Yamkini kabohaidreti ni vitu vya kiogani vilivyosambaa na vinavyopatikana kwa wingi zaidi kiasili na ni sehemu muhimu ya viumbe hai wote. Neno kabohaidreti lina maana ya “watered carbon”; na Cx(H2O)y ni fomyula ya jumla inayotumika kuelezea kabohaidreti zilizo nyingi.
Kabohaidreti hutengenezwa na mimea ya kijani kutokana na dioksidi ya kaboni (carbon dioxide) na maji katika mlolongo wa usanidinuru (photosynthesis). Kabohaidreti ni vyanzo vya nishati na ni viungo muhimu katika miundo ya viumbehai, na kwa nyongeza, sehemu ya muundo wa nucleic acids, ambayo hutunza taarifa za kiurithi (genetic), huundwa na kabohaidreti.
Mgawanyo na Majina ya Kabohaidreti
Kuna migawanyo ya aina mbalimbali inayotumika ya kabohaidreti, lakini makundi haya manne -monosaccharides, disaccharides, oligosaccharides na polysaccharides -ndiyo mgawanyo unaotumika zaidi. Monosaccharides nyingi, au simple sugars, hupatikana katika zabibu, matunda mengine, na asali. Pamoja na kuwa molekuli nyingi za kabohaidreti huwa na atomu za kaboni tatu hadi tisa, kabohaidreti nyingi tunazozifahamu huwa ni muunganiko wa kabohaidreti tano au sita na kufanya molekuli moja iliyo kama mnyororo. Simple sugars tatu za muhimu -glucose (ambayo pia huitwa dextrose, grape sugar, na corn sugar), fructose (fruit sugar), na galactose -zina molecular formula moja, (C6H12O6), lakini , kwa sababu atomu zao zina mipangilio tofauti ya kiumbo, sukari hizi zina tabia tofauti; sukari hizi ni isomers.
Mabadiliko madogo katika mpangilio wa kiumbo hugunduliwa na viumbe hai na huathiri umuhimu wa kibayolojia wa isomeric compounds. Inafahamika, kwa mfano, kuwa utamu wa sukari za aina tofauti hutofautiana kulingana na mpangilio wa hydroxyl groups (-OH) zilizo sehemu ya mpangilio wa muundo wa molekuli husika. Nishati katika chemical bonds za glucose kwa namna fulani hutoa kwa viumbe hai walio wengi sehemu kubwa ya nishati ambayo huhitajika katika kutekeleza shughuli zao. Galactose ambayo ni simple sugar inayopatikana mara chache sana, kwa kawaida huungana na simple sugars nyingine na kutengeneza molekuli kubwa zaidi.
Molekuli mbili za simple sugar zilizoungana hutengeneza disaccharide, au double sugar. Disaccharide iitwayo sucrose, au table sugar, hujengwa na molekuli moja ya glucose na molekuli moja ya fructose; na vyanzo vikuu vya sucrose ni sugar beets na cane sugar. Milk sugar au lactose na maltose nazo pia ni disaccharides. kabala ya nishati ndani ya disacharides kutumika na viumbe hai ni lazima zivunjwe na kuwa monosaccharides kwanza.
Oligosaccharides ambazo hujengwa na monosachharides tatu hadi sita, hupatikana mara chache sana ndani ya vitu vya asili.
Polysaccharides (neno lenye maana ya sukari za aina nyingi) linajumuisha miundo mingi na hifadhi za nishati zilizo nyingi zinazopatikana kiasili. Molekuli kubwa zinazoweza kuwa ni muunganiko wa monosaccharides hadi 10,000, zinaweza kuwa na ukubwa tofauti, na miundo ya ukubwa tofauti, viwango vya sukari vilivyo tofauti; mamia kadhaa ya aina tofauti yamegunduliwa hadi sasa.
Cellulose, muundo unaohusishwa zaidi na mimea, ni complex polysaccharide yenye vitengo vingi vya glucose vilivyounganishwa pamoja; ni polysaccharide iliyozoeleka zaidi. Starch inayopatikana katika mimea na glycogen inayopatikana katika wanyama ni complex glucose polysaccharides. Starch (ianyotokana na neno la Old English stercan, lenye maana ya -to stiffen-) hupatikana mara nyingi ndani ya mbegu, mizizi, mashina, ambako hutunzwa kama nishati iliyo tayari kutumika na mmea. Starch ya mimea inaweza kutengenezwa kuwa chakula kama mikate, au inawea kuliwa moja kwa moja – kama viazi. Glycogen, ambayo inatengenezwa na minyororo ya molekuli za glucose yenye matawi, hutengenezwa ndani ya ini na misuli ya wanyama na hutunzwa kama chanzo cha nishati.
