3.2: Karodi

Ujuzi wa Kuendeleza

• Jadili jukumu la wanga katika seli na katika vifaa vya ziada vya wanyama na mimea
• Eleza uainishaji wa wanga
• Orodha ya monosaccharides ya kawaida, disaccharides, na polysaccharides

Watu wengi wanafahamu wanga, aina moja ya macromolecule, hasa linapokuja kile tunachokula. Ili kupoteza uzito, baadhi ya watu wanaambatana na mlo wa “chini ya carb”. Wanariadha, kinyume chake, mara nyingi “mzigo wa carb-” kabla ya mashindano muhimu ili kuhakikisha kuwa wana nishati ya kutosha kushindana kwa kiwango cha juu. Karodi ni, kwa kweli, sehemu muhimu ya chakula chetu; nafaka, matunda, na mboga ni vyanzo vya asili vya wanga. Karodi hutoa nishati kwa mwili, hasa kwa njia ya glucose, sukari rahisi ambayo ni sehemu ya wanga na kiungo katika vyakula vingi vikuu. Karodi pia zina kazi nyingine muhimu katika binadamu, wanyama, na mimea.

Miundo ya Masi

Karodi zinaweza kuwakilishwa na formula ya stoichiometric (CH ₂ O) _n, ambapo n ni idadi ya kaboni katika molekuli. Kwa maneno mengine, uwiano wa kaboni hadi hidrojeni kwa oksijeni ni 1:2:1 katika molekuli za kaboni. Fomu hii pia inaelezea asili ya neno “wanga”: vipengele ni kaboni (“carbo”) na vipengele vya maji (kwa hiyo, “hydrate”). Karodi huwekwa katika subtypes tatu: monosaccharides, disaccharides, na polysaccharides.

Monosaccharides

Monosaccharides (mono- = “moja”; sacchar- = “tamu”) ni sukari rahisi, ambayo ya kawaida ni glucose. Katika monosaccharides, idadi ya kaboni kawaida huanzia tatu hadi saba. Majina mengi ya monosaccharide huisha na suffix -ose. Ikiwa sukari ina kundi la aldehyde (kundi la kazi lenye muundo R-CHO), linajulikana kama aldose, na ikiwa lina kundi la ketone (kikundi cha kazi na muundo RC (=O) R'), inajulikana kama ketose. Kulingana na idadi ya kaboni katika sukari, pia inaweza kujulikana kama trioses (kaboni tatu), pentoses (kaboni tano), na au hexoses (kaboni sita). Angalia Kielelezo\(\PageIndex{1}\) kwa mfano wa monosaccharides.

Kielelezo\(\PageIndex{1}\): Monosaccharides huwekwa kulingana na nafasi ya kundi lao la carbonyl na idadi ya kaboni katika mgongo. Aldoses zina kundi la kabonili (linaloonyeshwa kwa kijani) mwishoni mwa mnyororo wa kaboni, na ketoses zina kundi la kabonili katikati ya mnyororo wa kaboni. Trioses, pentoses, na hexoses zina tatu, tano, na sita za nyuma za kaboni, kwa mtiririko huo.

Fomu ya kemikali ya glucose ni C ₆ H ₁₂ O ₆. Kwa wanadamu, glucose ni chanzo muhimu cha nishati. Wakati wa kupumua kwa seli, nishati hutolewa kutoka glucose, na nishati hiyo hutumiwa kusaidia kufanya adenosine triphosphate (ATP). Mimea huunganisha glucose kwa kutumia dioksidi kaboni na maji, na glucose kwa upande wake hutumiwa kwa mahitaji ya nishati kwa mmea. Glucose ya ziada mara nyingi huhifadhiwa kama wanga ambao hukataboli (kuvunjika kwa molekuli kubwa kwa seli) na binadamu na wanyama wengine wanaolisha mimea.

Galactose (sehemu ya lactose, au sukari ya maziwa) na fructose (hupatikana katika sucrose, katika matunda) ni monosaccharides nyingine za kawaida. Ingawa glucose, galactose, fructose wote wana sawa kemikali formula (C ₆ H ₁₂ O ₆), wao tofauti kimuundo na kemikali (na inajulikana kama isoma) kutokana na utaratibu tofauti wa makundi kazi karibu carbon asymmetric; monosaccharides hizi zote kuwa na kaboni zaidi ya moja isiyo ya kawaida (Kielelezo\(\PageIndex{2}\)).

