ما هي الكربوهيدرات؟
الكربوهيدرات هي فئة المركبات الطبيعية ومشتقاتها المتكونة منها. في أوائل القرن التاسع عشر، وُجد أنّ مواد مثل الخشب والنشا والكتان تتكون أساسًا من جزيئات تحتوي على ذراتالكربون (C) والهيدروجين (H) والأكسجين (O) ولها الصيغة العامة C6H12O6؛ وجد أنّ الجزيئات العضوية الأخرى ذات الصيغ المماثلة لها نسبة مماثلة من الهيدروجين إلى الأكسجين. تُستخدم الصيغة العامة Cx (H2O) y بشكل شائع لتمثيل العديد من الكربوهيدرات، ممّا يعني “الكربون المائي”.
ربما تكون الكربوهيدرات هي أكثر المواد العضوية وفرة وانتشارًا في الطبيعة، وهي مكونات أساسية لجميع الكائنات الحية. تتكون الكربوهيدرات من النباتات الخضراء من ثاني أكسيد الكربون والماء أثناء عملية التمثيل الضوئي، حيث تعمل الكربوهيدرات كمصادر للطاقة وكمكونات هيكلية أساسية في الكائنات الحية؛ بالإضافة إلى ذلك، يتكون جزء من بنية الأحماض النووية، التي تحتوي على معلومات وراثية من الكربوهيدرات.
تصنيف الكربوهيدرات
على الرغم من وضع عدد من مخططات التصنيف للكربوهيدرات، إلا أنّ التقسيم إلى أربع مجموعات رئيسية – السكريات الأحادية والسكريات الثنائية والسكريات قليلة السكاريد والسكريات المتعددة – المستخدمة هنا هي من بين أكثر المجموعات شيوعًا.
إلى جانب ذلك فقد توجد معظم السكريات الأحادية أو السكريات البسيطة في العنب والفواكه الأخرى والعسل. على الرغم من أنّها يمكن أن تحتوي على من ثلاث إلى تسع ذرات كربون، إلا أنّ الممثلين الأكثر شيوعًا يتكونون من خمس أو ست ذرات مرتبطة معًا لتشكيل جزيء يشبه السلسلة.
تركيبة الكربوهيدرات
ثلاثة من أهم السكريات البسيطة – الجلوكوز (المعروف أيضًا باسم سكر العنب وسكر العنب وسكر الذرة) والفركتوز (سكر الفاكهة) والجلاكتوز – لها نفس الصيغة الجزيئية (C6H12O6)، ولكن نظرًا لأنّ ذراتها لها بنية مختلفة الترتيبات، السكريات لها خصائص مختلفة أي أنّها أيزومرات.
يمكن اكتشاف التغييرات الطفيفة في الترتيبات الهيكلية من خلال الكائنات الحية وتؤثر على الأهمية البيولوجية للمركبات الأيزومرية. من المعروف على سبيل المثال، أنّ درجة حلاوة السكريات المختلفة تختلف باختلاف ترتيب مجموعات الهيدروكسيل (―OH) التي تشكل جزءًا من التركيب الجزيئي.
العلاقة المباشرة التي قد تكون موجودة بين الذوق وأي ترتيب هيكلي محدد ومع ذلك، لم يتم تأسيسها بعد؛ أي أنّه ليس من الممكن بعد التنبؤ بمذاق السكر من خلال معرفة الترتيب الهيكلي المحدد له. تزود الطاقة الموجودة في الروابط الكيميائية للجلوكوز بشكل غير مباشر معظم الكائنات الحية بجزء كبير من الطاقة اللازمة لها لمواصلة أنشطتها. عادةّ ما يتم دمج الجالاكتوز، الذي نادرًا ما يوجد كسكر بسيط، مع سكريات بسيطة أخرى من أجل تكوين جزيئات أكبر.
جزيئين من السكر البسيط مرتبطان ببعضهما البعض يشكلان ثنائي السكاريد، أو السكر المزدوج. يتكون السكروز ثنائي السكاريد، أو سكر المائدة من جزيء واحد من الجلوكوز وجزيء واحد من الفركتوز؛ أشهر مصادر السكروز هي بنجر السكر وقصب السكر.
سكر الحليب، أو اللاكتوز والمالتوز هي أيضًا مركبات ثنائية السكريات. قبل أن تتمكن الكائنات الحية من استخدام الطاقة الموجودة في السكريات الثنائية، يجب تقسيم الجزيئات إلى السكريات الأحادية الخاصة بها. قليلة السكريات التي تتكون من ثلاث إلى ست وحدات أحادية السكاريد، نادرًا ما توجد في المصادر الطبيعية، على الرغم من تحديد بعض المشتقات النباتية.
السكريات المتعددة (المصطلح يعني العديد من السكريات) تمثل معظم الكربوهيدرات الهيكلية واحتياطي الطاقة الموجودة في الطبيعة. الجزيئات الكبيرة التي قد تتكون من ما يصل إلى 10000 وحدة أحادية السكاريد مرتبطة ببعضها البعض، تتنوع السكريات بشكل كبير في الحجم، في التعقيد الهيكلي وفي محتوى السكر؛ تمّ تحديد عدة مئات من الأنواع المميزة حتى الآن. السليلوز، المكون الهيكلي الرئيسي للنباتات، هو عديد السكاريد المعقد الذي يحتوي على العديد من وحدات الجلوكوز المرتبطة ببعضها البعض؛ هو عديد السكاريد الأكثر شيوعًا.
النشا الموجود في النباتات والجليكوجين الموجود في الحيوانات أيضًا عبارة عن عديدات سكريات جلوكوز معقدة. يوجد النشا (من الكلمة الإنجليزية القديمة stercan، والتي تعني “التقوية”) في الغالب في البذور والجذور والسيقان، حيث يتم تخزينها كمصدر طاقة متاح للنباتات. يمكن معالجة نشا النبات في أغذية مثل الخبز، أو يمكن استهلاكه مباشرة – كما هو الحال في البطاطس، على سبيل المثال. يتكون الجليكوجين، الذي يتكون من سلاسل متفرعة من جزيئات الجلوكوز، في كبد وعضلات الحيوانات العليا ويتم تخزينه كمصدر للطاقة.
