Węglowodan

Przejdź do nawigacji Przejdź do wyszukiwania

Laktoza to disacharyd występujący w mleku zwierzęcym. Składa się z cząsteczki D-galaktozy i cząsteczki D-glukozy związanej wiązaniem glikozydowym beta 1-4.

Węglowodan (/ kɑːrboʊhaɪdreɪt /) jest biocząsteczką składającą się z atomów węgla (C), wodoru (H) i tlenu (O), zwykle o stosunku atom wodoru i tlenu wynoszącym 2: 1 (jak w wodzie); innymi słowy, z empiryczną formułą Cm(H2O)n (gdzie m może być inny niż n). Ta formuła dotyczy monosacharydów. Istnieją pewne wyjątki; na przykład dezoksyryboza, składnik cukrowy DNA,[1] ma empiryczną formułę C5H10O4.[2] Węglowodany są technicznie hydratami węgla; strukturalnie dokładniej jest postrzegać je jako aldozy i ketozy.

Termin ten jest najczęściej używany w biochemii, gdzie jest synonimem "sacharydu", grupy obejmującej cukry, skrobię i celulozę. Sacharydy są podzielone na cztery grupy chemiczne: monosacharydy, disacharydy, oligosacharydy i polisacharydy. Monosacharydy i disacharydy, najmniejsze węglowodany o mniejszej masie cząsteczkowej, są powszechnie określane jako cukry.[3] Słowo sacharyd pochodzi od greckiego słowa σάκχαρον (sákkharon), co oznacza "cukier".[4] Podczas gdy naukowa nomenklatura węglowodanów jest złożona, nazwy monosacharydów i disacharydów bardzo często kończą się przyrostkiem -ose, jak w monosacharydach fruktoza (cukier owocowy) i glukoza (cukier skrobiowy) i disacharydy sacharoza (cukier trzcinowy lub buraczany) i laktozę (cukier mleczny).

Węglowodany pełnią wiele funkcji w żywych organizmach. Polisacharydy służą do magazynowania energii (na przykład skrobi i glikogenu) i jako składniki strukturalne (np. Celuloza w roślinach i chityna w stawonogach). 5-węglowa rybosulfona monosacharydowa jest ważnym składnikiem koenzymów (na przykład ATP, FAD i NAD) i szkieletu cząsteczki genetycznej znanej jako RNA. Związana z tym deoksyryboza jest składnikiem DNA. Sacharydy i ich pochodne zawierają wiele innych ważnych biomolekuł, które odgrywają kluczową rolę w układzie odpornościowym, zapładnianiu, zapobieganiu patogenezie, krzepnięciu krwi i rozwojowi.[5]

Skrobia i cukry są najważniejszymi węglowodanami w diecie człowieka. Występują w szerokim asortymencie żywności naturalnej i przetworzonej. Skrobia jest polisacharydem. Występuje obficie w zbożach (pszenica, kukurydza, ryż), ziemniakach i przetworzonej żywności na bazie mąki zbożowej, takiej jak chleb, pizza lub makaron. Cukry pojawiają się w diecie człowieka głównie jako cukier stołowy (sacharoza, ekstrahowana z trzciny cukrowej lub buraków cukrowych)), laktoza (obfitująca w mleko), glukoza i fruktoza, które występują naturalnie w miodzie, wielu owocach i niektórych warzywach. Cukier stołowy, mleko lub miód są często dodawane do napojów i wielu gotowych potraw, takich jak dżem, herbatniki i ciasta.

Celuloza, polisacharyd występujący w ścianach komórkowych wszystkich roślin, jest jednym z głównych składników nierozpuszczalnego błonnika pokarmowego. Chociaż nie jest strawny, nierozpuszczalny błonnik pokarmowy pomaga utrzymać zdrowy układ trawienny[6] przez złagodzenie defekacji. Inne polisacharydy zawarte w błonniku pokarmowym obejmują oporną skrobię i inulinę, które zasilają niektóre bakterie w mikroflorę jelita grubego i są metabolizowane przez te bakterie, aby uzyskać krótkołańcuchowe kwasy tłuszczowe.[7][8]

Terminologia

W literaturze naukowej termin "węglowodany" ma wiele synonimów, takich jak "cukier" (w szerokim znaczeniu), "sacharyd", "ose",[4] "glucide",[9] "hydrat węgla" lub "związki polihydroksylowe z aldehydem lub ketonem". Niektóre z tych terminów, szczególnie "węglowodany" i "cukier", są również używane z innymi znaczeniami.

