کربوهیدرات ها :

قند ها فراوان ترین مواد آلی موجود در کره ی زمین هستند . یک واحد قندی از نظر شیمیایی ، پلی الکلی است که دارای یک عامل آلدئیدی یا ستونی باشد .

قند = گلوسید  = ساکارید= هیدرات کربن = اوز

این ترکیبات نقش ساختمانی ( سلولز) و ذخیره ای ( گلیکوژن و نشاسته ) دارند .

طبقه بندی :

1-     مونو ساکارید ها

2-     الیگو ساکارید ها

3-     پلی ساکارید ها

مونو ساکارید ها : mono saccharrides

قند های ساده هستند و به قند هایی گفته می شوند که در اثر هیدرولیز به قند کوچکتری تبدیل نشوند .

٣ کربنه = تریوز (مثل گلیسیرآلدئید)،4 کربنه = تتروز  (اریتروز) ( 5 کربنه = پنتوز مثل ریبوز  ، 6 کربنه = هگزوز مثل گلوکز و فروکتوز ç مهمترین مونو ساکارید ها)

7 کربنه = هپتوز (می توان سدو هپتوز ها را نام برد )

مونو ساکارید ها به آسانی متبلور می شوند،در آب محلول اند و همگی خاصیت احیا کنندگی دارند .

طبق تعریف کربوهیدرات ها دارای یک عامل آلدئیدی یا ستونی می باشند ( قند دارای عامل آلدئیدی ، آلدوز و قند دارای عامل ستونی ، ستوز یا کتوز خوانده می شود . )

دی ساکارید ها : Disaccharides

از باند شدن دو قند ساده یا مونو ساکارید بدست می آیند مثل لاکتوز

الیگو ساکارید ها :Oligosaccharides

بین 8 تا 12 مونو مر ( مونو ساکارید ) دارد

پلی ساکارید ها : polysaccharides

Homo polysaccharides   از یک مونو مر ساخته شده است مثل نشاسته

Hetro polysaccharides    علاوه بر کربوهیدرات های اصلی ، شامل برخی دیگر از کربوهیدرات ها است مثل همی سلولز

لیگنین ساختمان کربوهیدراتی ندارد اما در دسته بندی جزء کربوهیدرات ها محسوب می شود .

گلیسرول آلدئید glycerylaldehyde

دی هیدروکسی استون    Dihydroxyaceton

به طور کلی کربوهیدرات ها یا دارای عامل کتونی اند یا آلدئیدی و الکلی

اکثر کربوهیدرات ها دارای کربن نا متقارن هستند (کربنی که چهار استخلاف ان یکسان نیست –کاریال carial) از خواص کربوهیدرات ها داشتن ایزومری است و همین طور تاثیر بر نور پلاریزه . نور پلاریزه نوری است که فقط در یک بعد منتشر می شود . دستگاه شناسایی قند ها پلاریمتر است . ساختمان این دستگاه به این شکل است . این دستگاه دارای یک منبع نوری است که در جلوی آن منشوری به نام polyser پلایزر قرار گرفته است که از جنس نیکل است و در جلوی آن معمولاً لوله ای قرار دارد که کربوهیدرات ها را داخل ان می ریزند و مجدداً منشوری که متحرک است و نهایتاً در این مسیر چشم انسان قرار گرفته است .

مکانیزم عمل : نور به منشور بر خورد کرده و از آن عبور کرده و اگر به چیزی بر خورد نکند از منشور بعدی عبور و به راحتی قابل رویت است . اگر در لوله ی آزمایش قندی وجود داشته باشد ، وقتی نور از پلاریزه عبور کند به محلول قند برخورد کرده ، نور منحرف شده  و از طریق آنالایزر قابل رویت نیست برای همین منظور بر روی دستگاه پلارایزر درجه ای وجود دارد که آن را تنظیم می کنیم تا نور رویت شود و درجه را یا به سمت مثبت یا منفی می چرخانیم تا نور رویت شود . بر همین اساس این مثبت و منفی در کنار اسم آن قرار خواهد گرفت .

ایزومری:

به دو یا چند ترکیب که فرمول بسته یکسانی دارند ولی فرمول گسترده آن ها متفاوت است ، ایزومر اطلاق می شود . در قند ها سه نوع ایزومری عامل ، حلقه و نوری از اهمیت بالایی بر خور دارند.

