Hiilihydraatit
https://www.youtube.com/watch?v=MQxRXN_B3Rg&list=PL2n0vCiatLS80IbHFo2tcBNRCSYz9NjgM
Video
Hiilihydraatit
(Opetus.tv)
käsittelee hiilihydraattien kemiallista rakennetta, luokittelua sekä
niiden biologista merkitystä ihmisille ja kasveille.
Alta
löydät tiivistetyn analyysin videon keskeisestä sisällöstä:
Yleistä
ja kemiallinen rakenne
Koostumus:
Hiilihydraatit koostuvat nimestään mukaisesti hiilestä (C),
vedystä (H) ja hapesta (O) (0:19).
Rakenne
vesiliuoksessa:
Sokerimolekyylit sisältävät useita alkoholeille tyypillisiä
OH-ryhmiä, joiden ansiosta ne liukenevat hyvin veteen (1:36).
Vesiliuoksessa avoketjuiset ja rengasrakenteiset muodot ovat
jatkuvassa tasapainossa keskenään (2:02).
Energiansaanti:
Suomalaisten ravintosuositusten mukaan 50–60 % päivittäisestä
energiasta tulisi saada hiilihydraateista. Tärkeimpiä lähteitä
ovat leipä, hedelmät, marjat, maitotuotteet ja makeiset (0:19).
Hiilihydraattien
luokittelu
Hiilihydraatit
jaetaan kolmeen pääryhmään sen mukaan, kuinka monta
yksinkertaista sokeriyksikköä ne sisältävät (2:52):
|
Ryhmä
|
Kuvaus
|
Esimerkit
videolta
|
|
Monosakkaridit
(3:14)
|
Yksinkertaisia
perussokereita, joilla on kyky liittyä pitkiksi ketjuiksi (2:37).
|
Glukoosi
(rypälesokeri) (0:41),
fruktoosi
(hedelmäsokeri) (1:20)
ja galaktoosi
(3:14).
|
|
Disakkaridit
(3:30)
|
Koostuvat
kahdesta toisiinsa liittyneestä monosakkaridista (3:30).
|
Sakkaroosi
(pöytäsokeri: glukoosi + fruktoosi) (3:30),
maltoosi
(mallassokeri: kaksi glukoosia) (4:19)
ja laktoosi
(maitosokeri: glukoosi + galaktoosi) (4:57).
|
|
Polysakkaridit
(5:35)
|
Pitkiä
ketjuja, jotka sisältävät vähintään kolme (jopa kymmeniä
tuhansia) sokeriyksikköä (5:35).
|
Glykogeeni
(eläinten vararavinto) (5:56),
tärkkelys
(kasvien vararavinto) (6:41)
ja selluloosa
(kasvien tukirakenne) (7:35).
|
Biologiset
tehtävät ja toiminta elimistössä
Energianlähde:
Ihmisen elimistö muuttaa ruoan hiilihydraatit glukoosiksi,
joka on esimerkiksi aivojen pääasiallinen energianlähde (0:41).
Vararavinto:
Ylimääräinen glukoosi varastoituu maksaan ja lihaksiin
glykogeeninä
(1:00).
Kovassa rasituksessa glykogeenivarastot kestävät noin 1–2
tuntia, minkä jälkeen keho alkaa polttaa rasvaa (6:15).
Kasvit taas varastoivat ylimääräisen sokerin tärkkelykseksi
(6:41).
Tukirakenne:
Kasvisolujen soluseinät koostuvat selluloosasta
(8:38).
Ihminen ei pysty sulattamaan selluloosaa ravinnoksi, mutta se on
silti tärkeää kuidun lähdettä ruoansulatukselle (7:17).
Erityishuomio
laktoosista:
Nisäkkäiden kasvaessa kyky hajottaa maitosokeria (laktoosia) voi
heikentyä tai lakata kokonaan, mikä aiheuttaa
laktoosi-intoleranssia (5:19).
