Kolhydratmolekyler
Kolhydrater är viktiga makromolekyler som klassificeras i tre undertyper: monosackarider, disackarider och polysackarider.
Lärandemål
Beskriv strukturen hos mono-, di- och polysackarider
Nyckelresultat
Nyckelpunkter
- Monosackarider är enkla sockerarter som består av tre till sju kolväten och de kan existera som en linjär kedja eller som ringformade molekyler.
- Glukos, galaktos och fruktos är monosackaridisomerer, vilket innebär att de alla har samma kemiska formel men skiljer sig åt strukturellt och kemiskt.
- Disackarider bildas när två monosackarider genomgår en dehydreringsreaktion (en kondensationsreaktion); de hålls samman av ett kovalent band.
- Sackaros (bordssocker) är den vanligaste disackariden, som består av monomererna glukos och fruktos.
- En polysackarid är en lång kedja av monosackarider som är sammanlänkade med glykosidiska bindningar; kedjan kan vara förgrenad eller oförgrenad och kan innehålla många olika typer av monosackarider.
Nyckelbegrepp
- isomer: Någon av två eller flera föreningar med samma molekylformel men med olika struktur.
- dehydreringsreaktion: En kemisk reaktion där två molekyler kopplas samman kovalent i en reaktion som genererar H2O som en andra produkt.
- biopolymer: En kemisk reaktion där två molekyler kopplas samman kovalent i en reaktion som genererar H2O som en andra produkt.
- biopolymer: Varje makromolekyl i en levande organism som bildas genom polymerisering av mindre enheter; en polymer som förekommer i en levande organism eller är ett resultat av livet.
Kolhydrater kan representeras av den stökiometriska formeln (CH2O)n, där n är antalet kolväten i molekylen. Förhållandet mellan kol, väte och syre är därför 1:2:1 i kolhydratmolekyler. Ursprunget till termen ”kolhydrat” bygger på dess beståndsdelar: kol (”carbo”) och vatten (”hydrat”). Kolhydrater klassificeras i tre undertyper: monosackarider, disackarider och polysackarider.
Monosackarider
Monosackarider (mono- = ”en”; sacchar- = ”söt”) är enkla sockerarter. I monosackarider varierar antalet kolväten vanligtvis mellan tre och sju. Om sockret har en aldehydgrupp (den funktionella gruppen med strukturen R-CHO) kallas det en aldos, och om det har en ketongrupp (den funktionella gruppen med strukturen RC(=O)R’) kallas det en ketos. Beroende på antalet kolväten i sockret kan de också kallas trioser (tre kolväten), pentoser (fem kolväten) eller hexoser (sex kolväten). Monosackarider kan existera som en linjär kedja eller som ringformade molekyler; i vattenlösningar finns de vanligen i ringform.
Monosackarider: Monosackarider: Monosackarider klassificeras utifrån positionen för deras karbonylgrupp och antalet kolväten i ryggraden. Aldoser har en karbonylgrupp (anges i grönt) i slutet av kolkedjan, och ketoser har en karbonylgrupp i mitten av kolkedjan. Trioser, pentoser och hexoser har tre, fem respektive sex kolkärnor i ryggraden.
Gemensamma monosackarider
Glukos (C6H12O6) är en vanlig monosackarid och en viktig energikälla. Under cellandning frigörs energi från glukos och den energin används för att hjälpa till att göra adenosintrifosfat (ATP). Växter syntetiserar glukos med hjälp av koldioxid och vatten, och glukos används i sin tur för växtens energibehov.
Galaktos (ett mjölksocker) och fruktos (som finns i frukt) är andra vanliga monosackarider. Även om glukos, galaktos och fruktos har samma kemiska formel (C6H12O6) skiljer de sig åt strukturellt och stereokemiskt. Detta gör dem till olika molekyler trots att de delar samma atomer i samma proportioner, och de är alla isomerer av varandra, eller isomera monosackarider. Glukos och galaktos är aldoser och fruktos är en ketos.
