Kohlenhydrat

Nicht zu verwechseln mit Kohlenwasserstoff.
Laktose ist ein Disaccharid in Tiermilch gefunden. Es besteht aus einem Molekül von D-Galactose und ein Molekül von D-Glucose von Beta-1-4 verbunden Glycosidbindung.

A Kohlenhydrat (/ˌkːrboʊˈhaɪdreɪt/) ist ein Biomolekül bestehend aus Kohlenstoff (C), Wasserstoff (Hand Sauerstoff (O) Atome, normalerweise mit Wasserstoff -Sauerstoff Atom Verhältnis von 2: 1 (wie im Wasser) und damit mit dem empirische Formel Cm(H2Ö)n (wo m kann sich von anders unterscheiden von n). Allerdings entspricht nicht alle Kohlenhydrate dieser präzisen stöchiometrischen Definition (z. B.,,, Uronsäuren, Desoxy-Sugars wie Fucose), noch sind alle Chemikalien dieser Definition automatisch als Kohlenhydrate eingestuft (z. Formaldehyd und Essigsäure).

Der Begriff ist am häufigsten in Biochemie, wo es ein Synonym von ist Saccharid, eine Gruppe, die enthält Zucker, Stärke, und Zellulose. Die Saccharide sind in vier chemische Gruppen unterteilt: Monosaccharide, Disaccharide, Oligosaccharide, und Polysaccharide. Monosaccharide und Disaccharide, die kleinsten (niedriger Molekulargewicht) Kohlenhydrate werden üblicherweise als Zucker bezeichnet.[1] Das Wort Saccharid kommt von Altgriechisch Wort σάκχαρον (Sákkharon), was "Zucker" bedeutet.[2] Während die wissenschaftliche Nomenklatur von Kohlenhydraten komplex ist, enden die Namen der Monosaccharide und Disaccharide sehr oft im Suffix -ose, was ursprünglich von entnommen wurde aus Glucose, aus dem alten griechischen Wort γλεῦκος (Gleûkos), was "Wein, Muss" bedeutet und für fast alle Zucker verwendet wird, z. Fructose (Obstzucker), Saccharose (Stock oder Rübe Zucker), Ribose, Laktose (Milchzucker) usw.

Kohlenhydrate spielen zahlreiche Rollen in lebenden Organismen. Polysaccharide dienen als eine Energie Geschäft (z. Stärke und Glykogen) und als strukturelle Komponenten (z. B. Cellulose in Pflanzen und Chitin in Arthropoden). Das 5-Kohlenstoff-Monosaccharid Ribose ist eine wichtige Komponente von Coenzyme (z.B. ATP, MODE und Nad) und das Rückgrat des genetischen Moleküls als bekannt als RNA. Die verwandten Desoxyribose ist eine Komponente von DNA. Saccharide und ihre Derivate umfassen viele andere wichtige wichtige Biomoleküle Diese Spielrollen in der Spielrollen Immunsystem, Düngung, verhindern Pathogenese, Blutgerinnung, und Entwicklung.[3]

Kohlenhydrate sind von zentraler Bedeutung für Ernährung und sind in einer Vielzahl von natürlichen und verarbeiteten Lebensmitteln gefunden. Stärke ist ein Polysaccharid. Es ist reichlich in Getreide (Weizen, Mais, Reis), Kartoffeln und verarbeiteten Lebensmitteln basierend auf Müsli Mehl, wie zum Beispiel brot, Pizza oder Pasta. Zucker erscheinen in menschlicher Ernährung hauptsächlich als Tischzucker (Saccharose, extrahiert aus Zuckerrohr oder Zuckerrüben), Laktose (in Milch reichlich vorhanden), Glukose und Fructose, die beide natürlich in auftreten Honig, viele Früchteund etwas Gemüse. Tischzucker, Milch oder Honig werden häufig zu Getränken und vielen zubereiteten Lebensmitteln wie Marmelade, Keksen und Kuchen hinzugefügt.