Tämä vaiva koskettaa jopa 75 prosenttia maailman aikuisväestöstä
(5:35).
tärkkelyksen
ja glykogeenin rakenteellisia eroja
Tärkkelyksen
ja glykogeenin suurin rakenteellinen ero on niiden haarautuneisuuden
tiheydessä.
(7:02)
Vaikka molemmat ovat glukoosimolekyyleistä koostuvia suuria
polysakkarideja (5:35),
glykogeeni on rakenteeltaan huomattavasti tiheämmin ja runsaammin
haarautunut kuin tärkkelys (7:02).
Tarkemmat
rakenteelliset erot voidaan jakaa seuraaviin tekijöihin:
1.
Haarautuneisuus ja sidokset
Glykogeeni:
Koostuu erittäin tiheästi haarautuneista glukoosiketjuista.
Pääketjussa glukoosit sitoutuvat toisiinsa
α-1,4-glykosidisidoksilla, ja haarat muodostuvat α-1,6-sidoksilla.
Haaroittuminen tapahtuu tyypillisesti jo joka
8.–12. glukoosiyksikön
kohdalla.
Tärkkelys:
Ei ole yksittäinen yhtenäinen molekyyli, vaan se jakautuu kahteen
eri rakennemuotoon:
Amyloosi:
Täysin suoraketjuinen ja kierteinen α-1,4-sidoksista muodostunut
ketju (noin 20–30 % tärkkelyksestä).
Amylopektiini:
Haarautunut ketju (α-1,6-haarat), mutta haaroittuminen on
huomattavasti harvempaa kuin glykogeenillä (7:02).
Haaroja esiintyy vain noin joka
24.–30. glukoosiyksikön
kohdalla.
2.
Koko ja molekyylipaino
Glykogeeni
muodostaa suuria ja kompakteja pallomaisia hiukkasia
(glykogeenigranuloita), joiden ytimessä on erillinen
alustusproteiini nimeltään glykogeniini.
Yksi glykogeenimolekyyli voi sisältää jopa 60 000
glukoosiyksikköä.
Tärkkelys
pakkautuu kasveissa suuremmiksi, kiinteiksi tärkkelysjyväsiksi.
Erityisesti amylopektiinimolekyylit voivat kasvaa valtavan
kokoisiksi (jopa miljoonia glukoosiyksiköitä), mutta ne ovat
rakenteeltaan glykogeeniä löyhempiä ja vievät enemmän tilaa.
[1]
|
Ominaisuus
|
Tärkkelys
(Amylopektiini)
|
Glykogeeni
|
|
Alkuperä
|
Kasvien
vararavinto (9:04)
|
Eläinten
ja sienten vararavinto (5:56)
|
|
Rakenne
|
Maltillisesti
haarautunut (ja osin suora) (7:02)
|
Erittäin
runsaasti ja tiheästi haarautunut
|
|
Haarautumisväli
|
24–30
glukoosin välein
|
8–12
glukoosin välein
|
|
Ydinproteiini
|
Ei
ole
|
Kyllä
(glykogeniini)
|
Miksi
tällä erolla on merkitystä?
Glykogeenin
runsas haarautuneisuus luo molekyyliin valtavan määrän "vapaita
päitä" (ketjun päätepisteitä). Koska entsyymit pilkkovat
glukoosia vain ketjujen päistä, erittäin haarautunut rakenne
mahdollistaa sen, että eläinsolujen
entsyymit pystyvät vapauttamaan glukoosia vereen ja lihaksiin
salamannopeasti
heti,
kun energiantarve kasvaa. Kasveilla ei ole tarvetta näin nopealle
liikekannallepanolle, joten harvemmin haarautunut tärkkelys riittää
niiden tarpeisiin (6:41)
Miten
näiden kahden polysakkaridin imeytyminen ja pilkkoutuminen ihmisen
ruoansulatuksessa eroavat toisistaan?
Tärkkelyksen
ja glykogeenin imeytyminen ja pilkkoutuminen eivät periaatteiltaan
juurikaan eroa toisistaan, sillä ne hajoavat täsmälleen samoiksi
glukoosimolekyyleiksi ja imeytyvät saman mekanismin kautta (0:41).