Sanaa Connection

Kielelezo\(\PageIndex{2}\): Glucose, galactose, na fructose ni hexoses zote. Ni isoma za kimuundo, maana zina fomula moja ya kemikali (C ₆ H ₁₂ O ₆) lakini mpangilio tofauti wa atomi.

Ni aina gani ya sukari hizi, aldose au ketose?

Glucose, galactose, na fructose ni monosaccharides isomeric (hexoses), maana wana kemikali sawa formula lakini wana miundo tofauti kidogo. Glucose na galactose ni aldoses, na fructose ni ketose.

Monosaccharides zinaweza kuwepo kama mnyororo wa mstari au kama molekuli zenye umbo la pete; katika ufumbuzi wa maji huwa hupatikana katika fomu za pete (Kielelezo\(\PageIndex{3}\)). Glucose katika fomu ya pete inaweza kuwa na mipangilio miwili tofauti ya kundi la hidroxyl (OH) karibu na kaboni isiyo ya kawaida (kaboni 1 ambayo inakuwa isiyo ya kawaida katika mchakato wa malezi ya pete). Kama kundi la hidroksili liko chini ya kaboni namba 1 katika sukari, inasemekana kuwa katika nafasi ya alpha (α), na ikiwa iko juu ya ndege inasemekana kuwa katika nafasi ya beta (β).

Kielelezo\(\PageIndex{3}\): Monosaccharides tano na sita za kaboni zipo katika usawa kati ya fomu za mstari na pete. Pete inapounda, mnyororo wa upande unaofunga umefungwa kwenye nafasi α au β. Fructose na ribose pia huunda pete, ingawa huunda pete tano za membered kinyume na pete sita ya glucose.

Disaccharides

Disaccharides (di- = “mbili”) huunda wakati monosaccharides mbili zinakabiliwa na mmenyuko wa maji mwilini (pia inajulikana kama mmenyuko wa condensation au awali ya upungufu wa maji mwilini). Wakati wa mchakato huu, kundi la hidroxyl la monosaccharide moja linachanganya na hidrojeni ya monosaccharide nyingine, ikitoa molekuli ya maji na kutengeneza dhamana ya covalent. dhamana covalent sumu kati ya molekuli carbohydrate na molekuli nyingine (katika kesi hii, kati ya monosaccharides mbili) inajulikana kama dhamana glycosidic (Kielelezo\(\PageIndex{4}\)). Vifungo vya glycosidic (pia huitwa uhusiano wa glycosidic) vinaweza kuwa ya aina ya alpha au beta.

Kielelezo\(\PageIndex{4}\): Sucrose hutengenezwa wakati monoma ya glucose na monoma ya fructose hujiunga na mmenyuko wa maji mwilini ili kuunda dhamana ya glycosidic. Katika mchakato, molekuli ya maji inapotea. Kwa mkataba, atomi za kaboni katika monosaccharide zinahesabiwa kutoka kaboni ya terminal karibu na kundi la carbonyl. Katika sucrose, uhusiano wa glycosidic huundwa kati ya kaboni 1 katika glucose na kaboni 2 katika fructose.

Disaccharides ya kawaida ni pamoja na lactose, maltose, na sucrose (Kielelezo\(\PageIndex{5}\)). Lactose ni disaccharide yenye monomers glucose na galactose. Inapatikana kwa kawaida katika maziwa. Maltose, au sukari ya malt, ni disaccharide inayotengenezwa na mmenyuko wa maji mwilini kati ya molekuli mbili za glucose. Disaccharide ya kawaida ni sucrose, au sukari ya meza, ambayo inajumuisha monomers glucose na fructose.

Kielelezo\(\PageIndex{5}\): Disaccharides ya kawaida ni pamoja na maltose (sukari ya nafaka), lactose (sukari ya maziwa), na sucrose (sukari ya meza).

Polysaccharides

Mlolongo mrefu wa monosaccharides unaohusishwa na vifungo vya glycosidic hujulikana kama polysaccharide (aina nyingi- = “wengi”). Mlolongo unaweza kuwa matawi au unbranched, na inaweza kuwa na aina tofauti za monosaccharides. Uzito wa masi unaweza kuwa daltoni 100,000 au zaidi kulingana na idadi ya monoma iliyojiunga. Wanga, glycogen, selulosi, na chitin ni mifano ya msingi ya polysaccharides.