ایزومری عامل :

ستوز ها و آلدوز هایی که تعداد کربن برابر داشته باشند ، ایزومر عامل تلقی می شوند مانند گلوکز ، فروکتوز. معمولاً با قرار دادن میان وند ul  بین نام قند و کلمه اوز ، از نام یک ایزومر آلدوزی ، نام ایزومر ستونی همان قند بدست می آید .

مثلاً Ribose è Riboluse

ایزومری حلقه :

قندهای 5 و 6 کربنه در محیط عمدتاً به صورت حلقوی وجود دارند . در اثر اتصال کربن شماره 1 و شماره 5 در گلوکز کربن شماره 2 و شماره 6 در فروکتوز ، حلقه ای 6 ضلعی به نام پیرانوز را  بوجود می آید . در اثر اتصال کربن شماره 1 و 4 در گلوکز و کربن شماره 2 و 5 در فروکتوز ، حلقه های 5 ضلعی بوجود می آیند که فورانوز خوانده می شود.

گلوکوپیرانوز و گلوکوفورانوز نسبت به یکدیگر ایزومر حلقه محسوب می شوند . گلوکز معمولاً به صورت گلوکوپیرانوز و فروکتوز به شکل فروکتو فورانوز وجود دارند .

ایزومر نوری ( optic) :

این ایزومری متداول ترین انواع ایزومری را در قند ها تشکیل می دهد و وقتی ایجاد می شوند که کربن نامتقارن در ترکیب داشته باشیم . تفاوت ایزومر های نوری ، قدرت تغییر جهت نور پولاریزه ( نور قطبی )

در جهت یا به مقدار متفاوت است . تعداد ایزومرهای نوری برابر 2ⁿ است ( n= تعداد کربن های نا متقارن).

ایزومر نوری به 4 نوع طبقه بندی می شوند :

1- ایزومریD   وL     2- انانتیومری    3- اپی مری      4- آنومری

Configuration : شکل فضایی ناشی از قرار گرفتن اتم ها بر روی یک زنجیره ی کربوهیدرات را می گویند.

1- ایزومری D و L :

هر قندی که OH آخرین کربن نا متقارن آن ، سمت راست باشد ، عضو خانواده D   و اگر سمت چپ باشد عضو خانواده L  تلقی می شود . (dextrotatory-Levorotatory)

• قند های طبیعی عمدتاً از خانواده ی D هستند .
• D و L نشان دهنده ی جهت انحراف نور پلاریزه نیست.
• در مورد کربوهیدرات هایی چند کربن نا متقارن دارند ، ملاک برای سنجش L و D ، اخرین کربن نا متقارن است .
• Lو D در متابولیسم نقش دارند مثلاً دی گلوکز براحتی قابل متابولیسم است اما ال گلوکز نه.

2- ایزومر تصویر آیینه ای( انانتیومری) :

اگر جهت OH تمامی کربن های نا متقارن 2 کربن کاملاً در خلاف جهت یکدیگر باشند ، آن ها را ایزومر آیینه ای هم می خوانند . میزان انحراف پلاریزه توسط آن ها یکی است اما در خلاف جهت یکدیگرند .

راسمیک : محلولی حاوی غلظت مساوی از اعضای یک جفت انانتیومر که بر روی نور پلاریزه بی اثر است. موادی که انانتیومر هم هستند از نظر خواص شیمیایی و فیزیکی ممکن است که مشابه هم باشند ، اما از نظر تاثیرات بیو شیمیایی و بیو لوژیکی با هم متفاوتند . مثلاً پنسیلیوم فقط بر روی اسید تارتاریک با جهت مثبت رشد می کند.

3- اپی مری :

موقعیت OH تنها یک کربن از اعضای ایزومر های هم خانواده با یکدیگر تفاوت می کند .

4- آنومری :

چنان چه OH متصل به کربن آنومری و شاخه جانبی همسو باشند β و اگر نا همسو باشند α گویند.

α و β خود به خود به هم تبدیل می شوند و به حال تعادل در می آیندçموتاروتاسیون( تغییر زاویه چرخش نور)

*    در طبیعت کمتر از 0.0025 درصد از گلوکز به صورت خطی وجود دارد .

*    اگر قندی دارای عامل آلدئیدی و الکلی باشد ، ترکیب نیمه استات است . ترکیب نیمه استات اگر با یک ترکیب دارای عامل الکلی واکنش دهند ، یک مولکول استات کامل بوجود می آورد . این ترکیبات نیمه استات و ... در حلقوی شدن مولکول قند موثرند .