Umuhimu Wa Kibayolojia
Umuhimu wa kabohaidreti kwa viumbe hai ni mkubwa mno. Nishati inayotunzwa na mimea na wanyama yote ni kabohaidreti na lipid; kabohaidreti hupatikana kirahisi kama chanzo cha nishati, wakati lipids ni chanzoc cha nishati kinachochukua muda mrefu na hutumika kwa kiasi kidogo zaidi. Glucose ambayo ni free sugar ambayo isiyoungana na kitu kingine huzunguka ndani ya damu ya wanyama, ni muhimu kwa ufanyaji kazi wa seli. Udhibiti unaofaa wa glucose metabolism ni kitu cha muhimu ili kuweza kuishi.
Uwezo wa ruminats, kama ng’ombe, kondoo na mbuzi kubadilisha polysaccharides zilizomo ndani ya majani kuwa protini, hutengeneza chanzo kikubwa cha protini kwa binadamu. Baadhi ya antibiotics muhimu kama streptomycin, hutokana na kabohaidreti. Cellulose ndani ya mimea hutumika kutengeneza karatasi, mbao kwa ajili ya ujenzi na fanicha.
Mchango Katika Chakula cha Binadamu
Nishati (total caloric) inayotakiwa na mtu hutegemea umri, kazi, na vipengele vingine lakini kwa kawaida ni kati ya 2,000 hadi 4,000 kwa kipindi cha saa 24 (kalori moja, kama neno linalotumika katika lishe, kiwango cha choto kinachohitajika ili kupandisha joto la gramu 1,000 maji kutoka 15C hadi 16C; na hupimwa kama kilocalorie.) Kabohaidreti inayoweza kutumika na binadamu hutoa kalori 4 kwa gramu ukilinganisha kalori 9 kwa gramu za mafuta (fat) na 4 kwa gramu za protini.
Pamoja na kwamba kabohaidreti huchukua karibu asilimia 80 ya kalori za jumla zinazoliwa katika mlo wa binadamu, kwa mlo mmoja, uwiano wa starch na kabohaidreti kwa jumla huwa tofauti, kulingana na mila husika. Asia ya Mashariki na katika maeneo ya Afrika, ambako wali na mimea yenye mizizi inayohifadhi chakula kama mihogo hutoa chakula kikuu, starch huweza kufikia asilimia 80 ya jumla ya kabohaidreti. Katika mlo wa kawaida wa nchi za Ulaya asilimia 33 hadi 50 ya kalori hutoka kwenye kabohaidreti. Karibia nusu (asilimia 17 hadi 17) huwa ni starch; theluthi nyingine ni sukari ya mezani (sucrose) na milk sugar (lactose); na asilimia ndogo ya monosaccharides kama glucose na fructose, ambacho hupatikana zaidi kwenye matunda, asali, syrups, na baadhi ya mboga za majani kama artichokes, vitunguu na sugar beets. Sehemu ndodgo inayobakia huwa ni kabohaidreti isiyoweza kumeng’enywa, ambayo mara nyingi ngozi za nje (zinazotengenezwa na cellulose) za mbegu na vikonyo na majani ya mboga.
Mchango Katika Kutunza Nishati
Starches, polysaccharide ambayo ni hifadhi kuu ya nishati katika mmea inayotumiwa na binadamu, huhifadhiwa katika mmea katika umbile la chembechembe ndogo za mviringo (spherical granules) ambazo zinatofautiana katika kipenyo kuanzia kama micrometres 3 hadi 100 (kama inchi 0.0001 hadi 0.004). Starch nyingi za mimea hujengwa na mchanganyiko wa vitu viwili: amylose na amylopectin. Molekuli za glucose ndani ya amylose huwa na mnyororo nyoofu, au umbo la kunyooka. Amylopectin huwa na umbo la mnyororo wenye matawi na huwa molekuli iliyojazana zaidi. Vitengo vya glucose vipatavyo elfu kadhaa vinaweza kuwa katika molekuli moja ya starch. (Katika mchoro, kila mviringo mmoja mdogo unasimamia molekuli moja ya glucose.)
