Szénhidrátok – felépítés, típusok, biológiai jelentőség
A Föld szervesanyag-készletének legnagyobb részét szénhidrátok alkotják, ezeket a növények fotoszintézis útján a napfény energiájának felhasználásával, szén-dioxidból és vízből állítják elő. Növény- (sejtfal, szilárd váz, tartalék tápanyag, a plazmában cukor) és állatvilágban (növényi tápanyagokból, de csak kis mennyiségben tárolják, inkább zsírrá alakítva) egyaránt megtalálhatóak.
Monoszacharidok: a három szénatomos triózok lényegében a glicerin oxidációs termékei. Jellemző képviselőjük a glicerinaldehid – a sejtben szabad állapotban nem fordul elő, köztes termék, inkább glicerinaldehid-3-foszfát alakjában található meg. Biológiai szempontból az öt szénatomos pentózok a legfontosabbak. Ribóz, dezoxiribóz (2. C-atomon -OH csoport helyett H van). Foszforsavval észtert képeznek és így vesznek részt a nukleinsavak felépítésében. A hat szénatomos hexózok az élővilágban leggyakrabban előforduló monoszacharidok. A sejtekben szabad állapotban is előfordulnak. Alapvető szerepük van a di- és poliszacharidok felépítésében. A legnagyobb biológiai jelentőséggel a glükóz (szőlőcukor) bír. Gyűrűjének (hattagú: 5C, O) első szénatomjához kétféle módon kapcsolódhat térben a glikozidos hidroxilcsoport – alfa- vagy béta-glükóz. A glükóz foszforsavval észtereket képezhet, amelyek a biokémiai folyamatokban köztes termékként ismeretesek. Szabad előfordulása is ismeretes, mivel az élőlényekben a szénhidrát-szállítás elsősorban glükóz formájában történik. Fruktóz (gyümölcscukor) a növényekben gyakran előforduló hexóz. Molekulája öttagú gyűrűt képez: négy C- és egy O-atom.
Két glükózmolekula között vízkilépéssel glikozidkötés jöhet létre – ennek eredménye egy diszacharid-molekula. A maltóz két alfa-glükóz összekapcsolásával jön létre (1-4). A keményítő köztes terméke – hidrolízissel tovább bontható két glükózmolekulára. A cellobióz (cellulóz köztes terméke) két béta-glükózból áll. Egy béta-fruktózmolekula és egy alfa-glükóz összekapcsolásával (alfa-béta-1-2) keletkezik a szacharóz – emberi táplálkozásban legismertebb diszacharid (kristálycukor). A tejben előforduló laktóz (tejcukor) egy galaktózból (a 4. C-atomon fordított az OH csoport állása a glükóztól) és egy glükózból áll.
A poliszacharidok biológiai szempontból két nagyobb csoportba sorolhatók. Egy részük tartalék anyag – leggyakoribb a keményítő (fotoszintézis során termelődik, többszáz alfa-glükózból). A sejtekben szemcsék alakjában (fajonként változó a méret, alak) biokatalizátorokkal együtt raktározódnak. A keményítő amilózból (elágazás nélküli spirális glükózmolekulalánc, a keményítő 20%-a) és amilopektinből (tizenkét szénatomonként elágazó egyenes – mivel a 6. C-atom is létesíthet glikozidkötést, a keményítő 80%-a) áll. Kimutatása Lugol-oldattal (az amilózt képes kimutatni). A glikogén ugyanazt a szerepet tölti be az állati szervezetekben, mint a keményítő a növényekben – tápanyagforrás. Szerkezete az amilopektinhez hasonló, de több elágazást tartalmaz. A másik csoport (szilárdító vázanyag) a legelterjedtebb természetes poliszacharid a cellulóz, többezer béta-glükózmolekulából. Ennek szerkezete miatt molekulája hosszú, elágazásmentes lánc, amely kötegekbe rendeződik, melyen belül hidrogénkötések alakulnak ki – nehezen hidrolizálható a molekula. Csak kevés növényevő állat képes a cellulózt táplálékként felhasználni. Biológiai bontását elsősorban baktériumok végzik. A kitin a cellulózhoz hasonló, N-tartalmú poliszacharid.
