فورمت فایل:word(قابل ویرایش) تعداد8صحفه
کربوهیدراتها (هیدراتهای کربن یا مواد قندی) یکی از انواع مولکولهای زیستی هستند که از نظر شیمیایی آنها را پلیهیدروکسیآلدئید یا پلیهیدروکسیکتون میدانند. هیدراتهای کربن از اتمهای کربن، هیدروژن و اکسیژن تشکیل شدهاند. کربوهیدراتها بیشتر به عنوان مولکولهای ذخیرهکننده انرژی عمل میکنند، اما کارمردهای ساختاری و نقش در انتقال پیام و ... نیز دارند.
نکته:
کربوهیدراتهای خالص شامل اتمهای کربن, هیدروژن, و اکسیژن هستند با نسبت ملکولی 1:2:1 که فرمول عمومی Cn(H2O)n را تشکیل میدهند. با این وجود, خیلی از کربوهیدراتهای مهم از این قانون مستثنی هستند (مثل دیوکسیریبوز و گلیسرول که بدین ترتیب آنها را مستقیما نمیتوان کربوهیدرات خواند. گاهی وقتها ترکیباتی دستهبندی کربوهیدراتها
کربوهیدراتها یا به صورت تک واحدی هستند ( تکقندیها یا مونوساکاریدها) و یا بصورت دیمر، تریمر و یا پلیمرهایی از این زیر واحدها هستند که به ترتیب دوقندیها (یا دیساکارید)ها، چندقندیها (یا الیگوساکاریدها) و پلیساکاریدها نامیده میشوند.
دوقندیها
لاکتوز یا قند شیر، ساکاروز یا شکر و مالتوز یا قند مالت، نمونههایی از دیساکاریدها هستند.
پلیساکاریدها
هنگامی که مونوساکاریدها یا دیساکاریدها به هم میپیوندند رشتههای پلیمری بلندی را پدید میآوند که پلیساکارید نام دارند. مهمترین پلیساکاریدها شامل:
نشاسته یا آمیلون
میباشند.
نشاسته کربوهیدرات ذخیرهای در گیاهان ( سیب زمینی، ، نان، برنج و ...) است که از بهم پیوستن تک قندیها به اشکال مختلف حاصل میشوند و در بدن پس از گوارش مالتوز تبدیل شده و سرانجام به تکقندیهای گلوکز، فروکتوز و گالاکتوز در میآیند. این سه تکقندی جذب خون شده و پس از عبور از کبد به وسیله گردش خون در سرتاسر بدن پخش میگردد.
گلیکوژن تنها شکل ذخیره انرژی به صورت قند در بدن انسان است. مقدار ذخیره گلیکوژن در انسان 350 گرم است. حدود 100 یا 108 گرم گلیکوژن در کبد است و بقیه در ماهیچههاست. مقدار ذخیره گلیکوژن در بدن انسان به اندازه این است که نیازهای نصف روز انسان را تأمین میکند. بدین صورت که فردی گرسنهاست و غذا نمیخورد، گلیکوژن کبدی، قند خون وی را تأمین میکند و گلیکوژن ماهیچهها، نیازهای عضلانی را تأمین میکند. زمانی که گرسنگی دوم اتفاق میافتد، زمانی است که گلیکوژن کبدی تخلیه شده و گلیکوژن که تحت تأثیر زیمایه (آنزیم) فسفریلاز قرار میگیرد گلیکوژن کبدی است نه گلیکوژن ماهیچه.
سلولز نیز پلیساکاریدی است که در گیاهان تولید میشود. تفاوت ساختمانی آن با نشاسته این است که در سلولز پیوندهای بتا ۱ به ۴ وجود دارد اما در روده پستانداران آنزیمی برای تجزیه آن وجود ندارد. در روده نشخوار
سوختوساز کربوهیدراتها:
کربوهیدراتها به گلوکز تبدیل میشوند و گلوکز به دو طریق در بدن دگرگشت یا سوختوساز (متابولیسم) هوازی میشود:
دگرگشت هوازی گلوکز: بدین صورت که ابتدا مولکول گلوکز میشکند و دو مولکول اسید پیرویک ایجاد میکند، اسد پیرویک دکربکسیله میشود و به مشتق استیل تبدیل میشود، مشتق استیل با کوآنزیم A ترکیب میشود و استیل کوآنزیم A را ایجاد میکند. استیل کوآنزیمA وارد چرخه کرپس میشود و طی یک سلسله واکنشهای پیاپی به آب، انرژی و CO2 تبدیل میشود.
