الكاربوهيدرات Carbohydrates

تعد الكاربوهيدرات Carbohydrates أو السكريات المشتقة من كلمتين لاتينيتين (Carbo) التي تعني كاربونا أو فحما و (Hydro) التي تعني الماء احدى الانواع الرئيسة الاربعة من الجزيئات الحياتية الكبيرة Large Biomolecules التي تدخل في تركيب الخلية الحية. والكاربوهيدرات مركبات عضوية ناتجة من تآصر الكاربون والهيدروجين والاوكسجين ، وتكون النسب بين الهيدروجين والاوكسجين كما هي النسبة بينهما في الماء H₂O ، أي 2 :1.

تشكل الكاربوهيدرات المصدر الرئيس للطاقة لكل الكائنات الحية ، وهي تؤلف نحو 10% من المواد الداخلة في تركيب الخلايا الحية. ومن الجدير بالذكر ان النباتات الخضراء ، وبعض انواع الاحياء المجهرية لها القدر على تكوين أو بناء الكاروهيدرات من الماء وثنائي اوكسيد الكاربون بوجود ضوء الشمس والكلوروفيل ( اليخضور Chlorophyll) من خلال عملية البناء او التركيب الضوئي Photosynthesis. ان الكائنات الحية جميعها التي لا تمتلك الكلوروفيل مثل الفطريات Fungi والبكتريا Bacteria والفايروسات (الرواشح) Viruses تعتمد على النباتات الخضراء من اجل الحصول على الكاربوهيدرات.

قد تكون الكاروهيدرات ذائبة في السوائل الجسمية بين الخلايا ، او الخلايا نفسها ، وغالبا ما تكون على هيأة نشأ حيواني (كلايكوجين) Glycogen أو نشأ نباتي Starch ، في حين يسهم بعضا الاخر في تكوين الحوامض النووية مثل سكر الرايبوز Ribose والرايبوز منقوص الاوكسجين Deoxyribose ، وقد تدخل في تركيب بعض الشحوم مثل سكر الكالكتوز (سكر اللبن) ، وفي الحليب مثل سكر اللاكتوز (سكر الحليب) ، وقد تدخل في تركيب جدار الخلايا النباتية مثل السليلوز Cellulose وتركيب الكايتين Chitin في الهيكل الخارجي للقشريات Crustaceans والحشرات Insects.

تصنف الكاربوهيدرات الى ثلاث مجموعات رئيسة هي :

اولا :  السكريات الاحادية Monosaccharides :

وهي سكريات بسيطة ذات للصيغة الوضعية التجريبية  H₂O)n Empirical Formula)Cn. وهذه السكريات عبارة عن وحدات بنائية Monomers لا يمكن تجزئتها او تحليلها الى مركبات سكر أكثر بساطة ، وتمتاز بذوبانها في الماء ، ويمتصها الجسم من دون تغيير ، وتقسم عادة على عدة مجموعات ، وذلك بحسب عدد ذرات الكاربون في جزيئاتها ، ونوع الجذر المرتبط بهذه الذرات ، فيما اذا كان الديهايدا Aldehyde فتسمى عنذئد الدورات Aldoses ، واذا ما كان كيتونا Ketone فتسمى كيتوزات Ketoses ، وهذه الاقسام هي :

1- الثلاثيات Trioses : وتحوي جزيئاتها ثلاث ذرات من الكاربون C₃H₆O₃ ، مثل : كليسر الديهايد Glyceraldehydes ، ودايهايدروكسي اسيتون Dihydroxy Acetone.

2- الرباعيات Tetroses : وتحوي جزيئاتها اربع ذرات كاربون C₄H₈O₄ ، مثل : إيرثريولوز Erythrulose.

3- الخماسيات Pentoses : وتحوي جزيئاتها خمس ذرات من الكاربون C₅H₁₀O₅ ، مثل: الرايبوز Ribose ودي اوكسي رايبوز Deoxyribose  (رايبوز منقوص الاوكسجين) واريبنوز Arabinose.

4- السداسيات Hexoses : وتحوي جزيئاتها ست ذرات من الكاريون _C6HO6 ، مثل : كلوكوز (سكر العنب) Glucose ، وفركتوز ( سكر الفاكهة) Fructose ، وكالكتوز (سكر اللبن) Galactose.

5- السباعيات Heptoses : وتحوي جزيئاتها سبع ذرت من الكاربون C₇H₁₄O₇ ، مثل : سيدوهيبييولوز Sedoheptulose. وفيما يلي بعض التراكيب الكيميائية لعدد من السكريات الاحادية.