Zellulose, ein Polysaccharid, das in den Zellwänden aller Pflanzen gefunden wird, ist eine der Hauptbestandteile von unlöslich diätetische Ballaststoffe. Obwohl es von Menschen nicht verdaulich ist, tragen Cellulose und unlösliche Ballaststoffe im Allgemeinen dazu bei, ein gesundes Verdauungssystem aufrechtzuerhalten[4] durch Erleichterung Stuhlgang. Andere Polysaccharide, die in diätetischer Faser enthalten sind resistente Stärke und Inulin, die einige Bakterien in der füttern Mikrobiota des Dickdarm, und sind metabolisiert durch diese Bakterien nachgeben kurzkettige Fettsäuren.[5][6]

Terminologie

Im Wissenschaftliche LiteraturDer Begriff "Kohlenhydrate" hat viele Synonyme wie "Zucker" (im breiten Sinne), "Saccharid", "Ose",[2] "Glucide",[7] "Hydrat von Kohlenstoff" oder "Polyhydroxy Verbindungen mit Aldehyd oder Keton"Einige dieser Begriffe, insbesondere" Kohlenhydrat "und" Zucker ", werden ebenfalls mit anderen Bedeutungen verwendet.

Im Ernährungswissenschaft Und in vielen informellen Kontexten bedeutet der Begriff "Kohlenhydrat" häufig alle Lebensmittel, die besonders reich an komplexen Kohlenhydraten sind Stärke (wie Getreide, Brot und Nudeln) oder einfache Kohlenhydrate wie Zucker (in Süßigkeiten gefunden, Marmeladenund Desserts). Diese Informalität ist manchmal verwirrend, da sie die chemische Struktur und Verdaulichkeit beim Menschen verwirrt.

Oft in Listen von Nährwert-Information, so wie die USDA Nationale NährstoffdatenbankDer Begriff "Kohlenhydrate" (oder "Kohlenhydrat nach Differenz") wird für alles andere als Wasser, Protein, Fett, Asche und Ethanol verwendet.[8] Dies schließt chemische Verbindungen ein, wie z. Essig oder Milchsäure, die normalerweise nicht als Kohlenhydrate angesehen werden. Es beinhaltet auch diätetische Ballaststoffe Das ist ein Kohlenhydrat, der aber nicht beiträgt Nahrungsenergie (Kilokalorien) beim Menschen, obwohl es oft in die Berechnung der gesamten Nahrungsmittelenergie einbezogen ist, genauso wie dies der Fall wäre (d. H. Als wäre es ein verdaubares und absorbierbares Kohlenhydrat wie ein Zucker). Im strengen Sinne, "Zucker"wird für süße, lösliche Kohlenhydrate aufgetragen, von denen viele im menschlichen Nahrung verwendet werden.

Geschichte

Struktur

Früher wurde der Name "Kohlenhydrate" verwendet Chemie für jede Verbindung mit der Formel C.m (H2Ö)n. Nach dieser Definition berücksichtigten einige Chemiker Formaldehyd (CH2O) um das einfachste Kohlenhydrate zu sein,[9] während andere diesen Titel für behaupteten Glykolaldehyd.[10] Heutzutage wird der Begriff allgemein im Sinne der Biochemie verstanden, die Verbindungen mit nur einem oder zwei Kohlenstoffen ausschließt und viele biologische Kohlenhydrate enthält, die von dieser Formel abweichen. Während die obigen repräsentativen Formeln beispielsweise die allgemein bekannten Kohlenhydrate erfassen scheinen, weiten allgegenwärtige und reichlich vorhandene Kohlenhydrate häufig davon ab. Beispielsweise zeigen Kohlenhydrate häufig chemische Gruppen wie: N-Acetyl (z. Chitin), Sulfat (z.B. Glycosaminoglykane), Carboxylsäure und Deoxy -Modifikationen (z. Fucose und Sialinsäure).

Natürliche Saccharide werden im Allgemeinen aus einfachen Kohlenhydraten gebaut, die genannt werden Monosaccharide mit allgemeiner Formel (CH2Ö)n wo n ist drei oder mehr. Ein typisches Monosaccharid hat die Struktur H - (CHOH)x(C = o) - (choh)y–H, das heißt, ein Aldehyd oder Keton mit vielen Hydroxyl Gruppen fügten hinzu, normalerweise jeweils einer auf jedem Kohlenstoff Atom Das ist nicht Teil des Aldehyds oder Ketons funktionelle Gruppe. Beispiele für Monosaccharide sind Glucose, Fructose, und Glyceraldehyde. Einige biologische Substanzen, die üblicherweise als "Monosaccharide" bezeichnet werden, entsprechen dieser Formel nicht (z. Uronsäuren und Desoxy-Sugars wie z. Fucose) und es gibt viele Chemikalien, die dieser Formel entsprechen, aber nicht als Monosaccharide angesehen werden (z. B. Formaldehyd CH2O und Inosit (CH2Ö)6).[11]

Das offen Form eines Monosaccharids koexistiert oft mit a geschlossener Ringformular bei dem die Aldehyd/Keton Carbonyl Gruppenkohlenstoff (C = O) und Hydroxylgruppe (–OH) reagieren bildend a Hemiacetal mit einer neuen C -O -C -Brücke.