Wanga ni aina iliyohifadhiwa ya sukari katika mimea na imeundwa na mchanganyiko wa amylose na amylopectin (polima zote za glucose). Mimea inaweza kuunganisha glucose, na glucose ya ziada, zaidi ya mahitaji ya nishati ya haraka ya mmea, huhifadhiwa kama wanga katika sehemu tofauti za mimea, ikiwa ni pamoja na mizizi na mbegu. Wanga katika mbegu hutoa chakula kwa kiinitete kama inaota na pia inaweza kutenda kama chanzo cha chakula kwa binadamu na wanyama. Wanga ambao hutumiwa na wanadamu huvunjika na enzymes, kama vile amylases ya salivary, kuwa molekuli ndogo, kama vile maltose na glucose. Seli zinaweza kunyonya glucose.

Wanga hujumuisha monoma ya glucose ambayo hujiunga na α 1-4 au α 1-6 vifungo vya glycosidic. Nambari 1-4 na 1-6 zinataja namba ya kaboni ya mabaki mawili yaliyojiunga kuunda dhamana. Kama inavyoonekana katika Kielelezo\(\PageIndex{6}\), amylose ni wanga inayoundwa na minyororo isiyo na matawi ya monoma ya glucose (tu α 1-4 uhusiano), ambapo amylopectin ni polysaccharide matawi (α 1-6 uhusiano katika pointi tawi).

Kielelezo\(\PageIndex{6}\): Amylose na amylopectin ni aina mbili za wanga. Amylose inajumuisha minyororo isiyo na matawi ya monoma ya glucose iliyounganishwa na uhusiano α 1,4 glycosidic. Amylopectin inajumuisha minyororo ya matawi ya monoma ya glucose iliyounganishwa na α 1,4 na α 1,6 uhusiano wa glycosidic. Kwa sababu ya njia ambazo subunits zimeunganishwa, minyororo ya glucose ina muundo wa helical. Glycogen (haionyeshwa) ni sawa na muundo wa amylopectin lakini zaidi ya matawi.

Glycogen ni aina ya kuhifadhi ya glucose kwa wanadamu na vimelea vingine na inajumuisha monomers ya glucose. Glycogen ni sawa na wanyama wa wanga na ni molekuli yenye matawi ambayo huhifadhiwa katika seli za ini na misuli. Wakati wowote viwango vya damu glucose kupungua, glycogen ni kuvunjwa chini ya kutolewa glucose katika mchakato unaojulikana kama glycogenolysis.

Cellulose ni biopolymer ya asili zaidi. Ukuta wa seli wa mimea hutengenezwa kwa selulosi; hii hutoa msaada wa kimuundo kwa seli. Mbao na karatasi ni zaidi ya cellulosic katika asili. Cellulose imeundwa na monoma ya glucose ambayo yanaunganishwa na β 1-4 vifungo vya glycosidic (Kielelezo\(\PageIndex{7}\)).

Kielelezo\(\PageIndex{7}\): Katika selulosi, monoma ya glucose huunganishwa katika minyororo isiyo na matawi na β 1-4 uhusiano wa glycosidic. Kwa sababu ya njia ambazo subunits za glucose zimeunganishwa, kila monoma ya glucose hupigwa jamaa na inayofuata na kusababisha muundo wa mstari, wa nyuzi.

Kama inavyoonekana katika Kielelezo\(\PageIndex{7}\), kila monoma nyingine glucose katika selulosi ni flipped juu, na monoma ni packed kukazwa kama kupanuliwa minyororo ndefu. Hii inatoa selulosi rigidity yake na high tensile nguvu-ambayo ni muhimu sana kupanda seli. Ilhali uhusiano β 1-4 hauwezi kuvunjwa na enzymes za utumbo wa binadamu, wanyama kama vile ng'ombe, koalas, buffalos, na farasi wanaweza, kwa msaada wa flora maalumu tumboni mwao, kuchimba nyenzo za mimea ambazo zina matajiri katika selulosi na kuitumia kama chanzo cha chakula. Katika wanyama hawa, aina fulani za bakteria na protists huishi katika rumen (sehemu ya mfumo wa utumbo wa herbivores) na hutoa cellulase ya enzyme. Kiambatisho cha wanyama wa malisho pia kina bakteria zinazochimba selulosi, na kuifanya jukumu muhimu katika mifumo ya utumbo wa ruminants. Cellulasi zinaweza kuvunja selulosi kuwa monoma ya glucose ambayo inaweza kutumika kama chanzo cha nishati na mnyama. Termiti pia huweza kuvunja selulosi kwa sababu ya kuwepo kwa viumbe vingine katika miili yao ambayo hutengeneza cellulases.

