تركيب الكربوهيدرات

بيولوجي للمبتدئين: الجزيئات الكبيرة “الكربوهيدرات”، شرح 4

يعشق رواد التخسيس الكربوهيدرات بجميع أنواعها، فالدور الذي تلعبه في جميع الأنظمة الغذائية للكائنات الحية ليس بقليل، دعنا نسأل سؤالاً واحداً، هل الكربوهيدرات مفيدة لنا؟

غالباً ما يسمع الأشخاص الذين يرغبون في إنقاص الوزن أن الكربوهيدرات ضارة ويجب تجنبها.

مخرجات التعلُم

  • التمييز بين السكريات الأحادية والثنائية والسكريات المتعددة.
  • تحديد الوظائف الرئيسية للكربوهيدرات.

دور الكربوهيدرات في الأنظمة الحيوية

نرى بعض الحِميات الغذائية تمنع تماماً استهلاك الكربوهيدرات بحجة مساعدة الناس على فقدان الوزن بشكل أسرع، في حين أن الكربوهيدرات جزءاً هاما من النظام الغذائي البشري على مدار آلاف السنين وحتى الآن.

نري في الحضارات القديمة وجود القمح والأرز والذرة في مخازن أسلافنا، ومن المهم تكميل الكربوهيدرات بالبروتينات والفيتامينات والدهون لتكوين نظام غذائي متكامل يتسم بالاتزان من حيث السعرات الحرارية.

نجد أن غرام الكربوهيدرات الواحد يوفر 4.3 سُعر حراري فقط، بينما توفر الدهون 9 سعر حراري لكل غرام، وهي تعتبر نسبة أقل مما هو مرغوب فيه.

نجد من الملاحظة أن الكربوهيدرات تحتوي على عناصر قابلة للذوبان وأخرى غير قابلة للذوبان، فالجزء غير القابل للذوبان يُطلق عليه الألياف وتتكون معظمها من السليلوز.

تدخُل الألياف في:

  • تعزيز حركة الأمعاء المنتظمة.
  • تنظيم معدل استهلاك الجلوكوز في الدم.
  • إزالة الكوليسترول الزائد عن حاجة الجسم.
  • إعطاء الشعور بالامتلاء والشبع في وجبات الحبوب الكاملة والخضروات.

من المعروف أن الجلوكوز هو المصدر المباشر للطاقة خلال عملية التنفس الخلوي، والكربوهيدرات دائماً ما تتحول إلى جلوكوز، وبدون استهلاك الكربوهيدرات، تنخفض مستويات الطاقة فوراً.

مفهوم: التنفس الخلوي هو عملية تكسير الجلوكوز إلى وحدات أصغر لإنتاج عُملة الطاقة “ATP” داخل الخلية.

لذلك محاولة القضاء على الكربوهيدرات من النظام الغذائي ليست أفضل الحلول لإنقاص الوزن، لأن الحل هو:

  • الالتزام بنظام غذائي منخفض السعرات الحرارية
  • وغني بالحبوب الكاملة
  • يحتوي على الفواكه والخضروات واللحوم الخالية من الدهون
  • إلى جانب الكثير من التمارين الرياضية
  • والكثير من شرب الماء.

هكذا يمكن إنقاص الوزن بطريقة منطقية دون تهميش الكربوهيدرات من أنظمتنا الغذائية.

معظم الناس يعرفون الكربوهيدرات جيداً، وعندما يمس الأمر إنقاص الوزن، نلاحظ بعض الأفراد يعتمدون على أنظمة غذائية فقيرة الكربوهيدرات.

وعلى النقيض، يقوم الرياضيون بالتهام وتخزين أكبر قدر من الكربوهيدرات في الكبد والعضلات على هيئة جليكوجين قبل البطولة للحصول على الطاقة الكافية واللعب بأداء عالي.

الكربوهيدرات في الواقع جزء أساسي من نظامنا الغذائي اليومي، الحبوب والفواكه والخضروات كلها مصادر طبيعية للكربوهيدرات.

توفر الكربوهيدرات الطاقة للجسم من خلال تزويده بالجلوكوز (سكر بسيط يتواجد في العديد من الأغذية الأساسية)، ولها انتشار واسع لدى البشر والحيوانات والنباتات.

التركيب الكيميائي للكربوهيدرات

يمكن تمثيل جزئيات الكربوهيدرات بالصيغة الكيميائية (CH2O) n، حيث حرف n هو عدد ذرات الكربون في الجُزيء.