Monosaccharide können mit dem genannten so genannt werden Polysaccharide (oder Oligosaccharide) auf vielfältige Weise. Viele Kohlenhydrate enthalten eine oder mehrere modifizierte Monosaccharideinheiten, bei denen eine oder mehrere Gruppen ersetzt oder entfernt wurden. Zum Beispiel, Desoxyribose, eine Komponente von DNA, ist eine modifizierte Version von Ribose; Chitin besteht aus wiederholten Einheiten von N-Acetylglucosamin, a Stickstoff--klange Form von Glukose.

Aufteilung

Kohlenhydrate sind Polyhydroxy -Aldehyde, Ketone, Alkohole, Säuren, ihre einfachen Derivate und ihre Polymere mit Bindungen des Acetal -Typs. Sie können nach ihren klassifiziert werden Polymerisationsgradund kann zunächst in drei Hauptgruppen unterteilt werden, nämlich Zucker, Oligosaccharide und Polysaccharide.[12]

Die wichtigsten Ernährungskohlenhydrate
Klasse
(Grad der Polymerisation)		 Untergruppe Komponenten
Zucker (1–2) Monosaccharide Glucose, Galaktose, Fructose, Xylose
Disaccharide Saccharose, Laktose, Maltose, Isomaltulose, Trehalose
Polyolen Sorbit, Mannitol
Oligosaccharide (3–9) Malto-Oligosaccharide Maltodextrine
Andere Oligosaccharide Raffinose, Stachyose, Fructo-Oligosaccharide
Polysaccharide (> 9) Stärke Amylose, Amylopektin, modifizierte Stärken
Nicht-stärkere Polysaccharide Glykogen, Zellulose, Hemicellulose, Pektine, Hydrokolloide

Monosaccharide

Hauptartikel: Monosaccharid
D-Glucose ist eine Aldohexose mit der Formel (c · h2Ö)6. Die roten Atome unterstreichen die Aldehyd Gruppe und die blauen Atome unterstreichen die Asymmetrisches Zentrum am weitesten vom Aldehyd; Weil dieser -Oh rechts von dem ist Fischer -ProjektionDies ist ein D -Zucker.

Monosaccharide sind die einfachsten Kohlenhydrate darin, dass sie es nicht sein können hydrolysiert zu kleineren Kohlenhydraten. Sie sind Aldehyde oder Ketone mit zwei oder mehr Hydroxylgruppen. Die allgemeine chemische Formel eines unmodifizierten Monosaccharids ist (c • h2Ö)n, buchstäblich ein "Kohlenstoffhydrat". Monosaccharide sind wichtige Brennstoffmoleküle sowie Bausteine ​​für Nukleinsäuren. Die kleinsten Monosaccharide, für die n = 3 dihydroxyaceton und d- und l-glyceraldes sind.

Klassifizierung von Monosacchariden

Alpha-D-glucopyranose-2D-skeletal.png Beta-D-glucopyranose-2D-skeletal.png

Das α und β Anomere von Glukose. Beachten Sie die Position der Hydroxylgruppe (rot oder grün) am anomeren Kohlenstoff relativ zum CH2OH -Gruppe, die an Kohlenstoff gebunden ist 5: Sie haben entweder identische absolute Konfigurationen (R, R oder S, S) (α) oder entgegengesetzte absolute Konfigurationen (R, S oder S, R) (β).[13]

Monosaccharide werden nach drei verschiedenen Merkmalen klassifiziert: die Platzierung seiner Carbonyl Gruppe, Anzahl der Kohlenstoff Atome, die es enthält, und seine chiral Händigkeit. Wenn die Carbonylgruppe eine ist AldehydDas Monosaccharid ist ein Aldose; Wenn die Carbonylgruppe a ist KetonDas Monosaccharid ist a Ketose. Monosaccharide mit drei Kohlenstoffatomen werden genannt Triosen, diejenigen mit vier werden genannt Tetrrosen, fünf werden genannt Pentosen, sechs sind Hexosen, usw.[14] Diese beiden Klassifizierungssysteme werden häufig kombiniert. Zum Beispiel, Glucose ist ein Aldohexose (ein Sechs-Kohlenstoff-Aldehyd), Ribose ist ein Aldopentose (ein Fünf-Kohlenstoff-Aldehyd) und Fructose ist ein Ketohexose (ein Sechs-Kohlenstoff-Keton).

