvanto de monosaĥaridoj enhavantaj – disaĥaridoj, oligosaĥaridoj aŭ polisaĥaridoj.

Monosaĥaridoj 
Oni povas klasifiki monosaĥaridojn laŭ situo de karbonila grupo (C=O) al aldehido (ĉefina) kaj al ketono (nefina situo). Alia priskribo okazas laŭ la enhavantaj karbonatomoj (triozo, tetrozo, pentozo, heksozo, heptozo).
Ekz. glukozo estas aldoheksozo, fruktozo estas ketoheksozo kaj ribozo estas aldopentozo. Plue, ĉiu karbonatomo kun hidroksila grupo (escepte la unuan kaj la lastan) estas optike aktiva, permesante kelkajn diversajn karbonhidratoj kun la sama baza strukturo.
Ekz. galaktozo estas aldoheksozo, sed la diferenco en la proprecoj al glukozo estas, ke la atomoj estas diverse aranĝitaj.

La direkt-ĉena (alifata) strukturo povas priskribi nur unu formon de la monosaĥaridoj. La aldehida aŭ ketona grupo povas reagi kun la hidroksila grupo de la karbonatomo, tiukaze estiĝas ringa formo kun oksigena ponto, kiu estas en ekvilibro kun la alifataj formoj. Menciinde, ke la ringa formo estas pli aktiva optike ol la alifata formo kaj ambaŭ havas la alfan kaj betan formon, kiuj interkonvertiĝas restante en ekvilibra stato.

Monosaĥaridoj konsistas el unusola polihidroksila aldehida aŭ ketona unuo. Monosaĥaridoj estas plue klasigeblaj laŭ la nombro de siaj karbonatomoj. Tiele, simplaj sukeroj enhavantaj tri, kvar, kvin aŭ ses karbonatomojn nomiĝas respektive: triozoj, tetrozoj, pentozoj kaj heksozoj.

La ĉeeston de aldehida grupo en monosaĥarido signas la prefikso aldo-. Simile, ketona grupo estas signita per prefikso keto-. Tiel, ekzemple, glukozo estas aldoheksozo, kaj ribulozo estas ketopentozo:

La pentozoj ribozo kaj desoksiribozo (ribozo al kiu mankas unu oksigenatomo), estas biologie gravaj kiel komponantoj de nukleataj acidoj. Ilin oni trovas en ĉiu vivanta ĉelo kaj rolas en la sintezo de proteinoj kaj en la transportado de genetikaj informoj.

El la monosaĥaridoj, la heksozoj estas plej gravaj por la nutrado, kaj ankaŭ plej abundaj en naturo. glukozo (kelkfoje nomata "dekstrozo") kaj fruktozo troviĝas nature en libera formo, dum galaktozo troviĝas nature nur en kombinita formo.

Disaĥaridoj 

La plej konataj disaĥaridoj estas la saĥarozo (kana aŭ beta sukero – kombinaĵo el unu glukozo kaj unu fruktozo), laktozo (laktosukero – konsistanta el unu glukozo kaj unu galaktozo) kaj maltozo (kombinaĵo el du glukozoj).
La ĝenerala formulo de la disaĥaridoj estas C12H22O11. La ligilo inter la du monosaĥaridoj rezultas la perdon de unu hidrogenmolekulo el la unu kaj de la hidroksilgrupo de la alia.

Disaĥaridoj estas saĥaridoj kemie kunligitaj el du monosaĥaridaj unuoj per acetala ligo. Plej konata ekzemplo estas saĥarozo, aŭ manĝotabla sukero. En la kemia senco, "sukero" estas iu ajn saĥarido kiu havas dolĉan guston.

Disaĥaridoj estas hidrolizeblaj kaj el tio rezultas iliaj monosaĥaridaj eroj per boligo kun diluaj acidoj aŭ per ilia reakciigo kun konvenaj enzimoj. El vidpunkto de nutrado, la plej gravaj membroj de tiu ĉi grupo estas: maltozo, laktozo kaj saĥarozo.

Polisaĥaridoj 

Unu parto de la polisaĥaridoj estas depona materialo kiel amelo ĉe plantoj kaj glikogeno ĉe bestoj. La amelo konstruiĝas el amelozo (ne-disbranĉanta glukozĉeno) kaj amilopektino (disbranĉanta). La glikogeno similas al la amilopektino, sed pli ofte disbranĉiĝas.
La alia parto de polisaĥaridoj estas struktura materialo kiel celulozo, pektino. La celulozo estas longa, ne disbranĉanta ĉeno el kelkaj mil glukozmolekuloj. En la celulozo estiĝas hidrogenaj ligoj, kiujn povas biologie malligi nur bakterioj.

