الكربوهيدرات Carbohydrates

الكربوهيدرات Carbohydrates هي مركبات عضوية organic compounds تتكون من ذرات الكربون carbon، الهيدروجين hydrogen، والأكسجين oxygen والتي تصنع السكريات sugars والنشويات starches. في السكريات البسيطة، مثل الجلوكوز glucose (C₆H₁₂O₆)، نسبة الهيدروجين إلى الأكسجين هي 2 إلى 1، نفس النسبة في الماء water. ولذلك تعتبر الكربوهيدرات "كربون مميأ hydrated carbon". ومع ذلك، الذرات ليست موجودة كجزيئات الماء مرتبطة إلى الكربون وإنما الكربون مرتبط تساهمياً covalently bonded إلى الهيدروجين ومجموعات الهيدروكسيل hydroxyl groups (H–C–OH).

تعمل الكربوهيدرات كمصادر وقود fuel sources رئيسية في الخلايا. تعمل أيضا كجزيئات تركيبية structural molecules في الجدران الخلوية cell walls والأحماض النووية nucleic acids. غالبا ما يطلق على الكربوهيدرات السكريات saccharides (sacchar = "سكر sugar") وهي تنقسم إلى ثلاث مجموعات.

1- أحاديات التسكر monosaccharides

أحاديات التسكر monosaccharides وثنائيات التسكر disaccharides هي سكريات بسيطة، العديد منها تمثل مونومرات monomers لعديدات التسكر polysaccharides المعقدة. الجلوكوز Glucose، سكر سداسي الكربون six-carbon sugar، هو واحد من أحاديات التسكر الأكثر مصادفة على نطاق واسع. يخدم الجلوكوز على أنه الإمداد الأساسي للطاقة الخلوية cellular energy في العالم. تتفاوت التقديرات، ولكن يقدر العديد من العلماء أن نصف الكربون في العالم موجود كجلوكوز. يتم تصنيع هذه السكريات من الماء وثاني أكسيد الكربون carbon dioxide عبر عملية البناء الضوئي photosynthesis. الطحالب Algae والسيانوبكتيريا cyanobacteria هي الأحياء الدقيقة التي لديها الآليات الكيميائية chemical machinery لهذه العملية.

2- ثنائيات التسكر disaccharides

ثنائيات التسكر disaccharides (di = اثنين two) تتكون من اثنين من أحاديات التسكر ترتبط معا عن طريق رابطة تساهمية covalent bond. السكروز Sucrose (سكر المائدة table sugar) هو مثال. هو مبني من جزيء الجلوكوز وجزيء الفركتوز fructose عبر تفاعل تخليق التجفاف dehydration synthesis reaction. السكروز هو نقطة الإنطلاق في تخمر النبيذ wine fermentations. المالتوز Maltose، سكر ثنائي آخر، يتكون من اثنين من مونومرات الجلوكوز، يوجد في محاصيل الحبوب مثل الشعير barley، و يتخمر بواسطة الخمائر yeasts من أجل الطاقة. منتج ثانوي هام من التخمر fermentation هو تشكيل الكحول alcohol في البيرة beer. اللاكتوز Lactose، وهو سكر ثنائي شائع ثالث، يتكون من السكريات الأحادية الجلوكوز والجالاكتوز galactose. اللاكتوز معروف باسم "سكر الحليب milk sugar" لأنه السكر الرئيسي في الحليب. تحت ظروف صناعية خاضعة للسيطرة، تهضم الأحياء الدقيقة اللاكتوز للطاقة؛ في هذه العملية، تنتج الحمض acid في الزبادي yogurt والقشطة الحامضة sour cream، ومنتجات الألبان الحامضة الأخرى.

3- عديدات التسكر polysaccharides

في العالم الميكروبي microbial world، الأهمية الحقيقية للسكريات الأحادية هي ككتل البناء لعديدات التسكر. عديدات التسكر polysaccharides (poly = عديد many) هي كربوهيدرات معقدة تشكلت بانضمام مئات الآلاف من المونومرات المتماثلة معا. الروابط التساهمية الناتجة عن التفاعلات الوحدات معا.

النشا Starch والجلايكوجين glycogen هي عديدات التسكر المخزنة الشائعة في الخلايا الطحلبية وبعض الخلايا البكتيرية، حيث تعمل كمصدر للطاقة المخزنة. السليلوز Cellulose، عديد تسكر تركيبي structural polysaccharide، هو مكون للجدران الخلوية في العديد من الطحالب بينما الكايتين chitin، والذي يبنى من سلاسل من مشتقات أخرى للجلوكوز، إن-أسيتيل جلوكوز أمين N-acetylglucosamine، يشكل الجدران الخلوية في الفطريات. تنتج بعض الخلايا البكتيرية أيضا ديكستران dextran الذي يمكّن الخلايا من الإرتباط بالأسطح. في معظم الخلايا البكتيرية، يتكون الجدار الخلوي من الكربوهيدرات والبروتين protein. كتل بناء الكربوهيدرات هو سكر ثنائي من إن-أسيتيل جلوكوز أمين N-acetylglucosamine وحمض أستيل الميوراميك N-acetylmuramic مرتبطة في سلاسل طويلة.