Disackarider
Disackarider (di- = ”två”) bildas när två monosackarider genomgår en dehydreringsreaktion (även kallad kondensationsreaktion eller dehydreringssyntes). Under denna process kombineras hydroxylgruppen i en monosackarid med väte i en annan monosackarid, vilket frigör en vattenmolekyl och bildar en kovalent bindning. En kovalent bindning som bildas mellan en kolhydratmolekyl och en annan molekyl (i det här fallet mellan två monosackarider) kallas glykosidbindning. Glykosidiska bindningar (även kallade glykosidiska bindningar) kan vara av alfa- eller betatyp.
Disackarider: Saccharos bildas när en monomer av glukos och en monomer av fruktos förenas i en dehydreringsreaktion för att bilda en glykosidisk bindning. I processen förloras en vattenmolekyl. Enligt konvention numreras kolatomerna i en monosackarid från det kol som ligger närmast karbonylgruppen. I sackaros bildas en glykosidisk bindning mellan kol 1 i glukos och kol 2 i fruktos.
Gemensamma disackarider
Gemensamma disackarider är bland annat laktos, maltos och sackaros. Laktos är en disackarid som består av monomerna glukos och galaktos. Den finns naturligt i mjölk. Maltos, eller maltsocker, är en disackarid som bildas genom en dehydreringsreaktion mellan två glukosmolekyler. Den vanligaste disackariden är sackaros, eller bordssocker, som består av monomererna glukos och fruktos.
Polysackarider
En lång kedja av monosackarider som är sammanlänkade med glykosidiska bindningar kallas en polysackarid (poly- = ”många”). Kedjan kan vara förgrenad eller oförgrenad, och den kan innehålla olika typer av monosackarider. Stärkelse, glykogen, cellulosa och kitin är primära exempel på polysackarider.
Plantor kan syntetisera glukos, och överskottsglukos lagras som stärkelse i olika växtdelar, bland annat rötter och frön. Stärkelse är den lagrade formen av sockerarter i växter och består av glukosmonomerer som är sammanfogade med α1-4 eller 1-6 glykosidbindningar. Stärkelsen i fröna utgör mat för embryot när det gror, medan den stärkelse som konsumeras av människor bryts ner av enzymer till mindre molekyler, t.ex. maltos och glukos. Cellerna kan sedan ta upp glukosen.
Gemensamma polysackarider
Glykogen är glukosens lagringsform hos människor och andra ryggradsdjur. Den består av monomerer av glukos. Glykogen är djurens motsvarighet till stärkelse och är en starkt förgrenad molekyl som vanligtvis lagras i lever- och muskelceller. När blodglukosnivåerna sjunker bryts glykogen ner för att frigöra glukos i en process som kallas glykogenolys.
Cellulosa är den vanligaste naturliga biopolymeren. Växters cellvägg består mestadels av cellulosa och ger cellens strukturella stöd. Cellulosa består av glukosmonomerer som är sammankopplade med β 1-4 glykosidbindningar. Varannan glukosmonomer i cellulosa är omvänt och monomererna är tätt packade som utdragna långa kedjor. Detta ger cellulosan dess styvhet och höga dragstyrka – vilket är så viktigt för växtceller.
Polysackarider: I cellulosa är glukosmonomerer kopplade i ogrenade kedjor med β 1-4 glykosidiska bindningar. På grund av hur glukosunderenheterna är sammanfogade är varje glukosmonomer vänd i förhållande till nästa vilket resulterar i en linjär, fibrös struktur.
Kolhydraternas funktion
Kolhydrater fyller olika funktioner hos olika djur. Leddjur har ett yttre skelett, exoskelettet, som skyddar deras inre kroppsdelar. Detta exoskelett består av kitin, som är ett polysackaridhaltigt kväve. Det består av upprepade enheter av N-acetyl-β-d-glukosamin, ett modifierat socker. Chitin är också en viktig komponent i svampens cellväggar.