دگرگشت بیهوازی: زمانی که بدن در شرایط اضطراری قرار میگیرد متابولیسم بی هوازی رخ میدهد. مثلاً ورزشکاری که فعالیت سنگین انجام میدهد، قادر به تأمین کل انرژی مورد نیاز خود از طریق هوازی نیست، قسمتی از انرژی خود را از طریق بی هوازی تأمین میکند. یا در شرایطی که فرد در حالت خفگی قرار میگیرد (آب یا دود) بدن از طریق متابولیسم بی هوازی سعی در حفظ حیات میکند. بدین صورت که مولکول گلوکز میشکند، دو مولکول اسید پیروویک ایجاد میکند، هر مولکول اسید پیروویک احیاء میشود و اسید لاکتیک ایجاد میکند. علت اینکه اسید لاکتیک باعث گرفتگی عضله یا خستگی ورزشکاران میشود، متابولیسم بی هوازی است. بنابراین در شرایط بی هوازی از متالولیسم گلوکز 2 ATP (آدنوزین تری فسفات) و در شرایط هوازی از متابولیسم گلوکز 38 ATP انرژی حاصل میشود. البته ممکن است تصور کنید هضم دگرگشت بی هوازی باعث تخریب انرژی میشود در صورتیکه اسید لاکتیک جمع شده در عضله با جریان خون به کبد میرود و مجدداً تبدیل به گلیکوژن میشود و دوباره قند میسازد.
ساختار تمام کربوهیدراتها یکسان نیست. کربوهیدراتهای ساده که در چیپس، کلوچه و نان سفید وجود دارند به سادگی هضم میشوند اما کربوهیدراتهای مرکب که در میوهها و سبزیها و نان جو و سایر حبوبات وجود دارند به سرعت هضم نشده و درصد سوخت آنها پایین است.[۱]
کارکرد مواد قندی و نشاسته در بدن
تولید گرما نقش اصلی و عمده این مواد تولید انرژی در بدن است. تنظیم قند خون بدن سالم بعد از جذب قندها به وسیله اعمالی که انجام میدهد، مقدار آن را تا حدودی ثابت نگه میدارد. ذخیره در بدن مقدار اضافی مواد قندی و نشاستهای در کبد و ماهیچهها به میزان معینی ذخیره و بقیه به صورت چربی در بافت چربی ذخیره میگردد تا در صورت لزوم، بدن بتواند به عنوان منبع انرژی از آن استفاده نماید.
منابع غذایی قندی و نشاستهای
ما بخش عمده انرژی مورد نیاز روزانه خود را از غلات یعنی-گندم، جو، ذرت، برنج، ماکارونی، سیب زمینی و .... حبوبات مانند- لوبیا، نخود، عدس و ... .همچنین قند و شکر، آب نبات، بیسکویت، خرما، کشمش، عسل و شیرینیجات، میوههای شیرین، چغندر، شلغم و مانند اینها تأمین میکنیم. و اما مهمترین بخش
انرژیزایی کربوهیدراتها
کربوهیدراتها انرژیزا هستند و انجام اعمال حیاتی را تسهیل مینمایند، از اینرو از بهترین مواد تغذیهای برای ورزشکارانند. مواد قندی و نشاستهای یکی از مهمترین و ارزانترین منابع انرژی در رژیم غذایی انسان بشمار میروند. قسمت مهمی از غذاهای مردم آسیا، افریقا و بسیاری از نقاط جهان از مواد قندی و نشاستهای تشکیل شدهاست. به علت ارزانی کربوهیدراتها، اکثر مردم از آنها استفاده میکنند و 40 تا 50 درصد غذای روزانه را تشکیل میدهند. هنگامی که کربوهیدراتها وارد بدن میشوند به انرژی تبدیل میگردند و مقدار اضافی آنها در بافتهای چربی ذخیره میشود. در همه نقاط دنیا یک ماده غذایی نشاستهای، غذای اصلی مردم است. در بیش از 50 درصد کشورهای دنیا برنج، گندم، ذرت، سیب زمینی و نان، را به عنوان غذای اصلی استفاده میکنند. مشتقات تک قندیها، سوریبتول است که از احیای گلوکز به دست میآید. ویژگی آن سرعت جذب خیلی کند است. بنابراین به طور کامل جذب نمیشود. سرعت کند جذب سوریبتول در چند زمینه مورد استفاده تغذیهای قرار میگیرد: در افراد مبتلا به مرض قند که تمایل به خوردن مربا یا شربت شیرین دارند میتوان از سوریبتول استفاده کرد. زیرا به علت جذب کند سوریبتول مقداری از این مواد وارد روده شده و توسط فلور روده تخمیر میشود و گاز ایجاد میکند .