ایزومراز ها و اپی مراز ها می توانند مولکول ها را به یکدیگر تبدیل کنند تا مورد متابولیسم قرار بگیرند .

گلوکز مهمترین قندی است که در بدن مورد استفاده (متابولیسم) قرار می گیرد و ای دو آنزیم در مراحل مختلف از چرخه ها بقیه ی مواد را به گلوکز تبدیل می کنند .

ایزومری سیس و ترانس :

این ایزومری نیز مطرح است

Isomer  به دو صورت   فضایی و ساختمانی(  وضعی ، عاملی) می باشد

Stereoisomer به دو صورت نوری و هندسی ( سیس و ترانس) می باشد

معمولاً قند ها با کمک OH موجود در ساختمانشان در آب حل می شوند با تشکیل پیوند هیدروژنی . بیشتر قند ها در آب حل می شوند اما چربی ها و پروتئین ها ممکن است در آب حل نشوند و حتی از همین طریق ایجاد بیماری کنند .

ترانس                                  سیس

Malic acid                       fuumalic acid

ایزومر وضعی

Isopropylamin                              propylamin

ایزومر عاملی

تعداد ایزومر ها در کربوهیدرات ها وابسته به تعداد کربن های نا متقارن است و از فرمول n=2^x

تبعیت می کند که در این فرمول x همان تعداد کربن نا متقارن است

خصوصیات قند ها :

از برخی از این خصوصیات می توان برای شناسایی قند ها استفاده کرد

1-     مزه ی شیرین : درجه ی شیرینی

مالتوز= 0.32   گالاکتوز = 0.22  لاکتوز = 0.16   ساکارز = 1 فروکتوز = 1.73   اینورت = 1.3   گلوکز = 0.7

2-     تولید استال و نیمه استال

معمولاً هنگام تبدیل مونو مر ها به اسید های آمینه یا کربو هیدرات ها  یا ... آبی تولید می شود که می تواند مقداری از نیاز بدن به آب را تامین کند .

٣- حلقوی شدن : قند هایی که بیش از 5 کربن دارند عمدتاً حلقوی و قند های ٣ یا 4 کربنی به صورت خطی هستند و هیچوقت پایدار نیستند و به انها intermediate metabolite  گفته می شود

نحوه ی حلقوی شدن : عامل الکلی با عامل استونی می تواند باند شود

نکته : در ساختمان گلوکز ، چنانچه عامل OH در کربن شماره 1 به طرف پایین باشد آن را آلفا گلوکز می گویند و اگر به سمت بالا باشد بتا گلوکز گویند .  در نشاسته پیوند بین مونو مر ها آلفا 1و4 گلوکوزوئیدی است و در سلولز پیوند بین مونومر ها بتا 1 و 4 گلوکوزوئیدی است .

4-  خاصیت اکسید شوندگی یا احیا کنندگی :

قند ها می توانند اکسید شده و مواد دیگر را احیا کنند . یکی از روش های  تشخیص قند ها ی احیا کننده آزمایش Benedict است .در این آزمایش سولفات مس ( کات کبود آبی رنگ )  و قند مورد نظر را حرارت می دهند اگر قند احیا کننده باشد ماده ی حرارت داده شده به رنگ نارنجی در می آید یعنی مس احیا شده . از این آزمایش برای تشخیص گلوکز در ادرار و خون بیماران دیابتی استفاده می شود .

آزمایش ترکیب مونو ساکارید ها با فنیل هیدرازین فقط برای تشخیص مونوساکارید ها

واکنش با اوزاوزان ساختار قند ها و کربوهیدرات ها

واکنش با Br  کتون و آلدئید ها را از هم باز می شناسد

اکسیداسیون  از اسید نیتریک استفاده می شود . اسیدی قوی است و تک تک کربن ها را اکسیده می کند و به شکل عامل اسیدی در می آورد

ترکیب با نیترات نقره  آمونیاک ، قند و نیترات نقره

نقره با قند ایجاد واکنش می کند و احیا می شود ، نقره باعث ایجاد حالت آیینه بر روی ظرف می شود .

سنتز گلوکز به ویتامین C در بدن انسان ، میمون و بعضی از جانداران انجام نمی شود .

