الكربوهيدرات Carbohydrates

6-2

الكربوهيدرات Carbohydrates

الأهداف

• تصف تراكيب السكريات الأحادية، والثنائية، وعديدة التسكر.
• تشرح وظائف الكربوهيدرات في المخلوقات الحية.

مراجعة المفردات

المتشكلات الفراغية: نوع من المتشكلات ترتبط ذراتها بالترتيب نفسه، ولكنها تتجه في اتجاهات مختلفة في الفراغ.

المفردات الجديدة

• الكربوهيدرات
• السكريات الأحادية
• السكريات الثنائية
• السكريات عديدة التسكر

الفكرة الرئيسية

تزود الكربوهيدرات المخلوقات الحية بالطاقة والمواد البنائية.

الربط مع الحياة

هناك تركيز كبير من وسائل الإعلام على الكربوهيدرات. فقد أصبح النظام الغذائي القليل الكربوهيدرات طريقة مفضلة للتحكم في الوزن، إلا أن الكربوهيدرات مصدر مهم لطاقة الجسم.

أنواع الكربوهيدرات

Kinds of Carbohydrates

يعطي تحليل كلمة كربوهيدرات لمحة عن تركيب هذه المجموعة من الجزيئات. لقد أدت الملاحظات القديمة - التي بينت أن الصيغة الكيميائية العامة لهذه المركبات هي Cn(H2O)n، والتي تبدو وكأنها هيدرات الكربون - إلى تسميتها كربوهيدرات. ومع أن العلماء الآن يعرفون أنه لا توجد جزيئات ماء كاملة مرتبطة مع الكربوهيدرات إلا أن الاسم بقي من دون تغيير.

الوظيفة الرئيسة للكربوهيدرات في المخلوق الحي هي أنها مصدر للطاقة المختزنة. وتضم الأغذية الغنية بالكربوهيدرات الحليب والفواكه والخبر والبطاطس. والكربوهيدرات مركبات عضوية تحتوي على عدة مجموعات من الهيدروكسيل (-OH)، بالإضافة إلى مجموعة الكربونيل الوظيفية (C=O). وهذه الجزيئات تتراوح في قياسها بين وحدة بنائية واحدة إلى بوليمرات مكونة من مئات أو حتى آلاف وحدات البناء الأساسية.

السكريات الأحادية

السكريات الأحادية أبسط أنواع الكربوهيدرات، والتي كثيرًا ما تسمى سكريات بسيطة هي السكريات الأحادية. تحتوي أكثر السكريات الأحادية شيوعًا خمس أو ست ذرات كربون. ويبين الشكل 6-9 أمثلة على السكريات الأحادية. لاحظ وجود مجموعة كربونيل على إحدى ذرات الكربون ومجموعات هيدروكسيل على معظم ذرات الكربون الأخرى. إن وجود مجموعة الكربونيل يجعل هذه المركبات إما ألدهيدات وإما كيتونات، وذلك حسب موقع مجموعة الكربونيل. كما أن تعدد المجموعات القطبية يجعل السكريات الأحادية قابلة للذوبان في الماء، ويعطيها درجات انصهار عالية.

جائزة الملك فيصل

مُنح البروفسور ريتشارد أرنل شروك جائزة الملك فيصل فرع العلوم عام 1410هـ، لإنجازه مع زميله البروفسور فرانك ألبرت كوتن؛ كونهما أول من ركّب السكر كيماويًا. ويعدون من أكبر العلماء المعاصرين في كيمياء السكريات التي لها شأن عظيم في العمليات الحيوية.

المصدر: موقع جائزة الملك فيصل / فرع العلوم
[http://kingfaisalprize.org/ar/science/](http://kingfaisalprize.org/ar/science/)

الشكل 6-9

الجلوكوز، والجالاكتوز، والفركتوز سكريات أحادية، وتكون في المحاليل المائية في حالة اتزان بين الشكل الحلقي وشكل السلسلة المفتوحة.