Karodi hutumikia kazi mbalimbali katika wanyama tofauti. Arthropods (wadudu, crustaceans, na wengine) wana mifupa ya nje, inayoitwa exoskeleton, ambayo inalinda sehemu zao za ndani za mwili (kama inavyoonekana katika nyuki kwenye Kielelezo\(\PageIndex{8}\)). Exoskeleton hii inafanywa na chitin ya macromolecule ya kibiolojia, ambayo ni nitrojeni iliyo na polysaccharide. Inafanywa kwa vitengo vya kurudia vya N-acetyl- β -d-glucosamine, sukari iliyobadilishwa. Chitin pia ni sehemu kubwa ya kuta za seli za vimelea; fungi si wanyama wala mimea na huunda ufalme wao wenyewe katika uwanja Eukarya.

Kielelezo\(\PageIndex{8}\): Wadudu wana exoskeleton ngumu ya nje iliyofanywa kwa chitini, aina ya polysaccharide. (mikopo: Louise Docker)

Uhusiano wa Kazi: Dietitian iliyosajiliwa

Uzito ni wasiwasi wa afya duniani kote, na magonjwa mengi kama vile ugonjwa wa kisukari na ugonjwa wa moyo ni kuwa imefikia zaidi kwa sababu ya fetma. Hii ni moja ya sababu kwa nini wataalamu waliosajiliwa wanazidi kutafuta ushauri. Wataalamu waliosajiliwa husaidia kupanga mipango ya lishe kwa watu binafsi katika mazingira mbalimbali. Mara nyingi hufanya kazi na wagonjwa katika vituo vya huduma za afya, kubuni mipango ya lishe ya kutibu na kuzuia magonjwa. Kwa mfano, dietitians inaweza kufundisha mgonjwa na ugonjwa wa kisukari jinsi ya kusimamia viwango vya sukari damu kwa kula aina sahihi na kiasi cha wanga. Wataalamu wa chakula wanaweza pia kufanya kazi katika nyumba za uuguzi, shule, na mazoea ya kibinafsi.

Ili kuwa dietitian iliyosajiliwa, mtu anahitaji kupata angalau shahada ya kwanza katika dietetics, lishe, teknolojia ya chakula, au shamba linalohusiana. Aidha, dietitians waliosajiliwa wanapaswa kukamilisha mpango wa mafunzo ya kusimamiwa na kupitisha mtihani wa kitaifa. Wale ambao wanafuatilia kazi katika dietetics huchukua kozi katika lishe, kemia, biokemia, biolojia, microbiolojia, na physiolojia ya binadamu. Wataalamu wa chakula wanapaswa kuwa wataalam katika kemia na physiolojia (kazi za kibiolojia) za chakula (protini, wanga, na mafuta).

Faida za Wanga

Je, wanga ni nzuri kwako? Watu ambao wanataka kupoteza uzito mara nyingi huambiwa kuwa wanga ni mbaya kwao na wanapaswa kuepukwa. Milo mingine inakataza kabisa matumizi ya kabohaidreti, wakidai kuwa chakula cha chini cha kabohaidre husaidia watu kupoteza uzito kwa kasi. Hata hivyo, wanga wamekuwa sehemu muhimu ya chakula cha binadamu kwa maelfu ya miaka; mabaki kutoka ustaarabu wa kale yanaonyesha kuwepo kwa ngano, mchele, na mahindi katika maeneo ya hifadhi ya mababu zetu.