سنتز گلوکورونیک اسید : نقش مهمی در دفع مواد سمی از بدن دارد .

قند ها تحت تاثیر عوامل احیا کننده به پلی الکل تبدیل می شوند .

گلوکوزوئید ها :

بعضی از ترکیبات می توانند با قند باند گلوکوزوئیدی تشکیل بدهند . این ماده ممکن است قند باشد و یا نباشد . گلوکوزوئید ها معمولاً در بیشتر ادویه جات ، دارو ها و بافت های حیوانی وجود دارند . اگر پیوند بین یک گلوکز با یک گلوکز دیگر باشد به ان گلوکوزوئیدی گوییم . اگر بین گلوکز و گالاکتوز باشد ، گالاکتوزوئیدی می نامیم . اگر قند با ترکیب غیر قندی پیوند بدهد ، ان ترکیب غیر قندی را Aglycon  گوییم .

بعضی از این ترکیبات گالاکتوزوئیدی ممکن است که سمی باشند . مثلاً دردانه ی کلزا که دانه ای روغنی است ، بعد از استخراج روغن ، دانه و کنجاله دارای ترکیباتی هستند که به عنوان مواد ضد تغذیه ای یا آنتی نوتریشنال ANF (anti nutritional factor) نامیده می شوند که مصرف کنجاله را کاهش می دهند .

مشتقات قندی :

قند هایی که در ساختمان خود ترکیبات دیگری مثل گروه عاملی داشته باشند .

مثل گلوکزی که کربن شماره ی 2 آن یک گروه امینی داشته باشد که به آن گلوکز آمین می گویند یا گالاکتوزی که در ساختار ش یک گروه آمینی باشد گالاکتوز آمین

این ترکیبات ( مشتقات قندی ) نقش های بیولوژیکی متعددی دارند .برخی از آنتی بیوتیک ها مثل اریترومایسین یا کرومایسین وجود دارند که در ترکیباتشان دارای قند های آمینی هستند .یا به عنوان مثال پکتین که جزء دیواره ی سلولی حیوانات سخت پوست است حاوی تعداد زیادی از ترکیبات گلوکز آمین است

از دیگر مشتقات قندی دزوکسی قند  ها هستند مثلاً ریبوز یا دزوکسی گالاکتوز و دزوکسی مانوز  صورت L  رامنوز نامیده می شوند . اسید اسکوربیک = ویتامین C از گلوکز سنتز می شود . در انسان ، میمون و خوکچه ی هندی و نوزاد نشخوار کنندگان تا دو سه هفته ی اول زندگی قابلیت سنتز ندارد. اما بعد از هفته های پنجم و ششم سنتز می شود .

دی ساکارید ها :

از مهمترین دی ساکارید ها ، مالتوز است که از 2 مولکول گلوکز تشکیل شده است و تحت اثر آنزیم مالتاز به دو مولکول گلوکز تبدیل می شود . وقتی 2 مولکول گلوکز به شکل دو پیوند بتا به هم وصل شوند ، سلولز را تشکیل می دهند که جانداران به جز باکتری ها و قارچ ها آنزیمی برای تجزیه ی این مولکول ندارند .

لاکتوز :

از 2 مولکول گلوکز و گالاکتوز تشکیل شده است . آنزیم تجزیه کننده ی این ماده لاکتاز است . افراد به دو دلیل ممکن است که نتوانند این آنزیم را ترشح کنند : یک دسته از افراد به صورت ژنتیکی نمی توانند این ماده را ترشح کند و بعضی از افراد هم بدلیل جراحات وارده در دستگاه گوارش از جمله سرطان ، انواع انگل ها و ... نمی توانند این آنزیم را در بدن خود تولید کنند . در نتیجه این افراد بر اثر استفاده از شیر و فراورده های لبنی دچار دل درد و  اسهال و .. می شوند .لاکتوز قندی است که خاصیت اسمتیک زیادی دارد و آب را جذب می کند و درون دیواره های عضلانی انقباضاتی را بوجود می آورد که موجب اسهال و همین طور دل پیچه در فرد می شود .

ساکارز  قندی شامل گلوکز و فروکتوز است

قند های احیا کننده و قند های غیر احیا کننده

قند هایی که گروه فعال آنها آزاد و قابلیت احیا کنندگی داشته باشند ( مثل قند های لاکتوز ، سلوبیوز و مالتوز ) به عنوان قند های احیا کننده مطرح می شوند . و قند هایی که کربن آنها با مولکول مجاور طوری باند شود که واکنشی نتواند انجام بدهد به عنوان قند های غیر احیا  کننده ( مثل ساکارز) مطرح می شوند .