الأشكال الموضحة:

• جلوكوز: شكل السلسلة المفتوح، والشكل الحلقي.
• جالاكتوز: شكل السلسلة المفتوح، والشكل الحلقي.
• فركتوز: شكل السلسلة المفتوح، والشكل الحلقي.

===========================================================
==========

صور الصفحة:

• الشكل_6-10_تكون_السكروز_من_الجلوكوز_والفركتوز.png
• مربع_المفردات_أصل_كلمة_عديد_التسكر.png
• الشكل_6-11_الجلايكوجين_في_الكبد.png

الشكل 6-10

عندما يتحد الجلوكوز والفركتوز يتكون السكر الثنائي السكروز. لاحظ أن الماء أيضًا ناتج تفاعل التكثف. وتذكر أن كل تركيب حلقي يتكون من ذرات كربون غير ظاهرة في الشكل حتى لا يبدو معقدًا.

جلوكوز + فركتوز → سكروز + ماء

الجلوكوز سكر سداسي الكربون، وله تركيب ألدهيدي. ويوجد بتركيز عال في الدم؛ لأنه يعمل بوصفه مصدرًا رئيسًا للطاقة الفورية للجسم، وهذا السبب يسمى الجلوكوز في كثير من الأحيان سكر الدم.

والجالاكتوز سكر على علاقة وثيقة بالجلوكوز، ويختلف عنه فقط في كيفية اتجاه ذرة هيدروجين ومجموعة الهيدروكسيل في الفراغ حول إحدى ذرات الكربون الست. وتجعل هذه العلاقة من الجلوكوز والجالاكتوز متشكلين هندسيين. أما الفركتوز، الذي يعرف بسكر الفاكهة لأنه موجود في معظم الفواكه، فهو سكر أحادي يتكون من ست ذرات كربون له تركيب كيتوني، كما أن الفركتوز متشكل بنائي للجلوكوز.

عندما تكون السكريات الأحادية في محلول مائي فإنها توجد في الصورة الحلقية وتركيب السلسلة المفتوحة، ولكنها تغير شكلها باستمرار وبسرعة. والتراكيب الحلقية هي الأكثر استقرارًا، وهي الشكل السائد للسكريات الأحادية في حالة الاتزان. وتلاحظ في الشكل 6-9 أن مجموعات الكربونيل توجد فقط في تركيب السلسلة المفتوحة، وفي التركيب الحلقي تتحول مجموعات الكربونيل إلى مجموعات هيدروكسيل.

السكريات الثنائية

تستطيع السكريات الأحادية أن ترتبط معًا عن طريق تفاعل التكثف الذي يطلق الماء، كما هي الحال في الأحماض الأمينية. وعندما يرتبط سكران أحاديان معًا يتكون سكر ثنائي، كما في الشكل 6-10، ويطلق على الرابطة الجديدة المتكونة الرابطة الإيثرية C-O-C.

والسكروز هو أحد السكريات الثنائية، ويعرف أيضًا بسكر المائدة؛ لأنه يستعمل بشكل رئيس في التحلية. ويتكون السكروز من اتحاد الجلوكوز مع الفركتوز. كما أن اللاكتوز سكر ثنائي شائع أيضًا، وهو الكربوهيدرات الأهم في الحليب، ويسمى غالبًا سكر الحليب. ويتكون اللاكتوز عندما يتحد الجلوكوز والجالاكتوز.

السكريات عديدة التسكر

يستعمل اسم الكربوهيدرات المعقدة أو السكريات عديدة التسكر للبوليمرات التي تتكون من السكريات البسيطة وتحتوي على 12 وحدة بناء أساسية أو أكثر. وترتبط الوحدات الأساسية في عديدة التسكر بنفس نوع الروابط التي تجمع سكرين أحاديين لتكوين سكر ثنائي. أما الجلايكوجين، المبين في الشكل 6-11، فهو من السكريات عديدة التسكر، ويتألف من وحدات جلوكوز تخزن الطاقة، ويوجد غالبًا في الكبد وعضلات الإنسان وحيوانات أخرى، كما يوجد في بعض أنواع المخلوقات المجهرية، ومنها البكتيريا والفطريات.