W naukach o żywności iw wielu nieformalnych kontekstach termin "węglowodan" często oznacza każdą żywność, która jest szczególnie bogata w złożoną skrobię węglowodanową (taką jak zboża, chleb i makaron) lub proste węglowodany, takie jak cukier (znajdujący się w cukierkach, dżemach, i desery).

Często na listach informacji o wartościach odżywczych, takich jak krajowa baza danych o wartości odżywczej USDA, termin "węglowodany" (inaczej "węglowodany przez różnicę") jest używany do wszystkiego oprócz wody, białka, tłuszczu, popiołu i etanolu.[10] Obejmuje to związki chemiczne, takie jak kwas octowy lub mlekowy, które zwykle nie są uważane za węglowodany. Obejmuje ona również błonnik pokarmowy, który jest węglowodanem, ale który nie wnosi wiele w postaci energii żywnościowej (kilokalorii), chociaż często jest uwzględniany w obliczeniach całkowitej energii żywnościowej, tak jak gdyby był cukrem.

W ścisłym sensie "cukier" stosuje się do słodkich, rozpuszczalnych węglowodanów, z których wiele stosuje się w żywności.

Struktura

Dawniej nazwa "węglowodan" była stosowana w chemii dla dowolnego związku o wzorze Cm (H2O)n. Zgodnie z tą definicją niektórzy chemicy uznali formaldehyd (CH2O) być najprostszym węglowodanem,[11] podczas gdy inni twierdzili, że tytuł dla aldehydu glikolowego.[12] Obecnie termin ten jest ogólnie rozumiany w sensie biochemii, który wyklucza związki tylko z jednym lub dwoma atomami węgla i obejmuje wiele biologicznych węglowodanów, które odbiegają od tego wzoru. Na przykład, chociaż powyższe reprezentatywne formuły zdają się wychwytywać powszechnie znane węglowodany, wszechobecne i obfite węglowodany często odbiegają od tego. Na przykład węglowodany często zawierają grupy chemiczne, takie jak: Nacetylo (na przykład chityna), siarczan (na przykład glikozoaminoglikany), kwas karboksylowy (na przykład kwas sialowy) i modyfikacje deoksy (na przykład fukoza i kwas sialowy).

Naturalne sacharydy są zwykle zbudowane z prostych węglowodanów zwanych monosacharydami o ogólnym wzorze (CH2O)n gdzie n jest trzy lub więcej.Typowy monosacharyd ma strukturę H- (CHOH)x(C = O) - (CHOH)y-H, to jest aldehyd lub keton z wieloma dodanymi grupami hydroksylowymi, zwykle po jednym na każdym atomie węgla, który nie jest częścią aldehydowej lub ketonowej grupy funkcyjnej. Przykładami monosacharydów są glukoza, fruktoza i aldehyd glicerynowy. Jednak niektóre substancje biologiczne powszechnie nazywane "monosacharydami" nie są zgodne z tym wzorem (np. Kwasy uronowe i dezoksy-cukry, takie jak fukoza) i istnieje wiele substancji chemicznych, które są zgodne z tym wzorem, ale nie są uważane za monosacharydy (np. CH-formaldehydu).2O i inozytol (CH2O)6).[13]

Postać monosacharydu o otwartym łańcuchu często współistnieje z postacią zamkniętego pierścienia, w którym reagują grupy węglowe aldehyd / keton karbonyl (C = O) i grupa hydroksylowa (-OH) tworzące hemiacetal z nowym mostkiem C-O-C.

Monosacharydy można łączyć ze sobą w tak zwane polisacharydy (lub oligosacharydy) na wiele różnych sposobów. Wiele węglowodanów zawiera jedną lub więcej zmodyfikowanych jednostek monosacharydowych, które zostały zastąpione lub usunięte jedną lub więcej grup. Na przykład, deoksyryboza, składnik DNA, jest zmodyfikowaną wersją rybozy; chityna składa się z powtarzających się jednostek N-acetyloglukozaminy, formy glukozy zawierającej azot.