بنابراین فرد مبتلا به مرض قند میتواند دو قاشق مرباخوری سوربیتول بخورد و اگر مقدار زیادتری استفاده کند دچار نفخ میشود و اگر مقدار بیشتری استفاده کند دچار اسهال میشود. یکی از مشکلات افرادی که رژیم لاغری میگیرند، پائین آمدن قند خون و احساس گرسنگی است. بنابراین سوریبتول درست است که کربوهیدرات است اما به دلیل جذب کُند، مصرف مقدار کمی از آن میتواند قند خون را در حد طبیعی نگه دارد و یا در افرادی که در ذخیره سازی گلیکوژن کبدی مشکل دارند، میتوان از این ویژگی بهره جست. مشتقات تک قندی به نام اینوزیتول، که یک هکزوز حلقوی است، معمولاً در سبوس غلات مثل نان به صورت ترکیب با شش مولکول اسید فسفوریک است که اصطلاحاً به آن اسید فیتیک میگویند. وقتی اسید فیتیک بدین صورت است، ارزش تغذیهای ندارد زیرا قند و فسفر آن قابل استفاده نیست و در ضمن مانع جذب کلسیم و آهن غذا نیز میشود، اما اگر نانی مثل نان سنگک را تخمیر کنیم به وسیله خمیر ترش اسید فیتیک تجزیه میشود، قند و فسفر آن قابل استفاده میگردد و مانع از جذب کلسیم و فسفر هم نمیشود.
تشخیص و شناسایی قندها و نشاسته:
کربوهیدرات به پلی هیدروکسی آلدئید یا پلی هیدروکسی کتون و یا ترکیباتی که به این دو گروه هیدرولیز میشوند اطلاق میگردد.
دسته ای از کربوهیدراتها را که نمیتوانند به ترکیب ساده تری شکسته شوند. مونوساکارید میگویند. گروهی را که در اثر هیدرولیز به دو مولکول مونوساکارید تجزیه شوند دی ساکارید و بالاخره کربوهیدراتهایی که به چندین واحد مونو ساکارید تجزیه میشوند را اولیگوساکارید گویند و چنانچه تعداد واحدهای تشکیل دهندة آن بیش از شش عدد باشد پلی ساکارید نامیده میشود.
مونوساکاریدها را میتوان به دو گروه عمده تقسیم کرد: اگر مونوساکاریدها دارای عامل آلدئیدی باشند آنها را آلدوز و چنانچه عامل کتونی داشته باشند آنها را کتوز مینامند.
از لحاظ احیا کنندگی نیز قندها را به دو دسته احیا کننده و غیر احیا کننده تقسیم میکنند. قندهای احیا کننده به علت داشتن گروههای احیا کننده آلدئیدی یا کتونی دارای خاصیت فوق هستند. قندهای احیا کننده میتوانند یونهای فلزاتی مثل مس دو ظرفیتی (Cu2+) و یون نقره را در محیط قلیایی احیا کنند. مس دو ظرفیتی پس از احیا به صورت مس یک ظرفیتی (Cu+) در می آید. این یون کمتر از مس دو ظرفیتی در آب محلول است و در نتیجه به صورت رسوب سبز رنگ CuOH یا رسوب قرمز رنگ Cu2O و یا مخلوط زرد رنگی از این دو ترکیب در می آید. اگر PH محیط اسیدی شود (مانند آزمایش بارفورد) و همچنین زمان حرارت دادن کنترل شود، فقط مونو ساکاریدها به این آزمایش جواب مثبت میدهند.
