कार्बोहाइड्रेट: रासायनिक संरचना, वर्गीकरण और कार्य - जीवविज्ञान - 2025

कार्बोहाइड्रेट, कार्बोहाइड्रेट या saccharides, कार्बनिक अणुओं जीवित प्राणियों में है कि दुकान ऊर्जा है। वे सबसे प्रचुर मात्रा में जैव-अणु हैं और इसमें शामिल हैं: शर्करा, स्टार्च और सेलूलोज़, जीवित जीवों में पाए जाने वाले अन्य यौगिकों के बीच।

प्रकाश संश्लेषण करने वाले जीव (पौधे, शैवाल और कुछ जीवाणु) प्रकृति में कार्बोहाइड्रेट के मुख्य उत्पादक हैं। इन सैकराइड्स की संरचना रैखिक या शाखित, सरल या यौगिक हो सकती है, और वे किसी अन्य वर्ग के बायोमोलेक्यूल्स के साथ भी जुड़ सकते हैं।

उदाहरण के लिए, कार्बोहाइड्रेट ग्लाइकोप्रोटीन बनाने के लिए प्रोटीन से बंध सकते हैं। वे लिपिड अणुओं के साथ भी जुड़ सकते हैं, इस प्रकार ग्लाइकोलिपिड्स बनाते हैं, बायोमोलेक्यूलस जो जैविक झिल्ली की संरचना बनाते हैं। न्यूक्लिक एसिड की संरचना में कार्बोहाइड्रेट भी मौजूद हैं।

प्रारंभ में, कार्बोहाइड्रेट को सेलुलर ऊर्जा भंडारण अणुओं के रूप में मान्यता दी गई थी। इसके बाद, जैविक प्रणालियों में कार्बोहाइड्रेट को पूरा करने वाले अन्य महत्वपूर्ण कार्य निर्धारित किए गए थे।

सभी जीवित चीजों में उनकी कोशिकाएं जटिल कार्बोहाइड्रेट की घनी परत से ढकी होती हैं। कार्बोहाइड्रेट मोनोसेकेराइड से बने होते हैं, हाइड्रॉक्सिल समूहों (-OH) से जुड़े तीन से नौ कार्बन परमाणुओं से बने छोटे अणु, जो आकार और विन्यास में भिन्न हो सकते हैं।

कार्बोहाइड्रेट की एक महत्वपूर्ण संपत्ति अणुओं के इस वर्ग के भीतर जबरदस्त संरचनात्मक विविधता है, जो उन्हें सेल सिग्नलिंग अणुओं को उत्पन्न करने, ऊतकों का निर्माण करने और मनुष्यों में विभिन्न रक्त समूहों की पहचान बनाने जैसे कार्यों की एक विस्तृत श्रृंखला की अनुमति देता है।

इसी तरह, उच्च यूकेरियोट्स में बाह्य मैट्रिक्स, स्रावित कार्बोहाइड्रेट में समृद्ध है, सेल अस्तित्व और संचार के लिए आवश्यक है। ये कोशिका मान्यता तंत्र अपने मेजबान कोशिकाओं को संक्रमित करने के लिए विभिन्न प्रकार के रोगजनकों द्वारा शोषण किया जाता है।

मोनोसेकेराइड को ग्लाइकोसिडिक बांड द्वारा कार्बोहाइड्रेट की एक विस्तृत विविधता बनाने के लिए जोड़ा जा सकता है: डिसाकार्इड्स, ओलिगोसेकेराइड और पॉलीसेकेराइड। जैविक प्रणालियों में कार्बोहाइड्रेट की संरचना और कार्य के अध्ययन को ग्लाइकोबिओलॉजी कहा जाता है।

रासायनिक संरचना

कार्बोहाइड्रेट कार्बन, हाइड्रोजन और ऑक्सीजन परमाणुओं से बने होते हैं। इनमें से अधिकांश को अनुभवजन्य सूत्र (CH2O) n द्वारा दर्शाया जा सकता है, जहाँ n अणु में कार्बन की संख्या है। दूसरे शब्दों में, कार्बोहाइड्रेट के अणुओं में कार्बन, हाइड्रोजन और ऑक्सीजन का अनुपात 1: 2: 1 है।

यह सूत्र "कार्बोहाइड्रेट" शब्द की उत्पत्ति बताता है क्योंकि घटक कार्बन परमाणु ("कार्बो") और पानी के परमाणु हैं (इसलिए, "हाइड्रेट")। हालांकि कार्बोहाइड्रेट मुख्य रूप से इन तीन परमाणुओं से बने होते हैं, लेकिन नाइट्रोजन, फास्फोरस या सल्फर के साथ कुछ कार्बोहाइड्रेट होते हैं।