Jedes Kohlenstoffatom, der a trägt Hydroxylgruppe (-Oh) sind mit Ausnahme der ersten und letzten Kohlenstoffe asymmetrisch, so dass sie Stereozentren mit jeweils zwei möglichen Konfigurationen (R oder S). Wegen dieser Asymmetrie eine Reihe von Isomere kann für eine bestimmte Monosaccharidformel existieren. Verwendung Le Bel-van't Hoff-RegelDie Aldohexose D-Glucose hat beispielsweise die Formel (c · h2Ö)6, von denen vier seiner sechs Kohlenstoffeatome stereogen sind und D-Glucose zu einer von 2 machen4= 16 möglich Stereoisomere. Im Falle des Glyceraldehyde, eine Aldotriose, es gibt ein Paar möglicher Stereoisomere, die sind Enantiomere und Epimere. 1, 3-dihydroxyacetonDie Ketose, die den Aldose -Glyceraldehyden entspricht, ist ein symmetrisches Molekül ohne Stereozentren. Die Zuordnung von D oder L wird gemäß der Ausrichtung des asymmetrischen Kohlenstoffs vor der Carbonylgruppe erfolgt: In einer Standard -Fischer -Projektion, wenn die Hydroxylgruppe rechts ist, ist das Molekül ein D -Zucker, sonst ist es ein L -Zucker. Die Präfixe "D-" und "L-" sollten nicht mit "d-" oder "l-" verwechselt werden, die die Richtung anzeigen, in die der Zucker ist dreht Flugzeug polarisiertes Licht. Diese Verwendung von "D-" und "L-" wird nicht mehr in der Kohlenhydratchemie verfolgt.[15]

Isomerismus der Ring-intraimiere Kette

Glucose kann sowohl in einer geraden und Ringform existieren.

Die Aldehyd- oder Ketongruppe eines geradekettigen Monosaccharids reagiert reversibel mit einer Hydroxylgruppe auf einem anderen Kohlenstoffatom, um a zu bilden Hemiacetal oder Hemiketal, bilden a Heterocyclic Ringen Sie mit einer Sauerstoffbrücke zwischen zwei Kohlenstoffatomen. Ringe mit fünf und sechs Atomen werden genannt Furanose und Pyranose Formen und existieren im Gleichgewicht mit der geraden Kettenform.[16]

Während der Umwandlung von geradkettiger Form in die zyklische Form, das Carbon-Atom, das den Carbonylsauerstoff enthält, genannt der Carbon anomerer Kohlenstoff, wird zu einem stereogenen Zentrum mit zwei möglichen Konfigurationen: Das Sauerstoffatom kann eine Position entweder über oder unter der Ebene des Rings einnehmen. Das resultierende mögliche Paar Stereoisomere heißt Anomere. In dem α -AnomerDer -oh -Substituent auf dem anomeren Kohlenstoff ruht auf der gegenüberliegenden Seite (trans) des Rings aus dem ch2Oh Side Zweig. Die alternative Form, in der das ch2Oh Substituent und das anomere Hydroxyl sind auf der gleichen Seite (cis) der Ringebene, heißt die β -Anomer.