بخش عملی
الف) آزمایش مولیش: اسید سولفوریک غلیظ باعث هیدرولیز اتصالات گلیکوزیدی شده، ایجاد مونوساکارید میکند. مونوساکارید تولید شده آب خود را از دست میدهد و به فورفورال و مشتقات آن تبدیل میشود. سپس این ترکیب با آلفا نفتل کمپلکس بنفش رنگی ایجاد میکند.
روش کار: 5 میلی لیتر محلول قند را در یک لوله آزمایش ریخته، به آن دو قطره محلول آلفا نفتل اضافه کنید و خوب بهم بزنید. به دقت 3 میلی لیتر اسید سولفوریک غلیظ از دیواره لوله اضافه کنید. اسید را به آرامی اضافه کنید تا محلول درون لوله به هم نخورد و در زیر، یک فاز (بخش) تشکیل شود. مشاهدات خود را یادداشت کنید.
آزمایش آنترون: یکی دیگر از آزمایشهای عمومی برای کربوهیدراتها، آزمایش آنترون است. اساس آزمایش مطابق آزمایش مولیش میباشد. در این آزمایش، فورفورال تولید شده با آنترون واکنش کرده، کمپلکس آبی مایل به سبز تولید میکند.
آنترون
روش کار: 2 میلی لیتر محلول آنترون را در لوله آزمایش ریخته و 2/0 میلی لیتر محلول کربوهیدرات به آن اضافه کنید. مشاهدات خود را یادداشت کنید.
آزمایشهای بندیکت و فهلینگ: تمام قندهای احیا کننده اعم از مونوساکاریدها و دی ساکاریدها به این دو آزمایش جواب میدهند. اساس دو آزمایش یکی است و فقط در غلظت قلیائی به کار رفته و نیز ترکیبی که با یون مس کمپلکس ایجاد میکند دارد، اختلاف دارند. محلول فهلینگ کمپلکس تارتارات مس دو ظرفیتی است در صورتی که محلول بندیکت یون مس دو ظرفیتی به صورت کمپلکس سیترات میباشد. در این محلول قلیائی Cu2+ در محیط باقی میماند و بصورت Cu(OH)2 رسوب نمیکند. معمولا آزمایش بندیکت بر فهلینگ ترجیح داده میشود، زیرا محلول فهلینگ ناپایدار است. این نوع واکنشها، واکنشهای اختصاصی قندها نیست، بلکه به ترکیباتی که دارای گروههای فعال آلدئیدی هستند نیز پاسخ میدهد.
روش کار: چند لوله آزمایش برداشته و در هر کدام 5 میلی لیتر محلول بندیکت بریزید. سپس به هر لوله یک میلی لیتر محلول قند 2% مورد آزمایش اضافه کنید. لوله ها را به مدت 5 دقیقه در حمام آب جوش قرار دهید. این آزمایش را برای گلوکز، مالتوز، سوکروز و نشاسته انجام دهید. و مشاهدات خود را یادداشت کنید.
در این آزمایش رنگ رسوب تولید شده به سرعت واکنش بستگی دارد. اگر عمل احیا به کندی صورت گیرد، اندازه ذرات رسوب حاصل بزرگ بوده، رنگ آن قرمز آجری است و در غیر این صورت اندازه ذرات رسوب کوچک و رنگ آن زرد یا سبز میباشد.
آزمایش تالن یا نیترات نقره آمونیاکی: محلول تالن یک کمپلکس نقره و آمونیاک است که از واکنش یون نقره و محلول آمونیاک (هیدروکسید آمونیم) در مجاورت هیدروکسید سدیم به دست می آید.
در این آزمایش یون نقره در مجاورت قند احیا کننده احیا میگردد و به صورت فلز نقره رسوب میکند. رسوب حاصله به جدار لوله چسبیده، به صورت آئینه در می آید. به همین سبب به آن آزمایش آئینه نقره نیز میگویند.
آئینه نقره محلول بیرنگ
روش کار: در یک لوله آزمایش تمیز، 2 میلی لیتر نیترات نقره 5% ریخته و به آن یک قطره سود 10% اضافه کنید. سپس به اندازه کافی هیدروکسید آمونیم 2% اضافه کنید تا رسوب حل شود. سپس به محلول حاصل چند قطره از محلول قند مورد نظر اضافه کرده خوب به هم بزنید. مشاهدات خود را یادداشت کنید.