अपने मूल रूप में, कार्बोहाइड्रेट सरल शर्करा या मोनोसैकराइड हैं। ये सरल शर्करा एक दूसरे के साथ मिलकर अधिक जटिल कार्बोहाइड्रेट बना सकते हैं।

दो सरल शर्करा का संयोजन एक डिसैक्राइड है। ओलिगोसेकेराइड में दो से दस सरल शर्करा होते हैं, और पॉलीसेकेराइड सबसे बड़ा कार्बोहाइड्रेट होते हैं, जो दस से अधिक मोनोसैकराइड इकाइयों से बना होता है।

कार्बोहाइड्रेट की संरचना यह निर्धारित करती है कि प्रकाश संश्लेषण द्वारा उनके गठन के दौरान उनके बांड में ऊर्जा कैसे संग्रहीत की जाती है, और यह भी कि ये बंधन सेलुलर श्वसन के दौरान कैसे टूट जाते हैं।

वर्गीकरण

मोनोसैक्राइड

मोनोसैकराइड कार्बोहाइड्रेट की तात्कालिक इकाइयाँ हैं, यही वजह है कि वे एक सैकराइड की सबसे सरल संरचना हैं। शारीरिक रूप से, मोनोसैकराइड रंगहीन क्रिस्टलीय ठोस होते हैं। अधिकांश का स्वाद मीठा होता है।

रासायनिक दृष्टिकोण से, मोनोसेकेराइड एल्डीहाइड या किटोन हो सकते हैं, यह इस पर निर्भर करता है कि कार्बोनिल समूह (C = O) रैखिक कार्बोहाइड्रेट में कहाँ स्थित है। संरचनात्मक रूप से, मोनोसैक्राइड सीधे श्रृंखला या बंद छल्ले बना सकते हैं।

क्योंकि मोनोसेकेराइड में हाइड्रॉक्सिल समूह होते हैं, अधिकांश पानी में घुलनशील होते हैं और गैर-ध्रुवीय सॉल्वैंट्स में अघुलनशील होते हैं।

इसकी संरचना में कार्बन की संख्या के आधार पर, एक मोनोसेकेराइड के अलग-अलग नाम होंगे, उदाहरण के लिए: तीन (यदि इसमें 3 सी परमाणु हैं), पैंटोस (यदि यह 5 सी है) और इसी तरह।

डिसैक्राइड

डिसाकेराइड्स डबल शर्करा होते हैं जो एक रासायनिक प्रक्रिया में दो मोनोसैकेराइड को एक साथ लाकर डिहाइड्रेशन संश्लेषण कहते हैं, क्योंकि प्रतिक्रिया के दौरान पानी का एक अणु खो जाता है। इसे संक्षेपण प्रतिक्रिया के रूप में भी जाना जाता है।

इस प्रकार, एक डिसैकराइड कोई भी पदार्थ होता है जो ग्लाइकोसिडिक बंधन के माध्यम से एक साथ जुड़े सरल शर्करा (मोनोसैकराइड) के दो अणुओं से बना होता है।

एसिड में इन बंधनों को तोड़ने की क्षमता होती है, इस कारण से पेट में डिसैक्राइड को पचाया जा सकता है।

डिसैक्राइड आमतौर पर घुलनशील और मीठे होते हैं जब अंतर्ग्रहण होते हैं। तीन मुख्य डिसाकार्इड्स सूक्रोज, लैक्टोज और माल्टोज हैं: सुक्रोज ग्लूकोज और फ्रुक्टोज के मिलन से आता है; लैक्टोज ग्लूकोज और गैलेक्टोज के मिलन से आता है; और माल्टोस दो ग्लूकोज अणुओं के मिलन से आता है।

oligosaccharides

ओलिगोसैकेराइड्स कुछ साधारण चीनी इकाइयों से बने जटिल पॉलिमर हैं, जो 3 से 9 मोनोसैकराइड के बीच होते हैं।

प्रतिक्रिया वही है जो डिसैक्राइड का निर्माण करती है, लेकिन वे अधिक जटिल चीनी अणुओं (पॉलीसेकेराइड) के टूटने से भी आती हैं।

अधिकांश ऑलिगोसेकेराइड पौधों में पाए जाते हैं और घुलनशील फाइबर के रूप में कार्य करते हैं, जो कब्ज को रोकने में मदद कर सकते हैं। हालांकि, अधिकांश मनुष्यों में उन्हें पचाने के लिए एंजाइम नहीं होते हैं, सिवाय माल्टोट्रीओस के।

