คาร์โบไฮเดรต (carbohydrate)

สารชีวโมเลกุล (biomolecule)

สารชีวโมเลกุล (biomolecule) คือสารอินทรีย์ที่พบในองค์ประกอบภายในเซลล์หรือร่างกายของสิ่งมีชีวิต
สารชีวโมเลกุลหลัก มีด้วยกัน 4 ชนิด คือ คาร์โบไฮเดรต (carbohydrate) โปรตีน (protein) ลิพิด (lipid) และ กรดนิวคลีอิก (nucleeic acid)
1. คาร์โบไฮเดรต (carbohydrate)
คาร์โบไฮเดรตเป็นสารประกอบจำพวกน้ำตาลและโพลิเมอร์ของน้ำตาล เรียกอีกชื่อว่า แซ็กคาไรด์ (saccharide)
ประกอบไปด้วยธาตุ คาร์บอน ไฮโดรเจนและออกซิเจน สูตรทั่วไป (CH2O)n  มีอัตราส่วน H:O คือ 2:1 เป็นสารชีวโมเลกุลที่พบมากที่สุด

ในธรรมชาติ เป็นแหล่งพลังงานที่สำคัญ
แบ่งออกเป็น 3 ชนิด
     1.1 โมโนแซ็กคาไรด์ (monosaccharide)
เป็นน้ำตาลโมเลกุลเดี่ยว มีสูตรเป็น (CH2O)n   n คือ จำนวนคาร์บอนอะตอม น้ำตาลที่พบในธรรมชาติมีค่า n เริ่มต้นที่ 3
น้ำตาลโมเลกุลเดี่ยวจะมีรสหวาน ผลึกสีขาว ละลายน้ำได้ดี แบ่งออกเป็น 2 ชนิดตามตำแหน่งของหมู่คาร์บอนิล (carbonyl group) C=O
• ถ้าหมู่คาร์บอนิลอยู่ปลายสุดเป็นน้ำตาลอัลโดส (aldose)
• ถ้าหมู่คาร์บอนิลอญุ่ตำแหน่งอื่นเป็นน้ำตาลคีโตส (ketose)

น้ำตาลโมเลกุลเดี่ยวที่สำคัญได้แก่
1.  น้ำตาลเพนโทส (pentose sugar) มีคาร์บอน 5 อะตอมมี 2 ชนิด คือ

•   น้ำตาลไรโบส (ribose sugar) มีสูตรเป็น C5H10O5 เป็นส่วนประกอบสำคัญในโมเลกุล RNA ซึ่งมีความสำคัญในการสังเคราะห์ไรโบโซมและโปรตีน
• 

•   น้ำตาลดีออกซีไรโบส (deoxyribose sugar) มีสูตรเป็น C5H10O4 โดยมีการดึงเอาออกซิเจนออกจาคาร์บอนตำแหน่งที่ 2 ของน้ำตาลไรดบส มีความสำคัญเนื่องจากเป็นส่วนประกอบจอง DNA ซึ่งเป็นส่วนประกอบสำคัญของโครโมโซม

2. น้ำตาลเฮกโซส (hexose sugar) มีคาร์บอน 6 อะตอมที่สำคัญมี 3 ชนิดคือ

•   น้ำตาลกลูโส (glucose sugar) มีสูตรเป็น C6H12O6  มีความสำคัญมากที่สุดเนื่องจากเป็นศูนย์กลางคาร์โบไฮเดรตที่ให้พลังงานแก่ร่างกาย กลูโคสมีคุณสมบัติในการรีดิวซ์สารละลายเบเนดิกส์จะได้ตะกอนสีแดงอิฐ มีชื่อทางการค้าว่า น้ำตาลเด็กซ์โทรส

•   น้ำตาลฟรักโทส (fructose) เป็นมอนอแซ็กคาไรด์ที่ละลายได้ดีมากในน้ำ มีรสหวาน พบได้ในผลไม้สุกทั่วไป จึงเรียกว่า น้ำตาลผลไม้ (fruit sugar) มีสูตรเป็น C6H12O6 เหมือนกับกลูโคสจึงเป็นไอโซเมอร์กับกลูโคส มีชื่อทางการค้าว่า ลีวูโลส

•  น้ำตาลกาแลกโทส (galactose) มีโครงสร้างคล้ายกลูโคส ในธรรมชาติมักไม่พบน้ำตาลกาแลกโทส

   1.2 โอลิโกแซ็กคาไรด์ (Oligosaccharide)
  เกิดจากมอนอแซ็กคาไรด์ตั้งแต่ 2-10 โมเลกุลมีจับรวมกันด้วยพันธะไกลดคซฺดิก (glycosidic bound) ที่สำคัญ คือ

•   ไดแซ็กคาไรด์ (disaccharide) เป็นน้ำตาลที่ประกอบด้วยมอนอแซ็กคาไรด์ 2 โมเลกุลเชื่อมต่อกันด้วยพันธะไกลโคซิดิก (glycosidic bound) ได้แก่

–   น้ำตาลมอสโทส (maltose)

 

    ข้าวบาร์เลย์

                              

เมล็ดข้าวที่กำลังงอก

     หรือเรียกว่า มอลต์ซูการ์ ประกอบด้วยกลูโคส 2 โมเลกุล เชื่อมต่อด้วยพันธุ 1-4 ไกลโคซิดิก มีคุณสมบัติเป็นน้ำตาลรีดิวซ์ มักไม่พบในธรรมชาติ แต่จะได้จากการสลายแป้งจากน้ำย่อยอะไมเลส ที่พบในธรรมชาติจะพบใน  ข้าวบาร์เลย์   ข้าวมอลต์ หรือเมล็ดข้าวที่กำลังงอก