Podział

Węglowodany to polihydroksy aldehydy, ketony, alkohole, kwasy, ich proste pochodne i ich polimery mające wiązania typu acetalowego. Mogą być klasyfikowane zgodnie z ich stopniem polimeryzacji i mogą być podzielone początkowo na trzy główne grupy, a mianowicie cukry, oligosacharydy i polisacharydy.[14]

Główne węglowodany dietetyczne
Klasa (DP *) Podgrupa składniki
Cukry (1-2) Monosacharydy Glukoza, galaktoza, fruktoza, ksyloza
Disacharydy Sacharoza, laktoza, maltoza, trehaloza
Poliole Sorbitol, mannitol
Oligosacharydy (3-9) Malto-oligosacharydy Maltodekstryny
Inne oligosacharydy Rafinoza, stachioza, fruktooligosacharydy
Polisacharydy (> 9) Skrobia Amyloza, amylopektyna, modyfikowane skrobie
Niekrobiowe polisacharydy Glikogen, celuloza, hemiceluloza, pektyny, hydrokoloidy

DP * = Stopień polimeryzacji

Monosacharydy

Główny artykuł: Monosacharyd
D-glukoza to aldoheksoza o wzorze (C · H2O)6. Czerwone atomy zaznaczają grupę aldehydową, a niebieskie atomy podkreślają centrum asymetryczne najdalej od aldehydu; ponieważ ten -OH znajduje się po prawej stronie projekcji Fischera, jest to cukier D.

Monosacharydy są najprostszymi węglowodanami, ponieważ nie można ich hydrolizować do mniejszych węglowodanów. Są to aldehydy lub ketony z dwiema lub więcej grupami hydroksylowymi. Ogólny wzór chemiczny niezmodyfikowanego monosacharydu to (C • H2O)n, dosłownie "hydrat węglowy". Monosacharydy są ważnymi cząsteczkami paliwa, a także blokami budującymi kwasy nukleinowe. Najmniejszymi monosacharydami, dla których n = 3, są dihydroksyaceton i D- i L-gliceraldehydy.

Klasyfikacja monosacharydów

A i β-anomery glukozy. Zanotuj pozycję grupy hydroksylowej (czerwonej lub zielonej) na anomerycznym węglu w stosunku do CH2Grupa OH związana z węglem 5: albo mają identyczne konfiguracje absolutne (R, R albo S, S) (α), albo przeciwne konfiguracje absolutne (R, S lub S, R) (β).[15]

Monosacharydy są klasyfikowane według trzech różnych cech: umiejscowienia swojej grupy karbonylowej, liczby zawartych w niej atomów węgla i chiralnej ręczności. Jeśli grupą karbonylową jest aldehyd, monosacharyd jest aldozą; jeśli grupa karbonylowa jest ketonem, monosacharyd jest ketozą. Monosacharydy z trzema atomami węgla są nazywane triosami, te z czterema są nazywane tetrozami, pięć to pentozy, sześć to heksozy i tak dalej.[16] Te dwa systemy klasyfikacji są często łączone. Na przykład, glukoza jest aldoheksozą (aldehyd sześciowęglowodorowy), ryboza jest aldopentozą (aldehydem pięciowęglowym), a fruktoza jest ketoheksozą (sześciowęglowym ketonem).

Każdy atom węgla zawierający grupę hydroksylową (-OH), z wyjątkiem pierwszego i ostatniego atomu węgla, jest asymetryczny, co czyni je centrami stereo z dwiema możliwymi konfiguracjami (R lub S). Z powodu tej asymetrii może istnieć wiele izomerów dla dowolnej danej formuły monosacharydowej. Stosując zasadę Le Bel-van't Hoff, D-glukoza aldoheksozowa ma na przykład wzór (C · H2O)6, z których cztery z sześciu atomów węgla są stereogeniczne, dzięki czemu D-glukoza jest jedną z 24= 16 możliwych stereoizomerów. W przypadku aldehydów glicerynowych, aldotriozy, istnieje jedna para możliwych stereoizomerów, które są enancjomerami i epimerami. 1,3-dihydroksyaceton, ketoza odpowiadająca aldehydom gliceraldehydowym, jest symetryczną cząsteczką bez centrów stereo. Przypisanie D lub L dokonuje się zgodnie z orientacją asymetrycznego węgla znajdującego się najdalej od grupy karbonylowej: w standardowej projekcji Fischera, jeśli grupa hydroksylowa znajduje się po prawej stronie cząsteczka jest cukrem D, w przeciwnym razie jest to cukier L. Przedrostków "D-" i "L-" nie należy mylić z "d-" lub "l-", które wskazują kierunek, w którym cukier obraca płaszczyznowe światło spolaryzowane. Tego zastosowania "d-" i "l-" nie stosuje się już w chemii węglowodanów.[17]

Izomeria łańcuchowa o prostym łańcuchu

Glukoza może występować zarówno w postaci prostołańcuchowej, jak i pierścieniowej.

