De chemie van de biologie: Koolhydraten

Koolhydraten

Koolhydraten zijn organische verbindingen die zijn georganiseerd als ringstructuren en altijd zijn samengesteld uit de elementen koolstof, waterstof en zuurstof. Koolhydraten zijn echte hydraten van koolstof omdat de verhouding tussen waterstofatomen en zuurstofatomen altijd bijna 2:1 is, zoals in H2O.

Ze hebben ook veel functies. Het grootste deel van de energie die je binnenkrijgt, komt van de koolhydraten die je eet. Planten maken koolhydraten zoals tarwe, maïs en aardappelen. Koolhydraten worden normaliter door dieren geconsumeerd, hetzij door de plant te eten die ze heeft geproduceerd, hetzij door andere dieren te eten. Mensen krijgen ook koolhydraten binnen uit volle granen, fruit, groenten, melk, snoep, frisdrank en pasta.

Insecten maken het koolhydraat chitine als een taai exoskelet ter bescherming, en kreeften en krabben gebruiken chitine voor hun schelpen. Ten slotte is cellulose waarschijnlijk de meest gebruikte koolhydraatverbinding, die hout en houtproducten, zoals papier, omvat.

Monosacchariden

De eenvoudigste biologisch belangrijke koolhydraten zijn monosacchariden, dat wil zeggen één suiker (mono = één, saccharide = suiker). De algemene formule voor elk koolhydraat is (CH2O)x waarbij x een getal tussen drie en acht is. De meest voorkomende monosacchariden (hexosen) zijn glucose, galactose en fructose.

Glucose is de eenvoudigste monosaccharide en waarschijnlijk de meest bekende suiker, vooral als je in het ziekenhuis hebt gelegen. In de natuur is glucose de suiker die groene planten produceren tijdens de fotosynthese. Het is ook de belangrijkste bron van energie voor cellen. Bij medische ingrepen is vaak een glucose-infuus nodig om patiënten sneller op krachten te laten komen. Galactose wordt gevonden in melk, en fructose geeft fruit een zoete smaak. Hoewel de chemische structuur van elke suiker verschilt, is de chemische formule hetzelfde: C6H12O6.

Disacchariden

Monosacchariden worden samengevoegd door dehydratiesynthese om disacchariden te vormen, of dubbele suikers (di = twee). Bij de dehydratiesynthese-reactie komt water als bijproduct vrij. De meest voorkomende disacharide is sacharose, ook bekend als tafelsuiker, C12H22O11. Andere veel voorkomende disachariden zijn maltose (moutsuiker) en lactose (melksuiker).

Polysachariden

Volgende dehydratatie voegt meer suikermoleculen samen om lange ketens te vormen die bekend staan als polysachariden. Een polysaccharide verwijst over het algemeen naar een koolhydraatpolymeer dat bestaat uit honderden, zelfs duizenden monosacchariden die covalent aan elkaar zijn gebonden. Cellen gebruiken polysachariden voor een aantal redenen, waaronder de opslag van overtollige glucose als zetmeel in planten en glycogeen in dieren. Het grote polysaccharide cellulose is een structureel bestanddeel van planten dat hen hun stijfheid en flexibiliteit geeft.