Verwendung in lebenden Organismen

Monosaccharide sind die Hauptkraftstoffquelle für Stoffwechsel, sowohl als Energiequelle verwendet werden (Glucose der wichtigste in der Natur sein, da es das Produkt der Photosynthese in Pflanzen ist) und in Biosynthese. Wenn Monosaccharide nicht sofort benötigt werden, werden sie häufig in platzeffizientere (d. H. weniger wasserlösliche) Formen umgewandelt, oft häufig Polysaccharide. Bei vielen Tieren, einschließlich Menschen, ist diese Speicherform Glykogenbesonders in Leber- und Muskelzellen. In Pflanzen, Stärke wird für den gleichen Zweck verwendet. Das am häufigsten vorkommende Kohlenhydrate, Zellulose, ist eine strukturelle Komponente der Zellenwand von Pflanzen und vielen Formen von Algen. Ribose ist eine Komponente von RNA. Desoxyribose ist eine Komponente von DNA. Lyxose ist eine Komponente von Lyxoflavin im menschlichen Herzen.[17] Ribulose und Xylulose in der Pentose -Phosphatweg. Galaktose, eine Komponente von Milchzucker Laktose, wird in gefunden in Galactolipiden in Pflanzenzellmembranen und in Glykoproteine in vielen Gewebe. Mannose tritt im menschlichen Stoffwechsel vor, insbesondere in der Glykosylierung von bestimmten Proteinen. Fructose, oder Fruchtzucker, ist in vielen Pflanzen und Menschen vorhanden, er wird in der Leber metabolisiert, die während des Darms direkt in den Darm aufgenommen wird Verdauungund gefunden in Samen. Trehalose, ein wichtiger Zucker von Insekten, wird schnell in zwei Glukosemoleküle hydrolysiert, um den kontinuierlichen Flug zu unterstützen.

Disaccharide

SaccharoseAuch als Tischzucker bekannt, ist ein übliches Disaccharid. Es besteht aus zwei Monosacchariden: D-Glucose (links) und D-Fructose (Rechts).
Hauptartikel: Disaccharid

Zwei zusammengefügte Monosaccharide werden a genannt Disaccharid und dies sind die einfachsten Polysaccharide. Beispiele beinhalten Saccharose und Laktose. Sie bestehen aus zwei von a zusammengebundenen Monosaccharideinheiten kovalent Bond, bekannt als a Glycosidbindung gebildet über a Dehydratisierungsreaktion, was zum Verlust von a führt Wasserstoff Atom aus einem Monosaccharid und a Hydroxylgruppe von der anderen. Das Formel von unmodifizierten Disacchariden ist c12H22O11. Obwohl es zahlreiche Arten von Disacchariden gibt, ist eine Handvoll Disaccharide besonders bemerkenswert.

SaccharoseNach rechts ist das am häufigsten vorkommende Disaccharid und die Hauptform, in der Kohlenhydrate in Pflanzen transportiert werden. Es besteht aus einem D-Glucose Molekül und eins D-Fructose Molekül. Das systematischer Name für Saccharose, O-α-D-Glucopyranosyl- (1 → 2) -D-Fructofuranosid zeigt vier Dinge an:

  • Seine Monosaccharide: Glukose und Fructose
  • Ihre Ringtypen: Glukose ist a Pyranose und Fructose ist a Furanose
  • Wie sie miteinander verbunden sind: Der Sauerstoff auf Kohlenstoffnummer 1 (C1) von α-D-Glucose ist mit dem C2 von D-Fructose verbunden.
  • Das -Oside Suffix zeigt an, dass das anomerer Kohlenstoff von beiden Monosacchariden nimmt an der glycosidischen Bindung teil.

Laktose, ein Disaccharid, das aus einem besteht D-Galactose Molekül und eins D-Glucose Molekül tritt natürlich in Säugetiermilch auf. Das systematischer Name für Laktose ist O-β-D-Galactopyranosyl- (1 → 4) -D-Glucopyranose. Andere bemerkenswerte Disaccharide sind Maltose (zwei D-Glukosen, die α-1,4 miteinander verbunden sind) und Cellobiose (Zwei D-Glukosen haben β-1,4 miteinander verbunden). Disaccharide können in zwei Arten eingeteilt werden: Reduzierung und Nichtreduzierung von Disacchariden. Wenn die funktionelle Gruppe in der Bindung mit einer anderen Zuckereinheit vorhanden ist, wird sie als reduzierendes Disaccharid oder Biose bezeichnet.

