Karbonhidrato

Glukozo – direkt-ĉena formo
Dosiero:Alpha-D-Glucopyranose.svgFruktozo – direkt-ĉena formo
Dosiero:D-Fructose.svgRibozo - furanoza (aromata) formo
170x170ra
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.

dekstra
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:
Dosiero:fotosintezo-1.gif

 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. ĥitino 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 – disaĥaridojn, oligosaĥaridojn aŭ polisaĥaridojn.

 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 karbonhidratojn 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:

Dosiero:Glukozo-k-ribulozo.gif

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 
eta|280px|Saĥarozo: glukozo (maldekstre) kaj fruktozo (dekstre) gravaj disaĥaridaj molekuloj en la homa korpo.
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 
eta|maldekstre|250px|Amelo el maizo miksota kun akvo.
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 
eta|Gren-produktoj: riĉaj fontoj de karbonhidratoj.
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 ĥitino 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.Food and Nutrition Board (2002/2005). Dietary Reference Intakes for Energy, Carbohydrate, Fiber, Fat, Fatty Acids, Cholesterol, Protein and Amino Acids En Webarchive  10a de Februaro, 2007. Washington, D.C.: The National Academies Press. P. 769 En Webarchive  12a de Septembro, 2006. . 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).Joint WHO/FAO expert consultation (2003).  (PDF). Ĝenevo: Monda Organizaĵo pri Sano. pp. 55–56. . 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.  

Klasigo
eta|maldekstre|230ra|Fruktoj: granato, piroj, pomoj, bananoj, oranĝo kaj gujavo. Fruktoj estas foje klasigitaj kiel simplaj (sukeroj) aŭ kompleksaj karbonhidratoj.
Nutristoj ofte referencas karbonhidratojn ĉu kiel simplaj aŭ kompleksaj. Tamen, la preciza distingo inter tiuj grupoj povas esti ambigua. La termino kompleksa karbonhidrato estis por la unua fojo uzata en la publikaĵo de la Komitato de la Usona Senato por Nutrado kaj Homaj Necesoj nome Dietary Goals for the United States (Dietaj Celoj por Usono, 1977) kie oni intencas distingi sukerojn disde aliaj karbonhidratoj (kiuj estis perceptitaj kiel nutrade superaj).Joint WHO/FAO expert consultation (1998), Carbohydrates in human nutrition, chapter 1 . . Tamen, tiu informaĵo metas "fruktojn, legomojn kaj kompletajn grenojn" en la kolumno de kompleksaj karbonhidratoj, spite la fakton ke tiuj povas enhavi sukerojn same kiel polisaĥaridojn. Tiu konfuzo restas ĉar nuntempe kelkaj nutristoj uzas la terminon "kompleksa karbonhidrato" por referenci ajnan specon de digestebla saĥarido ĉeesta en tuta manĝaĵo, kie estas ankaŭ fibro, vitaminoj kaj mineraloj (kontraste al procezitaj karbonhidratoj, kiuj havigas energion sed ankaŭ malmultajn aliajn nutraĵojn). La normiga uzado, tamen, celas klasigi karbonhidratoj kemie: simplaj se ili estas sukeroj (monosaĥaridoj kaj disaĥaridoj) kaj kompleksaj se ili estas polisaĥaridoj (aŭ oligosaĥaridoj).

Ajnaokaze, la kemia distingo de simplaj kontraŭ kompleksaj havas malmultan valoron por determini la nutradan kvaliton de karbonhidratoj. Kelkaj simplaj karbonhidratoj (por ekzemplo, fruktozo) plialtigas la sangoglukozon rapide, dum kelkaj kompleksaj karbonhidratoj (ameloj), plialtigas la sangoglukozon malrapide. La rapido de digestado estas determinata pere de vario de faktoroj inter kiuj tiuj aliaj nutrantoj kiuj estas konsumataj kun la karbonhidrato, kiel la manĝo estas preparata, individuaj diferencoj en metabolo, kaj la kemia kompono de la karbonhidrato. Karbonhidratoj estas foje dividataj en "disponeblaj karbonhidratoj", kiuj estas alsorbitaj en la maldika intesto kaj "nedisponeblaj karbonhidratoj", kiuj pasas al la dika intesto, kie ili suferas fermentadon fare de la gastrointesta mikrobioto.

dekstra|eta|230ra|Pano farita el plena tritiko nur (sen sekalo, aŭ aliaj grajnoj). Plentritika pano havas, nature, helbrunan koloron.
La informaĵo pri la usona ministerio pri agrikulturo, United States Department of Agriculture (USDA) nome Dietary Guidelines for Americans 2010 (Dietaj Gvidlinioj por usonanoj por 2010) alvokas al modera ĝis alta konsumado de karbonhidratoj el ekvilibra dieto kiu inkludas ses unu-uncajn konsumojn de greno ĉiutage, almenaŭ la duonon el fontoj de plenaj grenoj kaj la cetero estu el riĉigita greno.United States Department of Health and Human Services kaj USDA, Dietary Guidelines for Americans 2010 .