Karodi zinapaswa kuongezewa na protini, vitamini, na mafuta kuwa sehemu ya chakula cha usawa. Kalori-hekima, gramu ya kabohaidreti hutoa 4.3 Kcal. Kwa kulinganisha, mafuta hutoa 9 kcal/g, uwiano mdogo wa kuhitajika. Karodi zina vyenye mumunyifu na zisizo na sehemu; sehemu isiyojulikana inajulikana kama fiber, ambayo ni zaidi ya selulosi. Fiber ina matumizi mengi; inakuza harakati za mara kwa mara za matumbo kwa kuongeza wingi, na inasimamia kiwango cha matumizi ya glucose ya damu. Fiber pia husaidia kuondoa cholesterol ziada kutoka kwa mwili: fiber hufunga kwa cholesterol katika utumbo mdogo, kisha huunganisha cholesterol na kuzuia chembe za cholesterol kuingia kwenye damu, na kisha cholesterol hutoka mwili kupitia nyasi. Milo yenye fiber pia ina jukumu la kinga katika kupunguza tukio la kansa ya koloni. Aidha, chakula kilicho na nafaka nzima na mboga hutoa hisia ya ukamilifu. Kama chanzo cha haraka cha nishati, glucose imevunjika wakati wa mchakato wa kupumua kwa seli, ambayo hutoa ATP, sarafu ya nishati ya seli. Bila matumizi ya wanga, upatikanaji wa “nishati ya papo hapo” ungepunguzwa. Kuondoa wanga kutoka kwenye chakula sio njia bora ya kupoteza uzito. Chakula cha chini cha kalori ambacho kina matajiri katika nafaka nzima, matunda, mboga mboga, na nyama ya konda, pamoja na mazoezi mengi na maji mengi, ni njia ya busara zaidi ya kupoteza uzito.

Unganisha na Kujifunza

Kwa mtazamo wa ziada juu ya wanga, kuchunguza “Biomolecules: Wanga” kupitia uhuishaji huu maingiliano.

Muhtasari

Karodi ni kundi la macromolecules ambazo ni chanzo muhimu cha nishati kwa seli na hutoa msaada wa kimuundo kwa kupanda seli, fungi, na arthropodi zote ambazo ni pamoja na lobsters, kaa, uduvi, wadudu, na buibui. Karodi huainishwa kama monosaccharides, disaccharides, na polysaccharides kulingana na idadi ya monoma katika molekuli. Monosaccharides huhusishwa na vifungo vya glycosidic ambavyo hutengenezwa kama matokeo ya athari za kutokomeza maji mwilini, kutengeneza disaccharides na polysaccharides na kuondoa molekuli ya maji kwa kila dhamana iliyoundwa. Glucose, galactose, na fructose ni monosaccharides ya kawaida, wakati disaccharides ya kawaida ni pamoja na lactose, maltose, na sucrose. Wanga na glycogen, mifano ya polysaccharides, ni aina ya kuhifadhi glucose katika mimea na wanyama, kwa mtiririko huo. Minyororo ndefu ya polysaccharide inaweza kuwa matawi au unbranched. Cellulose ni mfano wa polysaccharide isiyo na matawi, ambapo amylopectin, sehemu ya wanga, ni molekuli yenye matawi. Uhifadhi wa glucose, kwa namna ya polima kama wanga wa glycogen, hufanya kidogo kidogo kupatikana kwa kimetaboliki; hata hivyo, hii inazuia kuvuja nje ya seli au kujenga shinikizo la juu la kiosmotiki ambalo linaweza kusababisha matumizi ya maji kupita kiasi na seli.

Sanaa Connections

Kielelezo\(\PageIndex{2}\): Ni aina gani ya sukari ni haya, aldose au ketose?

Jibu

Glucose na galactose ni aldoses. Fructose ni ketose.

faharasa

wanga

macromolecule ya kibiolojia ambayo uwiano wa kaboni kwa hidrojeni na oksijeni ni 1:2:1; wanga hutumika kama vyanzo vya nishati na msaada wa miundo katika seli na huunda exoskeleton ya seli ya arthropods

selulosi

polysaccharide ambayo hufanya ukuta wa seli ya mimea; hutoa msaada wa miundo kwa seli

chitini

aina ya kabohaidreti inayounda mifupa ya nje ya arthropods yote ambayo ni pamoja na crustaceans na wadudu; pia huunda kuta za seli za fungi

disaccharide

mbili monomers sukari kwamba ni wanaohusishwa pamoja na dhamana glycosidic

glaikojeni

kuhifadhi kabohaidreti katika wanyama

glycosidic dhamana

dhamana iliyoundwa na mmenyuko wa maji mwilini kati ya monosaccharides mbili na kuondoa molekuli ya maji

monosaccharide

kitengo kimoja au monoma ya wanga

polisakaridi

mlolongo mrefu wa monosaccharides; inaweza kuwa matawi au unbranched

wanga

kuhifadhi kabohaidreti katika mimea