آزمایش بارفود: این آزمایش برای تشخیص مونو ساکاریدها از دی ساکاریدهای احیا کننده است. چنانچه آزمایش احیا قندها در محیط اسید ضعیف صورت گیرد و مدت زمان حرارت دادن کنترل شود، فقط مونو ساکاریدها به علت قدرت احیا کنندگی قوی به این آزمایش جواب مثبت میدهند.
روش کار: یک میلی لیتر از محلول بارفود را در لوله آزمایش ریخته و به آن 2 میلی لیتر محلول قندی 2% اضافه کنید. لوله آزمایش را در حمام آب جوش قرار دهید. اگر رسوب قرمز در فاصله دو دقیقه تشکیل گردید، قند مورد آزمایش مونو ساکارید است. دی ساکاریدها را باید مدت بیشتری (مثلا 10 دقیقه) جوشانید تا رسوب قرمز رنگ ایجاد شود.
اثر اسید و باز بر قندها
قندها در مجاورت اسیدها (مثلا اسید کلریدریک 10 تا 20 درصد) آب از دست میدهند. در نتیجۀ این عمل پنتوزها به فورفورال، کتوهگزوزها و آلدوهگزوزها به اسید لوولینیک و هیدروکسی متیل فورفورال تبدیل میشوند. البته آلدوهگزوزها مقدار اندکی هیدروکسی متیل فورفورال تولید مینمایند. بنابراین با این روش میتوان سه نوع مونو ساکارید را از هم تمیز داد. فورفورال و هیدروکسی متیل فورفورال بی رنگ و در آب محلول هستند و در مجاورت فنلها به کمپلکس رنگی تبدیل میشوند.
آزمایش سلیوانف برای کتوزها: در این آزمایش کتوهگزوزها در مجاورت اسید کلریدریک آب از دست داده، به هیدروکسی متیل فورفورال تبدیل میشوند. این ترکیبات با رزورسینول ترکیب شده به کمپلکس قرمزرنگی تبدیل میگردند. آلدوزها در شرایط سخت تری با رزورسینول واکنش میدهند.
روش کار: 3 میلی لیتر محلول سلیوانف را در لوله آزمایش ریخته، بدان یک میلی لیتر محلول قند مورد نظر اضافه کنید. لوله آزمایش را در حمام آب جوش قرار دهید. هر پنج دقیقه به لوله آزمایش نگاه کنید و مدت زمان تولید رنگ را یادداشت کنید. این آزمایش را برای گلوکز، فروکتوز و سوکروز انجام دهید.
آزمایش بیال برای پنتوزها: پنتوزها در مجاورت اسید کلریدریک غلیظ آب از دست داده، فورفورال تولید میکنند. فورفورال با اورسینول به کمپلکس با رنگ سبز مایل به آبی تبدیل میشود. در این آزمایش در اثر حرارت طولانی و اسید کلریدریک غلیظ، هگزوزها نیز هیدروکسی متیل فورفورال تولید میکنند که با اورسینول میتواند کمپلکس رنگی (زرد مایل به قهوه ای) تولید کند.
روش کار: 2 میلی لیتر محلول بیال را در لوله آزمایش ریخته و یک میلی لیتر محلول آرابینوز یا ریبوز به آن اضافه کنید، لوله را چند دقیقه در حمام آب جوش قرار دهید و مشاهدات خود را یادداشت کنید.
آزمایش مور: مولکولهای قند در مجاورت بازهای قوی شکسته شده، به مولکولهایی کوچکتر تبدیل میشود. سپس مولکولهای کوچک حاصل پلیمریزه شده به کارامل تبدیل میشوند که زرد رنگ است. قندهای احیا کننده به این آزمایش جواب مثبت میدهند.
روش کار: در دو لوله آزمایش به ترتیب 2 میلی لیتر نشاسته 5/0 درصد و 2 میلی لیتر گلوکز 2/0 درصد بریزید. سپس به هر لوله 3 میلی لیتر سود 5 نرمال اضافه کنید. آنها را در آب جوش قرار داده چند دقیقه حرارت دهید. تغییر رنگ لوله را یادداشت کنید.