تبلغ نسبة الكربون إلى الهيدروجين إلى الأكسجين 1:2:1 على الترتيب في جزيئات الكربوهيدرات، وتلك النسبة توضح أصل مصطلح الكربوهيدرات.

يتكون لفظ الكربوهيدرات من:

  • الكربون (كربو)
  • والماء (هيدرات)

تصنيف الكربوهيدرات

يمكن تصنيف الكربوهيدرات إلى ثلاثة أنواع:

  • سكريات أحادية
  • سكريات ثُنائية
  • سكريات مُتعددة

السكريات الأحادية

السكريات الأحادية أبسط أنواع السكريات وأكثرها انتشارا، لديها أنواع متعددة أشهرها سكر الدم (الجلوكوز)، كما تتراوح عدد ذرات الكربون بها ما بين ثلاثة إلى سبع ذرات.

والجدير بالذكر أن معظم أسماء السكريات الأحادية تنتهي بكلمة(أوز)، وتختلف تسميتها اعتمادا على المجموعات الوظيفية الكيميائية المكونة لذلك السكُر الأحادي (منظر 1).

مركبات سكرية
منظر 1: تنقسم السكريات الأحادية بناءً على موضع مجموعة الكربونيل الوظيفية وعدد ذرات الكربون.
  • إذا كان السكر يحتوي على مجموعة ألدهيد، يُعرف باسم (الألدوز)
  • وإذا كان لديه مجموعة كيتون، يُسمى (الكيتوز)
  • لديه 3 ذرات كربون يُسمى (تريوز)
  • خمس ذرات كربون يُسمى (بنتوز)
  • و6 كربونات (هكسوز)

سكر الدم (الجلوكوز)

يعتبر الجلوكوز مصدراً مهماً للطاقة لدى جميع البشر، وأثناء عملية التنفس الخلوي تتحرر الطاقة من الجلوكوز التي تُساعد في صنع عُملة الطاقة (أدينوسين ثلاثي الفوسفات ATP).

النباتات: نلاحظ قيام النباتات بتصنيع الجلوكوز باستخدام ثاني أكسيد الكربون والماء لتلبية احتياجاتِها من الطاقة، وغالبا ما يُخزن الجلوكوز الزائد على هيئة نشا.

هناك أيضاً سكر الجلاكتوز وسكر الفركتوز وهما سكريات أحادية إخوة للجلوكوز، ويوجدان في:

  • الجلاكتوز في الحليب
  • بينما الفركتوز في الفاكهة

وعلى الرغم من أن الثلاث سكريات (الجلوكوز، الجلاكتوز، الفركتوز) لهم نفس الصيغة الكيميائية (C6H12O6)، إلا أنهم مختلفين كلياً وهيكلياً وكيميائياً عن بعضهم البعض بسبب الترتيب المختلف للمجموعات الوظيفية الكيميائية داخل كُلاً منهم، تلك الظاهرة تُعرف باسم الآيزومرات.

لدى جميع السكريات الأحادية أكثر من ذرة كربون غير متماثلة، ويمكن أن تتواجد السكريات الأحادية على هيئة سلاسل أو حلقات، وعادة ما تكون حلقات في المحاليل المائية.

السكريات الثنائية

تتشكل السكريات الثنائية عندما يخضع إثنين من السكريات الأحادية لتفاعل نزع الماء (تفاعل البلمهة).

وخلال تفاعل نزع الماء بين السكريات الأحادية، تندمج مجموعة هيدروكسيل (OH) في السكر الأول مع هيدروجين(H) السكر الآخر ويصاحبها إطلاق جُزيء ماء وتكوين رابطة تساهمية (منظر 2).

الفركتوز مع الجلوكوز مع السكروز
منظر 2: تفاعل جزيئات السكر الأحادي (الجلوكوز والفركتوز) لتكوين رابطة تساهمية وإنتاج السكروز

السكريات العديدة

مفهوم: السكريات العديدة هي سلسلة طويلة من السكريات الأحادية المرتبطة معا بروابط تساهمية، وتُسمى أحياناً بعديد السكاريد.

قد تكون سلسلة السكريات الأحادية المتحدة معاً متفرعة أو غير متفرعة، وقد تحتوي على أنواع مختلفة من السكريات الأحادية.