Invert sugar: قند ساکارزی که وقتی هیدرولیز می شود ، فروکتوز آن که شدیداً چپ گرا است. بتواند خاصیت راست گرایی قند را مهار کند .

الیگوساکارید ها :

شامل تری ساکارید ها و ...

تری ساکارید ها : از سه قند تشکیل شده اند مثل رامینوز (گلوکز + فروکتوز + گالاکتوز)

کستوز   ( فروکتوز + فروکتوز + گلوکز)

تترا ساکارید ها : از چهار قند تشکیل شده اند مثل Stachyose ( گالاکتوز +گالاکتوز + گلوکز+ فروکتوز)

پلی ساکارید ها :

همان طور که قبلاً گفته شد از لحاظ بیو شیمیایی به دو دسته تقسیم می شوند ( hemo…& hetro)

از دیدگاه کشاورزی به دو دسته تقسیم می شوند :  storage CHO  ذخیره ای

Structural CHO ساختمانی

CHO          ß  storage CHO                 sugar

Starch نشاسته

ß Structural CHO          pectin

Hemicelluloses

Cellulose

Lignin

نشاسته : اولین پلی ساکارید مطرح است . از دو قسمت تشکیل شده است :

1-    Amylose  زنجیره ی خطی گلوکوزوئیدی که پیوند های آن به صورت آلفا 1 و 4 است

2-    Amylopectin   قسمت دیگر که پیوند بین انها 1 و 6 گلوکوزوئیدی است

گیاه فقط در هنگام جوانه زدن از ان استفاده می کند در غیر این صورت برای استفاده ی حیوانات است .

در مولکول نشاسته زنجیر آمیلوز طوری دور خودش پیچیده است که ایجاد حفره ای در درون خود می کند . غالباً برای شناسایی نشاسته از عنصر ید استفاده می کنند که در این حفره ها گیر می کند و نتیجه ی آن مشاهده ی رنگ ابی است .

گلیکوژن  ساختاری مشابه نشاسته دارد و دارای تعدادی شاخه ی جانبی می باشد ß به تعداد هر 15 مولکول گلوکز خطی یک شاخه ی جانبی از آن جدا می شود . میزان گلیکوژن ذخیره ای بسیار اندک است و نقش اندکی در تامین انرژی بدن دارد .

Inolin    ساختاری مشابه نشاسته دارد ولی واحد های ساختمانی اش فروکتوز است

Dexterin  قندی که از هضم ناقص نشاسته باقی می ماند

Cellulose  پلی مری از گلوکز با پیوند بتا 1 و 4 که پیوند جانبی در آن وجود ندارد

سلولاز     1- exoglosidase       2- Endoglosidase     ٣- cellobyase

همی سلولز: جزء هترو پلی ساکارید هاست  . این ترکیب از ترکیبات مختلفی مثل گلوکز ، زایلوز ، گالاکتوز ، فروکتوز و آرابینوز  تشکیل شده است .

پکتین: زنجیره ای از glocronic acid  ها است . که ممکن است قند هایی مثل آرابان ، گالاکتان و .. در ساختار آن وجود داشته باشد . پکتین ترکیبی بسیار محلول در آب است  و معمولاً با شستن خارج می شود . از پکتین بدست آمده در صنایع غذایی مثل تولید ژله استفاده می کنند .

لیگنین : ترکیبی است که جزء پلی ساکارید ها محسوب نمی شود و لیکن به دلیل اینکه جزء دیواره ی ساختمانی است و همواره با کربوهیدرات ها مورد بررسی قرار می گیرد گاهی جزء پلی ساکارید ها دسته بندی می شود .ساختمان آن کاملاً مشخص نیست و از ترکیبات نا همگونی بر خوردار است و عمدتاً ترکیباتی مثل الکل کومارین و الکل سیناپین دارد .

ساپونین : ترکیبی در گیاهان لگومین ( مثل یونجه )  است . تلخ مزه است . وجود آن در یونجه باعث کاهش خوراک مصرفی می شود . بعضی می گوین عامل نفخ آوری است –باعث کاهش کلسترول می شود