Ernährung

Getreide Produkte: Reiche Kohlenhydratquellen

In Lebensmitteln konsumiertes Kohlenhydrat ergibt 3,87 Kilokalorien Energie pro Gramm Für einfache Zucker,[18] und 3,57 bis 4,12 Kilokalorien pro Gramm für komplexe Kohlenhydrate in den meisten anderen Lebensmitteln.[19] Relativ hohe Kohlenhydratwerte sind mit verarbeiteten Lebensmitteln oder raffinierten Lebensmitteln aus Pflanzen verbunden, darunter Süßigkeiten, Kekse und Süßigkeiten, Tischzucker, Honig, Erfrischungsgetränke, Brot und Cracker, Marmelade und Obstprodukte, Pasta- und Frühstücksflocken. Niedrigere Kohlenhydratmengen sind normalerweise mit nicht raffinierten Lebensmitteln verbunden, einschließlich Bohnen, Knollen, Reis und nicht raffinierten Früchten[zweifelhaft – diskutieren].[20] Tierbasierte Lebensmittel haben im Allgemeinen den niedrigsten Kohlenhydratgehalt, obwohl Milch einen hohen Anteil von enthält Laktose.

Organismen können in der Regel nicht alle Arten von Kohlenhydraten metabolisieren, um Energie zu ergeben. Glukose ist eine nahezu universelle und zugängliche Energiequelle. Viele Organismen haben auch die Fähigkeit, andere zu metabolisieren Monosaccharide und Disaccharide Aber Glukose wird oft zuerst metabolisiert. Im Escherichia colizum Beispiel die Lac Operon wird Enzyme für die Verdauung von Laktose exprimieren, wenn es vorhanden ist, aber wenn sowohl Laktose als auch Glukose vorhanden sind lac Operon wird unterdrückt, was dazu führt, dass die Glukose zuerst verwendet wird (siehe: Dixie). Polysaccharide sind auch häufige Energiequellen. Viele Organismen können Stärken leicht in Glukose zerlegen. Die meisten Organismen können jedoch nicht metabolisieren Zellulose oder andere Polysaccharide mögen Chitin und Arabinoxylane. Diese Kohlenhydrattypen können von einigen Bakterien und Protisten metabolisiert werden. Wiederkäuer und TermitenVerwenden Sie beispielsweise Mikroorganismen, um Cellulose zu verarbeiten. Obwohl diese komplexen Kohlenhydrate nicht sehr verdaulich sind, stellen sie ein wichtiges Ernährungselement für Menschen dar, genannt diätetische Ballaststoffe. Faser verbessert unter anderem die Verdauung.[21]

Das Institut für Medizin empfiehlt, dass amerikanische und kanadische Erwachsene zwischen 45 und 65% von erreichen Ernährungsenergie von Vollkornkohlenhydraten.[22] Das Ernährungs-und Landwirtschaftsorganisation und Weltgesundheitsorganisation Empfehlen Sie gemeinsam, dass die nationalen Ernährungsrichtlinien ein Ziel von 55–75% der Gesamtenergie von Kohlenhydraten festlegen, jedoch nur 10% direkt aus Zuckern (deren Begriff für einfache Kohlenhydrate).[23] A 2017 Cochrane Systematic Review schloss zu dem Schluss, dass es nicht genügend Beweise gab, um die Behauptung zu stützen, dass Vollkorndiäten die Herz -Kreislauf -Erkrankungen beeinflussen können.[24]

Einstufung

Ernährungswissenschaftler Beziehen Sie sich häufig Kohlenhydrate als einfach oder komplex. Die genaue Unterscheidung zwischen diesen Gruppen kann jedoch eindeutig sein. Der Begriff Komplexes Kohlenhydrat wurde zuerst in der verwendet US -Senatsauswahlausschuss für Ernährung und menschliche Bedürfnisse Veröffentlichung Ernährungsziele für die Vereinigten Staaten (1977), wo es beabsichtigt war, Zucker von anderen Kohlenhydraten zu unterscheiden (die als ernährungsphysiologisch überlegen angesehen wurden).[25] Der Bericht stellte jedoch "Obst, Gemüse und Vollkornbauer" in die komplexe Kohlenhydratsäule, obwohl diese sowohl Zucker als auch Polysaccharide enthalten können. Diese Verwirrung bleibt bestehen, da heute einige Ernährungswissenschaftler den Begriff komplexer Kohlenhydrat verwenden, um auf jede Art von verdaulichem Saccharid zu verweisen, die in einem Vollwertkost vorhanden sind, in dem auch Ballaststoffe, Vitamine und Mineralien vorhanden sind (im Gegensatz zu verarbeiteten Kohlenhydraten, die Energie liefern, aber nur wenige andere Nährstoffe) . Die Standardverwendung besteht jedoch darin, