Ugljikohidrati

Laktoza je disaharid koji se nalazi u mlijeku. Sastoji se od jedne molekule D-galaktoze i jedne molekule D-glukoze vezanih beta-1-4-glikozidnom vezom. Ima formulu C₁₂H₂₂O₁₁.

Ugljikohidrati su velike biološke molekule ili makromolekule sastavljene od ugljikovih (C), vodikovih (H) i kisikovih (O) atoma, obično s omjerom atoma vodika i kisika od 2 : 1 (kao u vodi), odnosno empirijske formule C_m(H₂O)_n (pri čemu m može biti različit od n). Postoje neke iznimke poput deoksiriboze, šećerne komponente DNA, koja ima empirijsku formulu C₅H₁₀O₄. Ugljikohidrati su u tehničkom pogledu hidrati ugljika, premda ih je strukturalno bolje promatrati kao polihidroksialdehide i ketone.

Naziv je najčešći u biokemiji gdje se kao sinonimi za njih rabe nazivi saharidi ili šećeri. Ugljikohidrati (saharidi) najčešće se dijele na četiri skupine: monosaharide, disaharide, oligosaharide i polisaharide. Općenito se monosaharidi i disaharidi, kao maleni ugljikohidrati (male molekularne mase), obično nazivaju šećerima. Riječ saharid potječe od grčke riječi σάκχαρον (sákharon) što znači "šećer". Iako je znanstvena nomenklatura ugljikohidrata složena, imena monosaharida i disaharida vrlo često završava sufiksom -oza. Na primjer, grožđani šećer jest monosaharid glukoza, trščani šećer jest disaharid saharoza, a mliječni šećer jest disaharid laktoza (vidi ilustraciju).

Ugljikohidrati izvršavaju mnoge uloge u živim organizmima. Polisaharidi služe kao spremišta energije (npr. škrob i glikogen) i strukturalne komponente (npr. celuloza u biljaka i hitin u člankonožaca). Riboza, monosaharid s pet ugljikovih atoma, važna je komponenta koenzimâ (npr. ATP-a, FAD-a i NAD-a) i kralježnica genetičke molekule poznate kao RNA. Srodna deoksiriboza je jedna od komponenata DNA. Saharidi i njihovi derivati uključuju mnogo ostalih važnih biomolekula koje igraju ključne uloge u imunosnom sustavu, fertilizaciji, sprečavanju patogeneze, zgrušavanju krvi i razvoju.

U bromatologiji ili znanosti o hrani i u mnogim drugim neformalnim kontekstima naziv ugljikohidrat često označava svaku hranu koja je posebno bogata složenim ugljikohidratom škrobom (poput žitarica, kruha i tjestenine) ili jednostavnim ugljikohidratima poput šećera (prisutna u slatkišima, džemovima i desertima).

Sastav, podjela i važnost ugljikohidrata

Ugljikohidrati uključuju:

• jednostavne šećere ili monosaharide (npr. glukozu i fruktozu),

• te složene šećere:

- oligosaharide (ponajprije disaharide, npr. saharozu, laktozu) i
- polisaharide (glikogen, škrob i celulozu).

Svi složeni ugljikohidrati građeni su od jednostavnih monosaharidnih jedinica. U prirodi nastaju u biljkama i fotosintetskim mikroorganizmima iz ugljikova dioksida i vode procesom fotosinteze. Ugljikohidrati su najčešće molekule u prirodi. S bjelančevinama, aminokiselinama, lipidima i drugim spojevima izgrađuju složene stjenke bakterijskih stanica.

Ugljikohidrati su glavno metabolitičko gorivo u biljaka, životinja i čovjeka. Biljke ih mogu sintetizirati, a životinje i čovjek ih moraju unijeti hranom. Zbog toga su ugljikohidrati bitan dio ljudske prehrane.

Polimerni se ugljikohidrati (škrob, glikogen) prije daljnje metabolitičke razgradnje procesom glikolize moraju enzimski depolimerizirati u glukozu.

Njihova je uporaba vezana uz razvoj civilizacije (drvene kuće, brodovi, namještaj, papir, ogrjev, i dr.). I danas su nezamjenljiv izvor materijala u prehrambenoj, farmaceutskoj i drvnoj industriji. Važna su osnovna sirovina u proizvodnji papira, pamučnih vlakana, umjetne svile, alkohola, filmova i dr.

Celuloza, lignin i drugi ugljikohidrati izgrađuju nosive stjenke stanice i drvenasto tkivo biljaka.

Monosaharidi (glukoza i fruktoza)

Najrasprostranjeniji ugljikohidrati u prirodi su jednostavni šećeri glukoza i fruktoza. Slatkog su okusa, topljivi u vodi, ali se otapanjem u vodi ne mogu rastaviti.

Glukoza i fruktoza imaju istu kemijsku formulu C₆H₁₂O₆, ali se razlikuju po strukturi koja im daje i različita svojstva.

Glukoza

Podrobniji članak o temi: Glukoza

Glukoza je najrasprostranjeniji monosaharid u prirodi. Derivat je šećera i bitan među proizvod pri pretvorbi hrane u energiju. Samo manji dio potreba za glukozom čovjek može nadoknaditi iz neugljikohidratnih izvora.

Sastojak je voća (grožđa pretežito), meda, životinjskih tkiva, saharoze, te različitih polisaharida (celuloza, škrob, glikogen, dekstran).

Fruktoza

Podrobniji članak o temi: Fruktoza

Fruktoza je monosaharid sličan glukozi, ali umjesto aldehidne, sadržava keto-skupinu. Fruktoza je ugljikohidrat, ketoheksoza, izomer glukoze. Obično postoji u L-piranoznom obliku (levuloza).

To je vrlo sladak šećer koji je dobro topljiv u vodi. U prirodi se nalazi zajedno s glukozom u slatkome voću i medu. S glukozom tvori saharozu gdje se nalazi u D-furanoznom obliku.

Slobodna fruktoza česta je u voću, a vezana na glukozu čini disaharid saharozu. Fosfatni esteri fruktoze važni su međuprodukti u procesu glikoze.

Fotosinteza

Podrobniji članak o temi: Fotosinteza

Fotosinteza je složen proces pri kojemu se iz ugljikovog dioksida i vode uz pomoć sunčeve svjetlosti i klorofila iz kloroplasta proizvode kisik i šećer. Proces se odvija u zelenom dijelu biljke (gdje ima klorofila) a sastoji se od niza reakcija koje pospješuju prirodni katalizatori (enzimi).

U prirodi nastaju u biljkama i fotosintetskim mikroorganizmima iz ugljikova dioksida i vode procesom fotosinteze. Izravni proizvod fotosinteze je jednostavni ugljikohidrat, monosaharid glukoza (C₆H₁₂O₆), koja se dalje prevodi u druge šećere ili se polimerizira.

jednadžba fotosinteze:

6CO₂ + 6H₂O -> C₆H₁₂O₆ + 6O₂