تشخیص پلی ساکاریدها:
آزمایش ید: ید با پلی ساکاریدها ایجاد کمپلکس رنگی میکند. برای ایجاد کمپلکس رنگی وجود حد اقل 8 مولکول گلوکز در یک زنجیر خطی لازم است. رنگ ایجاد شده به طول زنجیره مولکولها بستگی دارد. مثلا آمیلوز، رنگ آبی تیره، آمیلوپکتین، رنگ ارغوانی و گلیکوژن، رنگ قهوه ای مایل به قرمز تولید میکند.
روش کار: 2 میلی لیتر محلول نشاسته در لوله آزمایش ریخته و به آن دو قطره محلول لوگل اضافه کنید. خوب مخلوط کنید و رنگ ظاهر شده را یادداشت کنید. لوله آزمایش را حرارت دهید و تغییر رنگ را یادداشت کنید.
اندازه گیری کمی قندها:
برای اندازه گیری کمی قند ها می توان از روش های فیزیکی و شیمیایی استفاده کرد.
روش های فیزیکی : . 1
استفاده از هیدرومتر یا ساکارومتر ‘ تعیین وزن حجمی‘ تعیین ضریب شکست و استفاده از پلاری متر .
روش های شیمیایی : . 2
الف) روش وزنی :
توسط آزمایش مانسون والکر انجام می شود در این روش با استفاده از محلول های فهلینگ آ و بی می توان مقدار قند احیا کننده را اندازه گرفت به عبارتی قندهای احیا کننده با احیا کردن محلول های فهلینگ آ و بی و ایجاد رسوب آجری رنگ اکسید مس و اندازه گیری مقدار رسوب تشکیل شده می توان مقدار قند موجود در نمونه را تعیین کرد به عبارتی وزن رسوب را تعیین می کنند و از جدول مانسون والکر جهت تعیین وزن قند استفاده می کنند.
ب) روش حجمی (جدول لین آنیون)
ابتدا 10 سی سی نمونه( شیر) در بالن 100 ریخته سپس 2سی سی استات روی و 2 سی سی فرو سیانور پتاسیم به نمونه اضافه می کنیم و با آب مقطر به حجم 100 سی سی میرسانیم سپس 15 تا 20 دقیقه آن را ثابت گذاشته و بعد آن را صاف می کنیم.
برای انجام آزمایش ابتدا محلول صاف شده را داخل بورت می ریزیم سپس در داخل ارلن 5 سی سی فهلینگ آ و 5سی سی فهلینگ بی ریخته وآن را روی هیتر که در زیر بورت قرار دارد می گذاریم پس از اینکه محلول کمی گرم شد 15 سی سی از محلول داخل بورت را به طور مستقیم و یک مرتبه به داخل ارلن می ریزیم محلول باید در عرض 15 ثانیه به جوش آید(داخل ارلن حتما مگنت باشد)پس از به جوش آمدن محلول با استفاده از محلول قندی داخل بورت تیتراسیون را انجام می دهیم تا محلول های فهلینگ کاملا توسط قند موجود در نمونه احیا شود و پس از ایجاد رنگ و رسوب آجری رنگ به علت تشخیص دقیق احیا شدن محلول های فهلینگ یک قطره متیلن بلو به آن می افزاییم در صورت بروز رنگ آبی تیتراسیون را تا از بین رفتن رنگ آبی ادامه می دهیم و با توجه به حجم مصرفی محلول قندی و همچنین مقدار حجم های برداشته شده از فهلینگ آ و بی و استفاده از جدول لین آنیون می توان در صد قند نمونه را محاسبه کرد. نکته:
فهلینگ آ : سولفات مس
فهلینگ بی : تارتارات مضاعف سدیم پتاسیم در سود
مقدار حجم مصرفی محلول قندی نباید از 15 سی سی کمتر یا از 50 سی سی بیشتر شود زیرا جدول لین آنیون از 15 سی سی تا 50 سی سی تنظیم شده است .
اگر حجم کمتر از 15 سی سی شود یعنی محلول قندی باید رقیق شود واگر بیشتر از 50 سی سی شود باید غلیظ شود.
تحقیق در مورد کربوهیدرات