يعد السكر الخماسي رايبوز Ribose ، مهما لانه يدخل في تركيب الحامض النووي الرايبوزي (رنا) (Ribonucleic Acid (RNA وفي بعض المرافقات الانزمية Coenzymes مثل (Coenzyme A (CoA وادينوسين ثلاثي الفوسفات (Adenosine Triphosphate (ATP. ويعد السكر الخماسي الرايبوز منقوص الاوكسجين Deoxyribose مهماً للغاية كونه يدخل في تركيب الحامض النووي الرايبوزي اللاأوكسجين أو منقوص الاوكسجين (المتخزل) دنا (Deoxeyribonucleic acid (DNA المسؤول عن نقل الصفات الورية وعن استنساخ ال RNA. فضلا عن ان السكر الخماسي رايوولوز Ribulose ضروري لآلية البناء الضوئي Photosynthesis Mechanism ، اما السكر السداسي كلوكوز Glucose (سكر العنب) فإنه يعد المصدر الاساسي للطاقة في الخلايا الجسمية.

ثانيا : السكريات القليلة Oligosaccharides:

وتحوي من 2-10 سكريات احادية Monosaccharides ، أو مونومرت Monomers (الوحدات البنائية Structural Units) في جزيئاتها. تبقى المونومرات مرتبطة مع بعضها بأواصر كلايكوسايدية Glycosidic Linkages ومن أهم السكريات القليلة ، وهي :

1- السكريات الثنائية Disaccharides : وتحوي وحدتين بنائيتين ، أو مونومرين اثنين ، مثل سكروز (سكر القصب ، المائدة) Sucrose ، ومالتوز (سكر الشعير) Maltose ، ولاكتوز (سكر الحليب) Lactose وغيرها ، وتنشأ من اتحاد جزيئين من السكر الاحادي ، وتوجد هذه  السكريات في البنجر والحليب والعسل.

2- السكريات الثلاثية Trisaccharides : وتحوي ثلاثة مونومرات ، مثل : رافينوز Raffinose ، ورابينوز Rabinose  ، ومانوترايوز Mannotrisos.

3- السكريات الرباعية  Tetrasaccharides : وتحوي اربعة مونومرات ، مثل : ستاشيوز Stachyose وسكردوز Scordose.

4- السكريات الخماسية Pentasaccharides : وتحوي خمسة مونومرات ، مثل : فيرباسكوز Verbascose.

فيما يأتي بعض الصيغ الكيميائية Chemical Formulaa لعدد من السكريات الثنائية :

ومن اهم السكريات الثنائية الشائعة السكروز (سكر القصب) الذي ينتج من اتحاد جزيئة كلوكوز مع جزيئة فركتوز (سكر الفاكهة) وبطريقة البناء وبإزالة الماء.

وينشا سكر المالتوز من اتحاد جزيئتين من الكلكوز مع فقدان الماء.

أما سكر اللاكتوز (سكر الحليب) فينشأ من اتحاد جزيئة كلكوز وجزيئة كالكتوز ويوجد في الحليب ، وله الصيغة الكيميائية نفسها التي لسكر القصب.

وعلى الرغم من ان السكريات الثنائية تذوب في الماء ، إلا ان حجم جزيئاتها كبير وغير قادر على النفاذ من خلال الغشاء الخلوي ما لم تتكسر جزيئاتها في عملية التحلل المائي.

وتتم عملية تفكيك جزيئات السكر الثنائي وتحللها إلى سكريات احادية في داخل الامعاء ، ثم تمتص عن طريق الزغبيات وتدخل الدورة الدموية لتستفيد منها الخلايا المختلفة ، ويشاهد كل من سكري القصب والشعير بشكل رئيس في الخلايا النباتية ، وعلى العكس من ذلك تماما ، فإن سكر الحليب يقتصر وجوده على الخلايا الحيوانية وما يجدر ذكره ان جزيئة سكروز تتألف من مونومرين ، في حين تتركب جزيئة مالتوز من جزيئتين من سكر ، اما جزيئة سكر الحليب فتتألف من مونومرين ، هما (لاحظ الصبغ الكيميائية لهذه السكريات).

ثالثا:  السكريات المتعددة أو عديد السكريد Polysaccharides :

وتتألف هذه السكريات من عشرة الى عدة آلاف من السكريات الاحادية كوحدات بنائية في جزيئاتها الكبيرة Macromolecules والصيغة الوضعية لها هي C₆H₁₀O₅)n) ، فضلا عن جزيئات السكريات المتعددة لها أوزان جزيئية عالية ، وعند التسخين تصبح غروية. ويمكن تحليل السكريات الى سكريات بسيطة. ويمكن تقسيم هذه السكريات الى مجموعتين ، هما : السكريات المتعددة المتجانسة Homopoly Saccharides ، والسكريات المتعددة المتباينة Hetreropoly Saccharides.