Grupa aldehydowa lub ketonowa monosacharydu o prostym łańcuchu będzie reagować odwracalnie z grupą hydroksylową na innym atomie węgla, tworząc hemiacetal lub hemiketal, tworząc pierścień heterocykliczny z mostkiem tlenowym pomiędzy dwoma atomami węgla.Pierścienie o pięciu i sześciu atomach nazywane są odpowiednio postaciami furanozowymi i piranozowymi i istnieją w równowadze z prostą łańcuchem.[18]

Podczas konwersji z formy prostołańcuchowej do postaci cyklicznej, atom węgla zawierający tlen karbonylu, zwany węglem anomerycznym, staje się centrum stereogenicznym o dwóch możliwych konfiguracjach: Atom tlenu może zająć pozycję powyżej lub poniżej płaszczyzny pierścień. Powstała możliwa para stereoizomerów nazywa się anomerami. w α anomer, podstawnik -OH na atomie węgla anomerycznego spoczywa po przeciwnej stronie (trans) pierścienia od CH2Oddział boczny OH. Alternatywna forma, w której CH2Podstawnik OH i anomeryczna grupa hydroksylowa znajdują się po tej samej stronie (cis) płaszczyzny pierścienia, zwany jest β anomer.

Stosowanie w żywych organizmach

Monosacharydy są głównym źródłem paliwa do metabolizmu, używanym zarówno jako źródło energii (najważniejsza jest glukoza), jak i w biosyntezie. Gdy monosacharydy nie są natychmiast potrzebne w wielu komórkach, często są przekształcane w bardziej wydajne pod względem przestrzennym formy, często polisacharydy. U wielu zwierząt, w tym u ludzi, ta forma do przechowywania to glikogen, zwłaszcza w komórkach wątroby i mięśni. W roślinach skrobię stosuje się w tym samym celu. Najbogatszy węglowodan, celuloza, jest składnikiem strukturalnym ściany komórkowej roślin i wielu form glonów. Ryboza jest składnikiem RNA. Dezoksyryboza jest składnikiem DNA. Lyxose jest składnikiem likoflawiny występującej w ludzkim sercu.[19]Rybuloza i ksyluloza występują w szlaku pentozofosforanowym. Galaktoza, składnik mlecznej laktozy, znajduje się w galaktolipidach w błonach komórek roślinnych oraz w glikoproteinach w wielu tkankach. Mannoza występuje w metabolizmie człowieka, szczególnie w glikozylacji niektórych białek. Fruktoza lub cukier owocowy występuje w wielu roślinach, u ludzi jest metabolizowany w wątrobie, wchłaniany bezpośrednio do jelita podczas trawienia i znajduje się w nasieniu. Trehaloza, główny cukier owadów, ulega szybkiej hydrolizie do dwóch cząsteczek glukozy, co wspomaga ciągły lot.

Disacharydy

Sacharoza, znana również jako cukier stołowy, jest powszechnym disacharydem. Składa się z dwóch monosacharydów: D-glukozy (po lewej) i D-fruktozy (po prawej).
Główny artykuł: Disacharyd

Dwa połączone monosacharydy nazywane są disacharydem i są to najprostsze polisacharydy. Przykłady obejmują sacharozę i laktozę. Składają się one z dwóch jednostek monosacharydowych związanych razem wiązaniem kowalencyjnym, znanym jako wiązanie glikozydowe utworzone w wyniku reakcji odwodnienia, co powoduje utratę atomu wodoru z jednego monosacharydu i grupy hydroksylowej z drugiego. Wzór niezmodyfikowanych disacharydów to C12H22O11. Chociaż istnieją liczne rodzaje disacharydów, szczególnie godna uwagi jest garść disacharydów.