Zaidi ya starches, baadhi ya mimea Kwa mafano Jerusalem artichoke na majani ya aina fulani ya nyasi, hasa nyasi za rye, huwa na hifadhi za polysaccharides zenye vitengo vya fructose badala ya glucose. Pamoja na kuwa polysaccharides za fructose zinaweza kuvunjwavunjwa ili kutengeneza syrups, haziweza kumeng’enywa na wanyama wakubwa.
Starches hazitengenezwi na wanyama; badala yake wanyama hutengeneza polysaccharide inayorandana na starch, glycogen. Karibu seli zote za wanyama ambao ni vertebrate na invertebrate, na hata seli za fungi na protozoa nyingi, huwa na glycogen; na viwango vikubwa hupatikana ndani ya ini na misuli ya wanayama. Umbo la jumla la glycogen, ambao ni molekuli yenye matawi mengi yenye vitengo vya glucose, inafanana kwa mbali na amylopectin ya starch. Wanyama wakiwa na msongo na shughuli zinazotumia misuli, glycogen huvunjwa haraka na kuwa glucose na kisha kutumika kama chanzo cha nishati. kwa jinsi hii, glycogen ni hifadhi ya haraka ya kabohaidreti. Isitoshe, kiwango kilichopo cha glycogen muda wo wote, hasa katika ini, moja kwa moja huonyesha hali ya kilishe ya mnyama. Wakati kuna uwingi wa chakula, hifadhi za glycogen na mafuta zote huongezeka, lakini wakati kuna upungufu wa chakula kufikia chini ya kiwango kinachotakiwa, hifadhi za glycogen hupungua haraka sana, wakati mafuta hupungua kwa kasi ndogo zaidi.
Mchango Katika Maumbile Ya Wanyama Na Mimea
Wakati starch na glycogen ndiyo hifadhi kuu za polysaccharides za viumbe hai, kabohaidreti nyingi iliyopo katika ulimwengu inapatikana kama viungo vya maumbile ya kuta za seli (cell walls) za mimea. Kabohaidreti iliyomo katika kuta za seli za mimea hupatikana katika matabaka, moja katika matabaka hayo likiwa uwingi wa cellulose zaidi kuliko mengine. Sifa za kimaumbile na kikemikali za cellolose ni tofauti na zile za amylose iliyopo katika starch.
Katika seli nyingi za mimea, ukuta wa seli una unene wa kama micrometre 0.5 na huwa una mchanganyiko wa cellulose, pentose-containing polysaccharides (pentosans), na namna ya plastiki iitwayo lignin. Viwango vya cellulose na pentosan huwa tofauti; mimea mingi huwa asilimia 40 hadi 60 ya cellulose, ingawa viwango vikubwa zaidi huonekana kwenye nyuzinyuzi za pamba.
Polysaccharides hufanya kazi kama kiungo kikuu cha ujenzi wa maumbile katika wanyama. Chitin, ambayo ni sawa na cellulose, huonekana katika wadudu na arthropods wengine. Polysaccharides nyingine huchukua nafasi kubwa katika tishu za maumbile ya wanyama wakubwa.
Makundi Ya Kabohaidreti
Monosaccharides
Vyanzo
Monosaccharide ni kitu cho chote kinachotumika katika kujenga kabohaidreti. Monosaccharides ni polyhydroxy aldehydes au ketones; maana yake, ni molekuli yenye hydroxyl group (-OH) zaidi ya moja, na carbonyl group (C=O) au kwenye kaboni ya mwisho (aldose) au kwenye kaboni ya pili (ketose). Carbonyl group huunganika na atomu ya hydroxl group ndani ya aqueous solution kutengeneza cyclic compound (hemi-acetal au hemi-ketal). Monosaccharide inayotokea ni crystalline water-soluble solid.
Monosaccharides hugawanywa kwa idadi ya atomu za kaboni katika molekuli; dioses zina mbili, trioses zina tatu, tetroses nne, pentoses tano, hexoses sita, na heptoses saba. zilizo nyingi zina atomu tano au sita. Pentoses za muhimu zaidi ni xylose, inayopatikana ikiwa imeungana kama xylan ndani ya mbao; arabinose kutoka miti ya coniferous; ribose , kiungo cha ribonucleic acids (RNA)na vitamini kadhaa; na deoxyribose, kiungo cha deoxyribonucleic acid (DNA). Katika aldohexoses muhimu ni glucose, mannose, na galactose; fructose ni ketohexose.