ويحوي النوع الاول سكريات احادية من نوع واحد ، أي انها مشابهة ، مثل النشأ النباتي Starch والكلايكوجين Glycogen (النشاً الحيواني) والسليلوز Cellulose. وصنع للخلية هذه السكريات بطريقة التكثيف Condensation ، أي البناء بإزالة الماء. ويعد النشأ Starch والسيليلوز سكريات نباتية ، في حين يعد الكلايكوجين ، أو ما يعرف بالنشأ الحيواني ، من السكريات الحيوانية. وتنشأ جزيئات السليلوز من اتحاد جزيئات سيلوبايوز C₁₂H₂₂O₁₁ Cellobiose الذي تتركب جزيئاته بدويها من عدد من جريئات الكلوكور Glucose. ويكون السيليلور جدار الخلايا النباتية ، ويهيء الاسناد الميكانيكي والحماية Mechanical Support and Protection للخلية. ولا يهضم السيليلوز بسهولة عادة ، الا ان بعض للحيوانات كالمواشي والارضة Termites تحوي قنواتها الهضمية ابتدائيات سوطية Flagellate Protozoans أو احياء مجهرية تعيش معيشة تكافلية ، وتحوي أو تمتلك انزيمات هاضمة للسيليلوز ، فتستفيد منها وظائفها فى هذا العمل.

اما النشأ فهو عبارة عن مادة غذائية مخزونة في الخلايا النباتية في حين يمثل الكلايكوجين (النشاً الحيواني) مادة غذائية مخزونة في الخلايا الحيوانية ، وبشكل خاص في خلايا الكبد Liver والعضلات ، ويتم ذلك بمساعدة هرمون الانسولين الذي تفرزه خلايا بيتا Beta Cells في جزيرات لانكرهانز Islets of Langerhans في البنكرياس Pancreas ، إذ يتحول الكلوكوز الى الكلايكوجين في عملية تسمى تكوين الكلايوجين Glycogenesis. وعلى العكس من ذلك ، يعود الكلايكوجين فيتحلل بوساطة هرمون الكلوكاكون Glucagon الذي تفرزه الخلايا الفا Alpha Cells للبنكرياس ( جزيرات لانكوهانز) وهرمونات لب الكظرية مثل الادرينالين Adrenaline ( ابينفرين Epinephrine) الى وحدات من سكر الكلوكوز في عملية تسمى تحلل الكلايكوجين .Glycolysis

يمثل النوع الثاني من السكريات المتعددة، أي السكريات المتعددة المتباينة، وسكريات متعددة مركبة من أنواع من السكريات الاحادية ومن نيتروجين أميني Amino   nitrogen أو حامض الكبريتيك أو حامض الفسفوريك ، ومن أهمها :

1- السكريات المتعددة المتباينة Heteropolysaccharides  Neutral:

وتحوي سكريات احادية ونيتروجينا أمينيا Acetylated Amino Nitrogen فــــــــــــــــــــــي جزيئاتها ، وتسمــــــــــــى Glucoses Amines Acetyl مثل الكايتين Chit ، وهو من أهم ما تكونه الخلايا في العشريات والحشرات ويفيد في الاسناد والوقاية.

2- السكريات المتعددة المتباينة الحامضية Acidic Heterpolysaccharides: وهي تحتوي أنواعا مختلفة من سكريات أحادية وحامض الكبريتيك أو حوامض اخرى جزيئاتها ، ومن أهمها في الخلايا الحيوانية حامض الهيالورونيك Hyaluronic Acid ، وكبريتات الكوندرويتين Chondroitin Sulphate ، والهيبارين Heparin. يشكل حامض الهيالورونيك المادة المئطية ( السمنتية ) Cementing Material للانسجة الرابطة. أما الهيبارين فيعمل كمادة مانعة لتخثر الدم ، وتوجد في الكبد والرئتين والطحال والدم ، في حين توجد كبريتات الكوندرويتين في الخلايا الغضاريف والجلد والقررية والحبل السوري كمادة بيئية لتكوين العظام.

3- برتينات مخاطية Mucoproteins وبروتينات سكرية Glycoproteins: عندما تتحد Acetyl Glucose amines والسكريات الاحادية والبروتينات ، تتكون بروتينات مخاطية سكرية، وهذه تضم السكريات المتعددة لمجموعات الدم ، وتوجد في كريات الدم الحمر Red Blood Corpuscles او RBC ، واللعاب ، والمخاطين المعدي ومخاطيات بيضية ، والمصل والالبومين.