Suurin toiminnallinen ero liittyy niiden pilkkoutumisnopeuteen
ja ravinnosta
saatavaan määrään.
Tässä
on yksityiskohtainen vertailu siitä, miten nämä kaksi
polysakkaridia etenevät ihmisen ruoansulatuselimistössä:
1.
Pilkkoutumisprosessi (Digestion entsyymit)
Molemmat
polysakkaridit ovat α-glukoosipolymeerejä, joten ihmisen
ruoansulatusentsyymit tehoavat kumpaankin samalla tavalla:
Suu
ja mahalaukku:
Hajoaminen alkaa heti suussa sylkirauhasten erittämän α-amylaasin
vaikutuksesta, joka katkoo suoria α-1,4-sidoksia lyhyemmiksi
ketjuiksi (kuten maltoosiksi).
Ohutsuoli:
Haimasta erittyvä amylaasi jatkaa pilkkomista ohutsuolessa. Koska
sekä glykogeenissä että tärkkelyksen amylopektiinissä on
α-1,6-haarakkohtia, ohutsuolen limakalvon omat entsyymit (kuten
isomalaasi ja glukoamylaasi) pilkkovat nämä haarakohdat ja
lopputuotteet lopulta vapaiksi glukoosimolekyyleiksi.
2.
Nopeusero: Tiheys ja rakenne vaikuttavat
Vaikka
entsyymit ovat samoja, rakenteellinen ero (haarautuneisuus) luo
pienen eron pilkkoutumisnopeuteen:
Glykogeeni:
Koska glykogeeni on erittäin tiheästi haarautunut, entsyymeillä
on valtava määrä "vapaita päitä" hyökätä kimppuun
samaan aikaan. Teoriassa se pilkkoutuu erittäin tehokkaasti.
Tärkkelys:
Tärkkelyksen sisältämä amylopektiini
(löyhemmin haarautunut) sulaa ja imeytyy suhteellisen nopeasti. Sen
sijaan suoraketjuinen ja tiivis amyloosi
pilkkoutuu hitaammin, ja pieni osa tärkkelyksestä (nk. resistentti
tärkkelys) saattaa ohittaa ohutsuolen kokonaan paksusuoleen asti.
3.
Imeytyminen verenkiertoon
Kun
entsyymit ovat tehneet työnsä ja molemmat polysakkaridit on purettu
kokonaan yksittäisiksi glukoosimolekyyleiksi, niiden imeytyminen
tapahtuu täsmälleen
samalla tavalla:
Glukoosi
imeytyy ohutsuolen seinämän nukkalisäkkeiden kautta.
Se
siirtyy suolen soluun aktiivisella kuljetuksella
(SGLT1-kuljetusproteiini) natriumin avulla.
Suolen
solusta glukoosi siirtyy helpotetulla diffuusiolla
(GLUT2-kuljetusproteiini) verisuoniin ja kulkeutuu porttilaskimon
kautta maksaan.
4.
Käytännön suurin ero: Määrä ravinnossa
Suurin
käytännön ero liittyy siihen, mistä ja kuinka paljon näitä
hiilihydraatteja syödään:
Tärkkelys
on ihmisen ruokavalion pääasiallinen
monimutkainen hiilihydraatti.
Sitä saadaan suuria määriä esimerkiksi viljoista, perunasta ja
riisistä (0:19).
Glykogeeniä
saadaan ravinnosta (kuten lihasta tai maksasta) vain
häviävän pieniä määriä.
Kun eläin teurastetaan, sen solujen glykogeenivarastot hajoavat
nopeasti maitohapoksi. Siksi lähes kaikki elimistömme käsittelemä
glykogeeni ei tule suoraan syömällä, vaan kehomme rakentaa
(syntetisoi) sen itse maksassa ja lihaksissa ruoasta imeytyneestä
glukoosista (1:00).