Polisaĥaridoj konsistas el tre longaj ĉenoj de kunligitaj monosaĥaridaj unuoj, do: polimeroj de monosaĥaridoj kiuj tiel havas grandan molekulmason. Polisaĥaridaj ĉenoj povas esti liniaj aŭ branĉaj. La ordinaraj polisaĥaridoj entenas glukozajn ripet-unuojn; ekzemploj estas amelo, glikogeno kaj celulozo.

Post plena hidrolizo per acidoj aŭ enzimoj la polisaĥaridoj redonas siajn formintajn monosaĥaridojn. La ecoj de polisaĥaridoj tre diferencas disde tiaj de ordinaraj monosaĥaridoj kaj disaĥaridoj.

Nutrado 

Karbonhidratoj konsumitaj en manĝaĵoj portas 3.87 kilokaloriojn de energio por gramo por simplaj sukeroj, kaj 3.57 ĝis 4.12 kilokalorioj por gramo por kompleksaj karbonhidratoj en plej al aliaj manĝaĵoj. Relative altaj niveloj de karbonhidratoj estas asociataj kun procezitaj manĝaĵoj (kiel fromaĝo) aŭ rafinitaj manĝaĵoj faritaj el plantoj, kiel dolĉaĵoj, biskvitoj kaj tortoj, surtabla sukero, mielo, sukotrinkaĵoj, pano kaj aliaj panaĵoj, marmelado kaj fruktoproduktoj, pasto kaj cerealoj por matenmanĝo. Pli malaltaj kvantoj de karbonhidratoj estas kutime asociataj kun nerafinitaj manĝaĵoj, kiel faboj, tuberoj, rizo kaj nerafinitaj fruktoj. Animal-bazitaj manĝaĵoj ĝenerale havas pli malaltajn nivelojn de karbonhidratoj, kvankam lakto enhavas altan proporcion de laktozo.

Organismoj tipe ne povas metaboligi ĉiujn tipojn de karbonhidrato por akiri energion. Glukozo estas preskaŭ universala kaj alirebla fonto de energio. Multaj organismoj havas ankaŭ kapablon metaboligi aliajn monosaĥaridojn kaj disaĥaridojn, sed glukozo estas ofte metaboligita la unua. En Escherichia coli, por ekzemplo, la "lac operon" rezultos en enzimoj por la digestado de laktozo kiam ĝi ekzistas, sed se kaj laktozo kaj glukozo estas ekzistantaj la lac operon estas repremita, rezulte en la fakto, ke la glukozo estas uzata la unua. Ankaŭ polisaĥaridoj estas oftaj energifontoj. Multaj organismoj povas facile disrompi la amelojn en glukozon; plej organismoj, tamen, ne povas metaboligi celulozon aŭ aliajn polisaĥaridojn kiel la kitino kaj arabinoksilanoj. Tiaj karbonhidratoj povas esti metaboligitaj fare de kelkaj bakterioj kaj protistoj. Remaĉuloj kaj termitoj, por ekzemplo, uzas mikroorganismojn por procezigi celulozon. Kvankam tiuj kompleksaj karbonhidratoj ne estas digesteblaj, ili estas grava dietelemento por homoj, nome "dieta fibro". Fibroj plibonigas digestadon, inter aliaj profitoj.

La nordamerika Institute of Medicine rekomendas, ke usonaj kaj kanadaj plenkreskuloj inter 45 kaj 65% de la manĝ-energio venu el kompletgrenaj karbonhidratoj. La Organizaĵo pri Nutrado kaj Agrikulturo kaj la Monda Organizaĵo pri Sano kune rekomendas, ke la landaj dietaj gvidlinioj indikos celon de 55–75% de la totala energio el karbonhidratoj, sed nur 10% rekte el sukeroj (ilia termino por simplaj karbonhidratoj). Revizio en 2017 de la sistemo Cochrane konkludis, ke estas nesufiĉa pruvaro por subteni la postulon, ke la tuta grendietoj povas rezulti en kardiovaskula malsano.

Vidu ankaŭ 
 Biokemio
 Glikolizo
 Hidrokarbono
 Hilaire Marin Rouelle (1718-1779)
 Polisaĥarido
 Kombinaĵoj de hidrogeno

Notoj 

 

Nutrado
Nutraĵo
 
Kemiaj kombinaĵoj
Biokemio