Baadhi ya derivatives za monosaccharides ni za muhimu. Ascorbic acid (vitamin C), kwa mfano, ni derivative ya glucose.
Monosaccharides zinazoonekana kwa wingi kiasili ni D-glucose, D-mannose, D-fructose, na D-ga;actose baina ya hexoses na D-xylose na L-arabinose baina ya pentoses. Kwa namna fulani, D-ribose na 2-deoxy-D-ribose huonekana kila pahala kila wakati kwa sababu hujenga sehemu ya kabohaidreti ya ribonucleic acid (RNA) na deoxyribonucleic acid (DNA); sukari hizi hupatikana katika seli zote za vitu vinavyojenga nucleic acids.
Baadhi ya monosaccharides zinazopatikana kiasili
| Some naturally occurring monosaccharides | ||
| sugar | sources | |
| L-arabinose | mesquite gum, wheat bran | |
| D-ribose | all living cells; as component of ribonucleic acid | |
| D-xylose | corncobs, seed hulls, straw | |
| D-ribulose | as an intermediate in photosynthesis | |
| 2-deoxy-D-ribose | as constituent of deoxyribonucleic acid | |
| D-galactose | lactose, agar, gum arabic, brain glycolipids | |
| D-glucose | sucrose, cellulose, starch, glycogen | |
| D-mannose | seeds, ivory nut | |
| D-fructose | sucrose, artichokes, honey | |
| L-fucose | marine algae, seaweed | |
| L-rhamnose | poison-ivy blossom, oak bark | |
| D-mannoheptulose | avocado | |
| D-altroheptulose | numerous plants | |
Glucose ni moja ya kundi la kabohaidreti linaloitwa simple sugars (monosaccharides). Glucose (kutoka neno la kigiriki glykys; “tamu”) ina molecular formula C6H12O6. Hupatikana katika matunda na asali na free sugar kuu inayozunguka katika damu ya wanyama. ni chanzo cha nishati katika utendaji kazi wa seli, na udhibiti wa uvunjwaji wake ni muhimu sana. Molekuli za starch, namna kuu ya kabohaidreti ya hifadhi ya nishati ya mimea, huundwa na maelfu ya vipande vya glucose vilivyoungana kama mstari. Kabohaidreti nyingine inayojengwa na glucose ni cellulose, ambayo nayo ni molekuli kwenye mstari. Dextrose ni molekuli ya D-glucose.
Fructose ni kabohaidreti katika jamii ya simple sugars, au monosaccharides. Fructose, pamoja na glucose, hupatikana katika matunda, asali, na syrups; hupatikana pia katika baadhi ya mboga za majani. Ni kiungo, pamoja na glucose, cha disaccharide sucrose, ambayo ni sukari ya kawaida (table sugar).
Galactose ni moja katika jamii ya kabohaidreti ziitwazo sugar sugars (monosaccharides). Kiasili hupatikana ikiwa imeungana na sukari nyingine, kwa mfano, katika lactose (milk sugar). Galactose hupatikana vilevile ndani ndani ya complex carbohydrates na katika carbohydrate-containing lipids ziitwazo glycolipids, ambazo hupatikana katika ubongo na tishu za neva za wanyama.
Disaccharides na oligosaccharides
Disaccharides
Polysaccharides
Polysaccharide ndilo umbo ambalo kabohaidreti nyingi za asili hupatikana. Polysaccharide zinaweza kuwa na umbo au linaloganyika au lililonyooka (branched or linear structure.) Polysaccharide zenye maumbo ya kunyooka kama cellulose kwa kawaida huungana pamoja na kutengeneza kitu kigumu; polysaccharides zilizogawanyika, (kwa mfano, gum arabic), kwa kawaida huyeyuka katika maji na kutengeneza paste.
Polysaccharides zinazotengenezwa na molekuli nyingi za sukari ya aina moja au kitu kinachotokana na sukari huitwa homopolysaccharides (homoglycans).
Homopolysaccharides zinazoundwa na glucose zina glycogen na starch -kabohaidreti za hifadhi za wanyama na mimea -pamoja na cellulose.
Polysaccharides zenye molekuli zinazotokana na sukari zaidi ya moja au vitu vinavyotokana na sukari zaidi ya kimoja huitwa heteropolysaccharides (heteroglycans).