इस कारण से, ऑलिगोसैकेराइड्स जो शुरू में छोटी आंत में पचते नहीं हैं, वे बैक्टीरिया द्वारा टूट सकते हैं जो सामान्य रूप से किण्वन प्रक्रिया के माध्यम से बड़ी आंत में प्रवेश करते हैं। प्रीबायोटिक्स इस फ़ंक्शन को पूरा करते हैं, लाभकारी बैक्टीरिया के लिए भोजन के रूप में कार्य करते हैं।

पॉलिसैक्राइड

पॉलीसेकेराइड सबसे बड़ा सैकराइड पॉलिमर हैं, वे 10 से अधिक (हजारों तक) मोनोसेकेराइड इकाइयों से बने होते हैं जो एक रैखिक या शाखित तरीके से व्यवस्थित होते हैं। स्थानिक व्यवस्था में भिन्नता इन शक्कर को उनके कई गुण प्रदान करती है।

पॉलीसेकेराइड एक ही मोनोसैकराइड से बना हो सकता है या विभिन्न मोनोसैकराइड के संयोजन से हो सकता है। यदि वे एक ही चीनी की इकाइयों को दोहराते हुए बनते हैं, तो उन्हें ग्लाइकोजन और स्टार्च जैसे होमोपोलिसैकेराइड कहा जाता है, जो क्रमशः जानवरों और पौधों के भंडारण कार्बोहाइड्रेट हैं।

यदि पॉलीसेकेराइड विभिन्न शर्करा की इकाइयों से बना होता है, तो उन्हें हेटेरोपायसेकेराइड कहा जाता है। अधिकांश में केवल दो अलग-अलग इकाइयाँ होती हैं और आमतौर पर प्रोटीन (ग्लाइकोप्रोटीन जैसे गामा ग्लोब्युलिन रक्त प्लाज्मा में) या लिपिड (ग्लाइकोलिपिड्स, जैसे गैंग्लियोसाइड्स) से जुड़ी होती हैं।

विशेषताएं

कार्बोहाइड्रेट के चार मुख्य कार्य हैं: ऊर्जा प्रदान करना, ऊर्जा का भंडारण, मैक्रोमोलेक्यूल का निर्माण, और प्रोटीन और वसा के टूटने को रोकना।

पाचन में सरल शर्करा में कार्बोहाइड्रेट टूट जाते हैं। ये छोटी आंत की कोशिकाओं द्वारा अवशोषित होते हैं और शरीर के सभी कोशिकाओं में ले जाया जाता है जहां उन्हें एडेनोसिन ट्राइफॉस्फेट (एटीपी) के रूप में ऊर्जा प्राप्त करने के लिए ऑक्सीकरण किया जाएगा।

चीनी के अणु जो किसी निश्चित समय में ऊर्जा के उत्पादन में उपयोग नहीं किए जाते हैं, उन्हें आरक्षित पॉलिमर जैसे ग्लाइकोजन और स्टार्च के भाग के रूप में संग्रहीत किया जाता है।

न्यूक्लियोटाइड्स, न्यूक्लिक एसिड की मौलिक इकाइयाँ, उनकी संरचना में ग्लूकोज अणु होते हैं। कई महत्वपूर्ण प्रोटीन कार्बोहाइड्रेट के अणुओं के साथ जुड़े हुए हैं, उदाहरण के लिए: कूप उत्तेजक हार्मोन (एफएसएच), जो अंडाशय की प्रक्रिया में शामिल है।

क्योंकि कार्बोहाइड्रेट ऊर्जा का मुख्य स्रोत हैं, उनका तेजी से क्षरण ऊर्जा के लिए अन्य बायोमोलेक्यूल्स को नीचा दिखाने से रोकता है। इस प्रकार, जब चीनी का स्तर सामान्य होता है, तो प्रोटीन और लिपिड गिरावट से सुरक्षित होते हैं।

कुछ कार्बोहाइड्रेट पानी में घुलनशील हैं, लगभग सभी में एक प्रधान भोजन के रूप में कार्य करते हैं, और इन अणुओं का ऑक्सीकरण अधिकांश गैर-प्रकाश संश्लेषक कोशिकाओं में ऊर्जा उत्पादन के लिए मुख्य मार्ग है।

अघुलनशील कार्बोहाइड्रेट अधिक जटिल संरचनाओं का निर्माण करते हैं जो सुरक्षा के रूप में काम करते हैं। उदाहरण के लिए: सेल्यूलोज पौधों की दीवारों को हेमीसेल्यूलोज और पेक्टिन के साथ मिलकर बनाता है। चिटिन कवक की कोशिका भित्ति और आर्थ्रोपोड के एक्सोस्केलेटन बनाता है।