La konceptoj de glukemia indico kaj de glukemia ŝarĝo disvolviĝis por karakterizi la manĝokonduton dum la homa digestado. Ili rangigas la manĝaĵojn riĉajn je karbonhidratoj bazitaj sur la rapideco kaj grando de ties efiko al la niveloj de glukozo en sango. La glukemia indico estas mezuro kiel rapide la glukozo de la manĝo estas alsorbita, dum la glukemia ŝarĝo estas mezuro de la totala alsorbebla glukozo en manĝoj. La indico de insulino estas simila koncepto, pli ĵusa klasigmetodo kiu rangigas la manĝaĵojn surbaze en iliaj efikoj al la niveloj de insulino en sango, kiuj estas okazigitaj pere de glukozo (aŭ amelo) kaj de kelkaj aminoacidoj en la manĝaĵoj.

 Sanefiko de dieta restrikto de karbonhidratoj 

Dietoj malaltaj je karbonhidratoj povas maltrafi sanavantaĝojn – kiel pliigita ekhavo de dieta fibro – havigitajn per alt-kvalitaj karbonhidratoj troveblaj en legomoj kaj guŝoj, kompletaj grenoj, fruktoj, kaj aliaj vegetaloj. "Meta-analizo, de modera kvalito," inkludis kiel negativajn efikojn de la dieto halitozon, kapdoloron kaj konstipon.

Dietoj malaltaj je karbonhidratoj povas esti tiom efektivaj kiel dietoj malaltaj je grasoj por helpi la atingon de pezoperdo laŭlonge de mallonga tempoperiodo kiam la ĝenerala kaloriengluto estas reduktita. Aserto de scienca uson-bazita internacia organizo Endocrine Society diras, ke "kiam la kaloriengluto estas tenita konstante [...] la akumulado de graso en korpo ne ŝajnas esti tuŝata de eĉ tre markitaj ŝanĝoj en la kvanto de graso kontraŭ karbonhidrato en la dieto." Laŭ longaj tempoperiodoj, efektiva perdo aŭ reteno de pezo dependas de la kalorirestrikto, ne de la proporcio de makronutraĵoj en dieto. La defendantoj de dieto asertas, ke karbonhidratoj okazigas troan grasakumuladon pro pliigo de la niveloj de insulino en sangoj, kaj ke la fakto ke dietoj malaltaj je karbonhidratoj havas "metabolan avantaĝon", ne estas subtenita pere de klinika pruvaro. Krome, ne klaras kiel dietoj malaltaj je karbonhidratoj povas efiki sur la korvaskula sano, kvankam du artikoloj montris, ke restrikto de karbonhidratoj povas plibonigi la markilojn de lipidoj por la risko de korvaskula malsano risk.

Dietoj malaltaj je karbonhidratoj ne estas pli efektivaj ol konvencia saniga dieto por preventi la aperon de diabeto tipo 2, sed por personoj kun diabeto tipo 2, ili estas atingebla ŝanco por perdi pezon aŭ helpi kontroli la glukemian nivelon. Estas nur limigita pruvaro por subteni la rutinan uzadon de dietoj malaltaj je karbonhidratoj kiel rimedo por kontroli la pliigon de diabeto tipo 1. La usona American Diabetes Association rekomendas, ke homoj suferantaj je diabeto devus adopti ĝeneralan sanigan dieton, anstataŭ dieto fokusita al karbonhidratoj aŭ al aliaj makronutraĵoj.

Ekstrema formo de dietoj malaltaj je karbonhidratoj – nome "ketogenika dieto" – estis establita kiel medicina dieto por la traktado de epilepsio. Pere de reklamado fare de famuloj dum la komenco de la 21a jarcento, ĝi iĝis moda dieto kiel rimedo por pezperdo, sed kun riskoj de nedezireblaj flankefikoj, kiel malaltaj energiniveloj kaj pliiĝinta malsato, sendormeco, naŭzo, kaj misordoj je la aparato de digestado.  La Brita Dietika Asocio nomis ĝin unu el la "5 pintaj plej malbonaj dieto evitendaj en 2018".

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

 Notoj 




Kategorio:Nutrado