المفردات

أصل الكلمة

عديد التسكر (Polysaccharide)
اشتق هذا الاسم من الكلمة اليونانية Polys، والتي تعني "متعدد"، والكلمة السكرية القديمة Sakkara، والتي تعني "سكر".

الشكل 6-11

يعد الجلايكوجين الموجود في عضلات وكبد الحيوانات من السكريات عديدة التسكر، حيث يتكون من وحدات من الجلوكوز.

ماذا قرأت؟ قارن بين السكريات الأحادية والثنائية وعديدة التسكر.

===========================================================
==========

صور الصفحة:

• الشكل_6-12_النشا_والسيليلوز.png
• المطويات_قسم_الكربوهيدرات.png
• تقويم_6-2_الكربوهيدرات.png

الشكل 6-12

النشا والسليلوز نوعان مهمان من السكريات عديدة التسكر.

أ. للنشا تركيب متفرع أو غير متفرع.
ب. للسليلوز تركيب غير متفرع يشبه السياج ذا السلاسل المتقاطعة.

يبين الشكل 6-12 نوعين آخرين مهمين من السكريات عديدة التسكر، هما: النشا والسليلوز. وعلى الرغم من أن كلًا منهما يتكون من وحدات أساسية من الجلوكوز، إلا أنهما يختلفان في خواصهما ووظائفهما. تصنع النباتات النشا والسليلوز. والنشا جزيء طري لا يذوب في الماء، ويستعمل لتخزين الطاقة، في حين أن السليلوز بوليمر لا يذوب في الماء، ويكون الجدران القاسية للخلية النباتية، كتلك الموجودة في الخشب.

ويعود السبب في هذا الاختلاف إلى أن الروابط التي تربط الوحدات الأساسية معًا تتجه اتجاهات مختلفة في الفراغ. وبسبب هذا الاختلاف في شكل الروابط يستطيع الإنسان أن يهضم الجلايكوجين والنشا، ولكنه لا يستطيع أن يهضم السليلوز. كما لا تستطيع إنزيمات الهضم أن تستوعب السليلوز في مواقعها النشطة. والسليلوز الذي في الفواكه والخضراوات والحبوب التي تأكلها، يسمى أليافًا غذائية؛ لأنه يمر في الجهاز الهضمي من دون أن يتغير كثيرًا.

المطويات

ضمن مطويتك معلومات من هذا القسم.

التقويم 6-2

الخلاصة

• الكربوهيدرات مركبات تحتوي على مجموعات هيدروكسيل (-OH) متعددة، ومجموعة الكربونيل الوظيفية (C=O).
• يتراوح حجم الكربوهيدرات بين وحدات بناء أساسية مفردة إلى بوليمرات تتكون من مئات أو آلاف الوحدات الأساسية.
• توجد السكريات الأحادية في المحاليل المائية في تراكيب حلقية ومفتوحة السلسلة.

• الفكرة الرئيسية: اشرح وظائف الكربوهيدرات في المخلوقات الحية.

• صف تراكيب السكريات الأحادية والثنائية وعديدة التسكر؟

• قارن بين تراكيب النشا والسليلوز. كيف تؤثر الاختلافات في التركيب في مقدرتنا على هضم هذين النوعين من السكريات؟

• احسب إذا كان لأحد الكربوهيدرات 2^n متشكل محتمل، حيث n تساوي عدد ذرات الكربون في التركيب، فاحسب عدد المتشكلات المحتملة للسكريات الأحادية الآتية: الجالاكتوز، والجلوكوز، والفركتوز.

• تفسير الرسوم العلمية: انسخ رسم السكروز على ورقة منفصلة، وضع دائرة حول مجموعة الإيثر الوظيفية التي تربط الوحدات الأساسية السكرية معًا.