Sacharoza, na zdjęciu po prawej stronie, jest najobfitszym disacharydem i główną postacią, w której węglowodany są transportowane w roślinach. Składa się z jednej cząsteczki D-glukozy i jednej cząsteczki D-fruktozy. Systematyczna nazwa dla sacharozy, O-α-D-glukopiranozylo- (1 → 2) -D-fruktofuranozyd wskazuje na cztery rzeczy:

  • Jego monosacharydy: glukoza i fruktoza
  • Ich rodzaje pierścieni: glukoza to piranoza, a fruktoza to furanoza
  • Jak są ze sobą połączone: tlen na węglu numer 1 (C1) α-D-glukozy jest związany z C2 D-fruktozy.
  • The -oside sufiks wskazuje, że anomeryczny atom węgla obydwu monosacharydów bierze udział w wiązaniu glikozydowym.

Laktoza, disacharyd złożony z jednej cząsteczki D-galaktozy i jednej cząsteczki D-glukozy, występuje naturalnie w mleku ssaków. Systematyczna nazwa dla laktozy jest O-β-D-galaktopiranozylo- (1 → 4) -D-glukopiranozy. Inne godne uwagi disacharydy obejmują maltozę (dwie połączone D-glukozami a-1,4) i celulozę (dwa połączone D-glukozy β-1,4). Disacharydy można podzielić na dwa rodzaje: redukujące i nieredukujące disacharydy. Jeśli grupa funkcyjna jest obecna w wiązaniu z inną jednostką cukrową, nazywa się ją disacharydem redukującym lub biozą.

Odżywianie

Produkty zbożowe: bogate źródła węglowodanów

Węglowodany spożywane w żywności dają 3,87 kilokalorii energii na gram dla cukrów prostych,[20] oraz 3,57 do 4,12 kilokalorii na gram dla węglowodanów złożonych w większości innych produktów spożywczych.[21] Stosunkowo wysokie poziomy węglowodanów są związane z przetworzoną żywnością lub rafinowaną żywnością z roślin, w tym słodyczami, ciasteczkami i cukierkami, cukrem stołowym, miodem, napojami bezalkoholowymi, pieczywem i krakersami, dżemami i owocami, makaronami i płatkami śniadaniowymi. Niższe ilości węglowodanów są zwykle związane z nierafinowanymi pokarmami, w tym z fasolą, bulwami, ryżem i nierafinowanymi owocami.[22] Żywność dla zwierząt na ogół ma najniższy poziom węglowodanów, chociaż mleko zawiera dużo laktozy.

Organizmy zazwyczaj nie mogą metabolizować wszystkich rodzajów węglowodanów, aby uzyskać energię. Glukoza jest niemal uniwersalnym i dostępnym źródłem energii. Wiele organizmów ma również zdolność metabolizowania innych monosacharydów i disacharydów, ale glukoza jest często najpierw metabolizowana. W Escherichia colina przykład operon lac będzie eksprymował enzymy do trawienia laktozy, gdy jest obecny, ale jeśli zarówno laktoza jak i glukoza są obecne gumilaka operon jest represjonowany, co skutkuje pierwszym użyciem glukozy (patrz: Diauxie). Polisacharydy są również powszechnymi źródłami energii. Wiele organizmów może łatwo rozkładać skrobie na glukozę; większość organizmów nie może jednak metabolizować celulozy lub innych polisacharydów, takich jak chityna i arabinoksylan. Te rodzaje węglowodanów mogą być metabolizowane przez niektóre bakterie i protisty.Przeżuwacze i termity, na przykład, wykorzystują mikroorganizmy do przetwarzania celulozy. Mimo że te złożone węglowodany nie są zbyt strawne, stanowią ważny składnik żywieniowy dla ludzi, zwany błonnikiem pokarmowym. Fibre poprawia trawienie, między innymi korzyści.[23]

W oparciu o wpływ na ryzyko chorób serca i otyłości u zdrowych dorosłych w średnim wieku,[24] Instytut Medycyny zaleca, aby amerykańscy i kanadyjscy dorośli dostawali od 45 do 65% energii dietetycznej z pełnoziarnistych węglowodanów.[25] Organizacja ds. Wyżywienia i Rolnictwa oraz Światowa Organizacja Zdrowia wspólnie zalecają, aby krajowe wytyczne dietetyczne określały 55-75% całkowitej energii z węglowodanów, ale tylko 10% bezpośrednio z cukrów (ich określenie dla prostych węglowodanów).[26]