–   น้ำตาลซูโคส (sucrose)

น้ำตาลทราย

เป็นน้ำตาลที่ได้จากอ้อยและบีทที่รู้จักดี คือ น้ำตาลทราย ซูโคสประกอบด้วยกลูโคสและฟรักโทสอย่างละ 1 โมเลกุลต่อกันด้วยพันธะ 1-2 ไกลโคซิดิกไม่มีคุณสมบัติเป็นน้ำตาลรีดิวซ์
 

–  น้ำตาลแลกโทส (lactose)

 

น้ำนม

            พบได้ในน้ำนม จึงเรียกว่า น้ำตาลนม ของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม ประกอบไปด้วยกลูโคสและกาแลกโทสอย่างละ 1 โมเลกุลต่อกันด้วยพันธะ 1-4 ไกลดคซิดิก มีคุณสมบัติเป็นน้ำตาลรีดิวซ์ แบคทีเรียสามารถเปลี่ยน น้ำตาลแลกโทสให้เป็นกรดแลกทิกทำให้นมมีรสเปรี้ยว

           1.3 โพลิแซ็กคาไรด์ (polysaccharide)
เป็นน้ำตาลโมเลกุลใหญ่ประกอบไปด้วย มอนอแซ็กคาไรด์หลายๆโมเลกุลต่อด้วย พันธะไกลโคซิดิก สูตรทั่วไปคือ (C6H10O5)n บางครั้งเรียกว่า พอลิแซ็กคาไรด์ว่า ไกลแคนส์ (glycans) ที่สำคัญได้แก่

• แป้ง (starch) 

เป็นพอลิแซ็กคาไรด์สะสมอยู่ในพืช เช่น หัวเผือก เมล็ดข้าว แบ่งได้ 2 ชนิด

–  อะไมโลส (amylose) มีแป้งอยู่ประมาณ 10-25% ประกอบด้วยกลูโคสหลายพันหน่วยต่อกันด้วยพันธะ 1-4 ไกลโคซิดิก อะไมโลสเป็นผงสีขาว ไม่มีรสหวาน ทำปฏิกิริยากับไอโอดีนจะให้สีน้ำเงินเข้ม น้ำย่อยอะไมโลส คือ อะไมเลส (amylase) ย่อยให้เป็นเด็กซ์ทริน มอสดทสและกลูโคส

–   อะไมโลเพกติน (amylopectin) ประกอบด้วยกลูโคสต่อกันด้วยพันธะ 1-4 ไกลโคซิดิก ทำปฏิกิริยากับไอโอดีนได้สีม่วงแดง พบในเมล็ดพืชที่มีผิวลื่น เช่น ข้าวโพด ข้าวเจ้า

• ไกลโคเจน (glycogen)

เป็นพอลิแซ็กคาไรด์สะสมอยู่ในกล้ามเนื้อลายและตับสัตว์เป็นพลังงานที่สำคัญของมนุษย์ โครงสร้างของไกลโคเจนคล้ายกับโครงสร้างของอะไมโลเพกติน เมื่อทำปฏิกิริยากับไอโอดีนจะได้สีม่วงแดง กลูโคสที่เหลือใช้ร่างกายจะเปลี่ยนเป็นไกลโคเจนโดยกระบวนการไกลโคเจนนิซิส (glycogenesis) และเมื่อร่างกายขาดแคลนพลังงานก็จะนำกลูโคสที่เก็บสะสมในรูปของไกลโคเจนออกมาใช้โดยไกลโคเจนจะถูกไฮโดรไลซ์จนได้เป็นกลูโคส ด้วยกระบวนการไกลโคเจโนไลซิส (glycogenolysis)

• เซลลูโลส (cellulose)

          พบในผนังเซลล์ของพืช เซลลูโลสจึงเป็นสารอินทรีย์ที่มีมากที่สุดในโลก เซลลูโลสประกอบไปด้วยกลูโคสเรียงตัวเป็นโซ่ยาวประมาณ 3000 หน่วยต่อกันด้วยพันธะ 1-4 ไกลโคซิดิก คนเราไม่สามารถย่อยเซลลูโลสได้จึงไม่สามารถใช้เป็นแหล่งพลังงานได้ แต่ช่วยเพิ่มปริมาณกากอาหาร ช่วยในการขับถ่าย ในสัตว์เคี้ยวเอื้องจะมีแบคทีเรียที่สามารถสร้างน้ำย่อยเซลลูเลสที่สามารถย่อยเซลลูโลสได้เป็นกลูโคส

• ไคทิน (chitin)

          ประกอบด้วยอนุพันธ์ของกลูโคส คือ กลูโคซามีน ต่อกันด้วยพันธะβ 1-4 ไกลโคซิดิก (beta 1-4 glycosidic bound) ไคทินเป็นส่วนประกอบของผนังเซลล์ของรา กระดองปู เปลือกกุ้ง แมลง ไคทินไม่ละลายน้ำและไม่สามารถย่อยสลายด้วยน้ำย่อยของร่างกาย

•  เพกทิน (pectin)

        ประกอบด้วยอนุพันธ์ของกาแลกโทส ชื่อ เมทิลกาแลกทูโนเรต พบในผนังเซลล์พืช เปลือกผลไม้ต่างๆ เช่น ส้ม มะนาว