इसके अलावा, पेप्टिडोग्लाइकन बैक्टीरिया और साइनोबैक्टीरिया की कोशिका भित्ति बनाता है। पशु संयोजी ऊतक और कंकाल जोड़ों को पॉलीसेकेराइड से बना है।

कई कार्बोहाइड्रेट covalently प्रोटीन या लिपिड से अधिक जटिल संरचनाएं बनाते हैं, जिन्हें सामूहिक रूप से ग्लाइकोकोनजुगेट्स कहा जाता है। ये कॉम्प्लेक्स टैग के रूप में कार्य करते हैं जो इन अणुओं के इंट्रासेल्युलर स्थान या चयापचय भाग्य का निर्धारण करते हैं।

ऐसे खाद्य पदार्थ जिनमें कार्बोहाइड्रेट होते हैं

कार्बोहाइड्रेट एक स्वस्थ आहार का एक अनिवार्य घटक है, क्योंकि वे ऊर्जा का मुख्य स्रोत हैं। हालांकि, कुछ खाद्य पदार्थों में स्वस्थ कार्बोहाइड्रेट होते हैं जो पोषक तत्वों की अधिक मात्रा प्रदान करते हैं, उदाहरण के लिए:

स्टार्च

स्टार्चयुक्त खाद्य पदार्थ कार्बोहाइड्रेट का मुख्य स्रोत हैं। ये स्टार्च आम तौर पर जटिल कार्बोहाइड्रेट होते हैं, यानी ये एक लंबी आणविक श्रृंखला बनाने के लिए एक साथ कई शक्कर से बने होते हैं। इस कारण से, स्टार्च को पचाने में अधिक समय लगता है।

स्टार्च युक्त खाद्य पदार्थों की एक विस्तृत श्रृंखला है। अनाज में स्टार्च में उच्च खाद्य पदार्थ शामिल हैं, उदाहरण के लिए: बीन्स, दाल, और चावल। अनाज में ये कार्बोहाइड्रेट भी होते हैं, उदाहरण के लिए: जई, जौ, गेहूं और उनके डेरिवेटिव (आटा और पास्ता)।

फलियां और नट्स में स्टार्च के रूप में कार्बोहाइड्रेट भी होते हैं। इसके अतिरिक्त, सब्जियाँ जैसे: आलू, शकरकंद, मक्का और स्क्वैश भी स्टार्च की मात्रा से भरपूर होते हैं।

महत्वपूर्ण रूप से, कई कार्बोहाइड्रेट फाइबर का एक स्रोत हैं। दूसरे शब्दों में, फाइबर मूल रूप से कार्बोहाइड्रेट का एक प्रकार है जिसे शरीर केवल आंशिक रूप से पचा सकता है।

जटिल कार्बोहाइड्रेट के समान, कार्बोहाइड्रेट फाइबर धीरे-धीरे पचते हैं।

फल और सबजीया

फलों और सब्जियों में कार्बोहाइड्रेट अधिक होते हैं। स्टार्च के विपरीत, फलों और सब्जियों में सरल कार्बोहाइड्रेट होते हैं, अर्थात, एक दूसरे से जुड़े एक या दो सैकराइड वाले कार्बोहाइड्रेट।

ये कार्बोहाइड्रेट, उनकी आणविक संरचना में सरल होते हैं, जटिल लोगों की तुलना में अधिक आसानी से और जल्दी पच जाते हैं। यह खाद्य पदार्थों में विभिन्न स्तरों और प्रकार के कार्बोहाइड्रेट का एक विचार देता है।

इस प्रकार, कुछ फलों में प्रति सेवारत कार्बोहाइड्रेट की मात्रा अधिक होती है, उदाहरण के लिए: केले, सेब, संतरा, खरबूजे और अंगूर में कुछ सब्जियों की तुलना में अधिक कार्बोहाइड्रेट होते हैं जैसे कि पालक, ब्रोकोली और केल, गाजर, मशरूम और anubergines।

दूध

सब्जियों और फलों के समान, डेयरी खाद्य पदार्थ हैं जिनमें सरल कार्बोहाइड्रेट होते हैं। दूध की अपनी शर्करा होती है जिसे लैक्टोज कहा जाता है, एक मीठा स्वाद देने वाला डिसाकाराइड। इसका एक कप लगभग 12 ग्राम कार्बोहाइड्रेट के बराबर है।