ومن أمثلة السكريات المتعددة:

  • النشا
  • الجليكوجين
  • السليلوز
  • الكيتين

النشا

النشا هي شكل السكر وهو مُخزن في النباتات، وتتكون من الأميلوز والأميلوبكتين وكلاهما من المتماثرات أو بوليمرات الجلوكوز (منظر 3).

الأميلوز والأميلوبكتين
منظر 3: الأميلوز والأميلوبكتين نوعان مختلفان من النشا

تستطيع النباتات تصنيع الجلوكوز وتخزين الزائد منه على هيئة نشا داخل أجزاء مختلفة من النبات بما في ذلك الجذور والبذور.

وعندما تلتهم الحيوانات النباتات فإنها تهضم النشا لجزيئات أصغر وتحويلها إلى جلوكوز، ويمكن للخلايا بعد ذلك امتصاص الجلوكوز والحصول على الطاقة.

الجليكوجين

الجليكوجين هو شكل تخزين الجلوكوز في البشر والكائنات الفقارية الأخرى ويتكون من جزيئات الجلوكوز الفردية (مونومرات).

يُعتبر الجليكوجين مُكافئ حيواني للنشا النباتية، ويُخزن في خلايا الكبد والعضلات وعندما تنخفض مستويات الجلوكوز في الدم، يقوم الجسم بتكسير الجليكوجين لإطلاق الجلوكوز.

السليلوز

واحد من أكثر المتماثرات (البوليمرات) الحيوية الطبيعية وفرة، وتتكون معظم جدران خلايا النباتات من السليلوز لتوفير دعم كامل لها، مُعظم الخشب والورق من السليلوز.

يتكون السليلوز من مونومرات الجلوكوز التي ترتبط معاً لتكوين خيوط السليلوز (منظر 4).

السليلوز
منظر 4: اتحاد وحدات الجلوكوز الصغيرة لتكوين خيوط السليلوز

السليلوز العابر من جهازنا الهضمي يسمى بالألياف الغذائية، في حين أن روابط جزيئات الجلوكوز المكونة للسليلوز لا يمكن تكسيرها بواسطة الإنزيمات الهضمية البشرية.

الحيوانات العشبية كالأبقار والجاموس والخيول قادرة على هضم العشب الغني بالسليلوز واستخدامه كمصدر للغذاء بسبب وجود أنواع من البكتيريا التي تُفرز إنزيم السليلاز في الكرش (جزء من الجهاز الهضمي للحيوانات العشبية).

يتحلل السليلوز إلى جزيئات جلوكوز فردية صغيرة لاستخدامها كطاقة لهضم الكربوهيدرات وتزويد الحيوان بالغذاء اللازم للخلايا.

الحشرات لديها غلاف كيتيني

لدى المفصليات (حشرات وعناكب وسرطانات) هيكل عظمي خارجي يتكون من الكيتين (أحد السكريات العديدة) لحماية أجزائها الداخلية الرخوة (منظر 5).

تلخيص الكربوهيدرات

الكربوهيدرات هي مجموعة جزيئات كبيرة توفر الطاقة للخلايا الحيوانية ودعم جدار الخلايا النباتية والفطريات وجميع المفصليات التي تشمل الحشرات والعناكب والقشريات.

تنقسم الكربوهيدرات إلى سكريات أحادية وثنائية وعديدة بالاعتماد على عدد المونومرات في كل جزيء. الجلوكوز والجلاكتوز والفركتوز سكريات أحادية شائعة، في حين أن السكريات الثنائية تشمل اللاكتوز والمالتوز والسكروز، أما النشا والجليكوجين فهم أمثلة على السكريات العديدة وأحد أشكال تخزين الجلوكوز في النباتات والحيوانات.

تتواجد سلاسل عديد السكاريد بصورة طويلة ومتفرعة أو غير متفرعة، والسليلوز مثال على عديد السكاريد غير المتفرع، في حين أن الأميلوبكتين (يتكون من النشا) هو جزيء ذات سلاسل طويلة ومتفرعة للغاية.

تخزين الجلوكوز على هيئة بوليمرات نشا في النبات أو جليكوجين في الحيوان يساعد في منع الجلوكوز من التمثيل الغذائي المباشر مما يمنع تسرب الجلوكز خارج الخلية، لأنه لو تسرب الجلوكوز، فإنه سيخلق ضغط مرتفع بين سوائل الخلية (ضغط إسموزي) مما ستمتص الخلية الماء بصورة مفرطة ويشكل خطراً عليها.

اترك تعليقاً

انتقل إلى أعلى