Klasyfikacja

Dietetycy często określają węglowodany jako proste lub złożone. Jednak dokładne rozróżnienie między tymi grupami może być niejednoznaczne. Termin złożony węglowodan został po raz pierwszy użyty w publikacji Komisji Senatu USA w sprawie żywienia i potrzeb ludzkich Cele dietetyczne dla Stanów Zjednoczonych (1977), w którym zamierzano odróżnić cukry od innych węglowodanów (które uznano za lepsze odżywczo).[27] Jednak w raporcie zamieszczono "owoce, warzywa i produkty pełnoziarniste" w złożonej kolumnie węglowodanowej, mimo że mogą one zawierać cukry, a także polisacharydy. To zamieszanie trwa nadal, ponieważ niektórzy dietetycy używają terminu kompleks węglowodanów w odniesieniu do wszelkiego rodzaju strawnego sacharydu obecnego w całym jedzeniu, w którym również znajdują się błonnik, witaminy i minerały (w przeciwieństwie do przetworzonych węglowodanów, które dostarczają energii, ale niewiele innych składników odżywczych) . Standardowym zastosowaniem jest jednak chemiczna klasyfikacja węglowodanów: proste, jeśli są cukrami (monosacharydy i disacharydy) i złożone, jeśli są polisacharydami (lub oligosacharydami).[28]

W każdym razie, proste lub złożone rozróżnienie chemiczne ma niewielką wartość do określenia jakości odżywczej węglowodanów.[28] Niektóre proste węglowodany (na przykład fruktoza) podnoszą poziom glukozy we krwi powoli, podczas gdy niektóre złożone węglowodany (skrobie), szczególnie jeśli są przetwarzane, szybko zwiększają poziom cukru we krwi. Szybkość trawienia zależy od wielu czynników, w tym od tego, które inne składniki odżywcze są spożywane z węglowodanem, w jaki sposób przygotowuje się jedzenie, od indywidualnych różnic w metabolizmie i od chemii węglowodanów.[29]

USDA Wytyczne żywieniowe dla Amerykanów 2010 apeluje o umiarkowane do wysokiego spożycia węglowodanów ze zrównoważonej diety, która obejmuje sześć jednouncjowych porcji produktów zbożowych każdego dnia, co najmniej połowę z całych ziaren zbóż, a resztę z ubogich.[30]

Opracowano pojęcia indeks glikemiczny (GI) i ładunek glikemiczny, aby scharakteryzować zachowania pokarmowe podczas trawienia człowieka. Wyznaczają bogate w węglowodany pokarmy w oparciu o szybkość i wielkość ich wpływu na poziom glukozy we krwi. Indeks glikemiczny jest miarą szybkości wchłaniania glukozy z żywności, podczas gdy ładunek glikemiczny jest miarą całkowitej wchłanialnej glukozy w żywności. Wskaźnik insuliny jest podobną, nowszą metodą klasyfikacyjną, która klasyfikuje żywność w oparciu o jej wpływ na poziomy insuliny we krwi, które są spowodowane przez glukozę (lub skrobię) i niektóre aminokwasy w żywności.

Wpływ diety na ograniczenie węglowodanów

Zobacz także: Dieta niskowęglowodanowa

Węglowodany są powszechnym źródłem energii w żywych organizmach; jednak żaden pojedynczy węglowodan nie jest niezbędnym składnikiem odżywczym u ludzi.[31] Ludzie są w stanie uzyskać wszystkie swoje zapotrzebowanie na energię z białek i tłuszczów, chociaż nadal istnieją potencjalne negatywne skutki ekstremalnych ograniczeń węglowodanowych dla zdrowia, ponieważ problem ten nie był jeszcze szeroko badany.[31] Jednak w przypadku błonnika pokarmowego - niestrawnych węglowodanów, które nie są źródłem energii - niewystarczające spożycie może prowadzić do znacznego wzrostu śmiertelności.[32][33]

Stosowanie diety składającej się z bardzo małych ilości węglowodanów dziennie przez kilka dni zwykle skutkuje wyższymi poziomami ciałek krwi ketonowej niż dieta izokaloryczna o podobnej zawartości białka. Ten stosunkowo wysoki poziom ciał ketonowych jest powszechnie znany jako ketoza i bardzo często mylony jest z potencjalnie śmiertelną chorobą, często obserwowaną u chorych na cukrzycę typu 1, znanych jako cukrzycowa kwasica ketonowa. Osoba cierpiąca na kwasicę ketonową będzie miała znacznie wyższy poziom ciałek krwi we krwi wraz z wysokim poziomem cukru we krwi, odwodnieniem i brakiem równowagi elektrolitowej.

