Biochimia carbohidraților

Rolul în nutriția umană

Caloria totală sau energia necesară pentru un individ depinde de vârstă, ocupație și alți factori, dar, în general, variază între 2.000 și 4.000 de calorii pe o perioadă de 24 de ore (o calorie, deoarece acest termen este utilizat în nutriție, este cantitatea de căldură necesară pentru a crește temperatura de 1.000 de grame de apă de la 15 la 16 ° C [59 la 61 ° F]; în alte contexte, această cantitate de căldură se numește kilocalorie). Carbohidratul care poate fi folosit de om produce patru calorii pe gram, spre deosebire de nouă calorii pe gram de grăsime și patru pe gram de proteine. În zonele lumii în care nutriția este marginală, o proporție ridicată (aproximativ una până la două kilograme) din necesarul energetic zilnic al unui individ poate fi furnizată de carbohidrați, restul provenind dintr-o varietate de surse de grăsime.

sistemul digestiv uman: carbohidrați

Carbohidratii sunt absorbiți sub formă de monosacharide (zaharuri simple, cum ar fi glucoza, fructoza și galactoza care nu mai pot fi

Deși carbohidrații pot compune până la 80% din aportul caloric total din dieta umană, pentru o anumită dietă, proporția de amidon și carbohidrați totali este destul de variabilă, în funcție de obiceiurile existente. În Asia de Est și în zonele Africii, de exemplu, unde orezul sau tuberculii, cum ar fi maniocul furnizează o sursă majoră de hrană, amidonul poate reprezenta 80% din cantitatea totală de carbohidrați. Într-o dietă tipică occidentală, 33 până la 50 la sută din aportul caloric este sub formă de carbohidrați. Aproximativ jumătate (adică 17-25%) este reprezentat de amidon; o altă treime prin zahăr de masă (zaharoză) și zahăr din lapte (lactoză); și procente mai mici de monozaharide, cum ar fi glucoza și fructoza, care sunt comune în fructe, miere, siropuri și anumite legume, cum ar fi anghinare, ceapă și sfeclă de zahăr. Restul mic este format din carbohidrat în vrac sau indigestibil, care cuprinde în principal acoperirea exterioară celulozică a semințelor și tulpinile și frunzele legumelor. (Vezi și nutriție.)

Rolul în stocarea energiei

Amidonul, polizaharidele majore de rezervă a energiei vegetale utilizate de om, sunt depozitate în plante sub formă de granule aproape sferice, care variază în diametru de la aproximativ trei până la 100 micrometri (aproximativ 0,0001 la 0,004 inci). Cele mai multe amidonuri de plante constau dintr-un amestec din două componente: amiloză și amilopectină. Moleculele de glucoză care compun amiloza au o structură liniară sau liniară. Amilopectina are o structură cu lanț ramificat și este o moleculă ceva mai compactă. Mai multe mii de unități de glucoză pot fi prezente într-o singură moleculă de amidon. (În diagramă, fiecare cerc mic reprezintă o moleculă de glucoză.)

Pe lângă granule, multe plante au un număr mare de celule specializate, numite celule parenchimatoase, a căror funcție principală este stocarea amidonului; exemple de plante cu aceste celule includ legume și tuberculi rădăcini Conținutul de amidon din plante variază considerabil; cele mai mari concentrații se găsesc în semințe și în boabele de cereale, care conțin până la 80 la sută din carbohidrații lor totali ca amidon. Componentele de amiloză și amilopectină ale amidonului apar în proporții variabile; majoritatea speciilor de plante păstrează aproximativ 25% din amidon, sub formă de amiloză și 75% ca amilopectină. Această proporție poate fi însă modificată prin tehnici de creștere selectivă și au fost dezvoltate unele soiuri de porumb care produc până la 70 la sută din amidonul lor sub formă de amiloză, care este mai ușor digerată de oameni decât este amilopectina.

În afară de amidonuri, unele plante (de exemplu, anghinarea din Ierusalim și frunzele anumitor ierburi, în special iarba de secară) formează polizaharide de stocare compuse mai degrabă din unități de fructoză decât glucoză. Deși polizaharidele fructoase pot fi defalcate și utilizate pentru prepararea siropurilor, ele nu pot fi digerate de animale mai mari.

Amidonul nu este format din animale; în schimb, formează o polizaharidă strâns legată de glicogen. Practic, toate celulele animale vertebrate și nevertebrate, precum și cele ale numeroase ciuperci și protozoane, conțin glicogen; concentrații deosebit de mari ale acestei substanțe se găsesc în ficat și în celulele musculare ale animalelor superioare. Structura generală a glicogenului, care este o moleculă extrem de ramificată formată din unități de glucoză, are o asemănare superficială cu cea a componentei amilopectinei amidonului, deși detaliile structurale ale glicogenului sunt semnificativ diferite. În condiții de stres sau de activitate musculară la animale, glicogenul este defalcat rapid în glucoză, care este ulterior utilizat ca sursă de energie. În acest mod, glicogenul acționează ca o rezervă imediată de carbohidrați. Mai mult, cantitatea de glicogen prezentă în orice moment, în special în ficat, reflectă în mod direct starea nutrițională a unui animal. Atunci când sunt disponibile alimente adecvate, atât glicogenul cât și rezervele de grăsime ale organismului cresc, dar când consumul de produse alimentare scade sau când aportul alimentar scade sub cerințele minime de energie, rezervele de glicogen se epuizează destul de rapid, în timp ce cele de grăsime sunt utilizate la rata mai lentă.

Rolul în structura plantelor și animalelor

În timp ce amidonul și glicogenul reprezintă polizaharidele majore de rezervă ale viețuitoarelor, majoritatea carbohidraților găsiți în natură apar ca componente structurale în pereții celulari ai plantelor. Carbohidrații din pereții celulelor vegetale constau în general din mai multe straturi distincte, dintre care unul conține o concentrație mai mare de celuloză decât celelalte. Proprietățile fizice și chimice ale celulozei sunt în mod izbitor de diferite de cele ale componentei amilozice a amidonului.

În majoritatea plantelor, peretele celular are o grosime de aproximativ 0,5 micrometri și conține un amestec de celuloză, polizaharide care conțin pentoză (pentosani) și un material inert (chimic nereactiv), de tip plastic, numit lignină. Cantitățile de celuloză și pentosan pot varia; majoritatea plantelor conțin între 40 și 60 la sută celuloză, deși cantități mai mari sunt prezente în fibra de bumbac.

Polizaharidele funcționează, de asemenea, ca componente structurale majore la animale. Chitina, care este similară cu celuloza, se găsește la insecte și alte artropode. Alte polizaharide complexe predomină în țesuturile structurale ale animalelor superioare.