बाजार पर दूध और दही के कई संस्करण हैं। भले ही आप किसी विशेष डेयरी के पूरे या कम वसा वाले संस्करण का उपभोग कर रहे हों, कार्बोहाइड्रेट की मात्रा समान होगी।

मीठा

मिठाई कार्बोहाइड्रेट का एक और प्रसिद्ध स्रोत है। इनमें चीनी, शहद, कैंडी, कृत्रिम पेय, कुकीज़, आइसक्रीम, कई अन्य डेसर्ट शामिल हैं। इन सभी उत्पादों में शर्करा की उच्च सांद्रता होती है।

दूसरी ओर, कुछ प्रसंस्कृत और परिष्कृत खाद्य पदार्थों में जटिल कार्बोहाइड्रेट होते हैं, उदाहरण के लिए: रोटी, चावल और सफेद पास्ता। यह ध्यान रखना महत्वपूर्ण है कि परिष्कृत कार्बोहाइड्रेट फलों और सब्जियों में पाए जाने वाले कार्बोहाइड्रेट की तरह पौष्टिक नहीं होते हैं।

कार्बोहाइड्रेट चयापचय

कार्बोहाइड्रेट चयापचय चयापचय प्रतिक्रियाओं का एक सेट है जो कोशिकाओं में कार्बोहाइड्रेट के गठन, गिरावट और रूपांतरण को शामिल करता है।

कार्बोहाइड्रेट चयापचय बहुत संरक्षित है और बैक्टीरिया से भी देखा जा सकता है, जिसका मुख्य उदाहरण ई। कोलाई का लैक ऑपेरॉन है।

प्रकाश संश्लेषण, प्रकृति की सबसे महत्वपूर्ण कार्बोहाइड्रेट गठन प्रतिक्रिया सहित कई चयापचय मार्गों में कार्बोहाइड्रेट महत्वपूर्ण हैं।

कार्बन डाइऑक्साइड और पानी से, पौधे सूर्य से ऊर्जा का उपयोग कार्बोहाइड्रेट के अणुओं को संश्लेषित करने के लिए करते हैं।

उनके भाग के लिए, पशु और कवक कोशिकाएं कार्बोहाइड्रेट को तोड़ती हैं, पौधे के ऊतकों में खपत होती हैं, सेलुलर श्वसन नामक प्रक्रिया के माध्यम से एटीपी के रूप में ऊर्जा प्राप्त करने के लिए।

कशेरुक में, रक्त के माध्यम से पूरे शरीर में ग्लूकोज पहुंचाया जाता है। यदि सेलुलर ऊर्जा भंडार कम हैं, तो ग्लूकोज नामक एक चयापचय प्रतिक्रिया के माध्यम से ग्लूकोज टूट जाता है, जिससे कुछ ऊर्जा और कुछ चयापचय मध्यवर्ती होते हैं।

तत्काल ऊर्जा उत्पादन के लिए आवश्यक ग्लूकोज अणुओं को ग्लाइकोजेनेसिस नामक प्रक्रिया के माध्यम से यकृत और मांसपेशियों में ग्लाइकोजन के रूप में संग्रहीत किया जाता है।

कुछ सरल कार्बोहाइड्रेट के अपने क्षरण पथ हैं, जैसे कुछ अधिक जटिल कार्बोहाइड्रेट। उदाहरण के लिए, लैक्टोज को एंजाइम लैक्टेज की कार्रवाई की आवश्यकता होती है, जो उसके बंधनों को तोड़ता है और अपने मौलिक मोनोसैकराइड्स, ग्लूकोज और गैलेक्टोज को छोड़ता है।

ग्लूकोज कोशिकाओं द्वारा खपत मुख्य कार्बोहाइड्रेट है, यह लगभग 80% ऊर्जा स्रोतों का गठन करता है।

ग्लूकोज को कोशिकाओं में वितरित किया जाता है, जहां यह विशिष्ट ट्रांसपोर्टरों के माध्यम से प्रवेश कर सकता है या इसे ग्लाइकोजन के रूप में अपमानित या संग्रहीत किया जा सकता है।

सेल की चयापचय आवश्यकताओं के आधार पर, ग्लूकोज का उपयोग अन्य मोनोसैकराइड्स, फैटी एसिड, न्यूक्लिक एसिड और कुछ अमीनो एसिड को संश्लेषित करने के लिए भी किया जा सकता है।

कार्बोहाइड्रेट चयापचय का मुख्य कार्य रक्त शर्करा के स्तर पर नियंत्रण बनाए रखना है, यही वह है जो आंतरिक होमोस्टेसिस के रूप में जाना जाता है।

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