Długołańcuchowe kwasy tłuszczowe nie mogą przekroczyć bariery krew-mózg, ale wątroba może je rozbić, tworząc ketony. Kwasy oktanowy i heptanowy kwasów tłuszczowych o średnim łańcuchu mogą jednak przenikać przez barierę i być wykorzystywane przez mózg, który zwykle wykorzystuje glukozę do swojej energii.[34][35][36]Glukoneogeneza pozwala ludziom syntetyzować pewną ilość glukozy ze specyficznych aminokwasów: ze szkieletu glicerolu w triglicerydach, aw niektórych przypadkach z kwasów tłuszczowych.

Metabolizm

Główny artykuł: Metabolizm węglowodanów

Metabolizm węglowodanów oznacza różne procesy biochemiczne odpowiedzialne za powstawanie, rozkład i wzajemną przemianę węglowodanów w żywych organizmach.

Najważniejszym węglowodanem jest glukoza, prosty cukier (monosacharyd), który jest metabolizowany przez prawie wszystkie znane organizmy. Glukoza i inne węglowodany są częścią szerokiej gamy szlaków metabolicznych w różnych gatunkach: rośliny syntetyzują węglowodany z dwutlenku węgla i wody przez fotosyntezę, przechowującą wewnętrznie pochłoniętą energię, często w postaci skrobi lub lipidów. Składniki roślin są konsumowane przez zwierzęta i grzyby i wykorzystywane jako paliwo do oddychania komórkowego.Utlenianie jednego grama węglowodanów daje około 9 kJ (4 kcal) energii, podczas gdy utlenianie jednego grama lipidów daje około 38 kJ (9 kcal). Ludzkie ciało przechowuje od 300 do 500 g węglowodanów w zależności od masy ciała, a mięsień szkieletowy przyczynia się do dużej części miejsca przechowywania.[37] Energia uzyskana w wyniku metabolizmu (np. Utleniania glukozy) jest zwykle tymczasowo przechowywana w komórkach w postaci ATP.[38] Organizmy zdolne do oddychania beztlenowego i tlenowego, które metabolizują glukozę i tlen (tlenową) w celu uwolnienia energii z dwutlenkiem węgla i wodą jako produktami ubocznymi.

Katabolizm

Katabolizm jest reakcją metaboliczną, której komórki ulegają rozkładowi na większe cząsteczki, pobierając energię. Istnieją dwa główne szlaki metaboliczne katabolizmu monosacharydów: glikoliza i cykl kwasu cytrynowego.

W glikolizie, oligo / polisacharydy są rozszczepiane najpierw do mniejszych monosacharydów przez enzymy zwane hydrolazami glikozydowymi. Jednostki monosacharydowe mogą następnie wchodzić w katabolizm monosacharydów. Inwestycja w 2 ATP jest wymagana na wczesnych etapach glikolizy, aby fosforylować glukozę do 6-fosforanu glukozy (G6P) i 6-fosforanu fruktozy (F6P) do 1,6-bifosforanu fruktozy (FBP), tym samym nieodwracalnie popychając reakcję do przodu.[39] W niektórych przypadkach, podobnie jak w przypadku ludzi, nie wszystkie rodzaje węglowodanów są użyteczne, ponieważ trawienie i niezbędne enzymy metaboliczne nie są obecne.

Chemia węglowodanów

Chemia węglowodanów jest dużą i ekonomicznie ważną gałęzią chemii organicznej. Niektóre z głównych reakcji organicznych, które obejmują węglowodany, to:

  • Alkalowanie węglowodanów
  • Reakcja cyjanohydrynowa
  • Transformacja Lobry'ego de Bruyn-van Ekensteina
  • Przegrupowanie Amadori
  • Reakcja Nef
  • Degradacja Wohl
  • Reakcja Koenigs-Knorra
  • Trawienie węglowodanów

Zobacz też

  • Bioplastik
  • Fermentacja
  • Glikobiologia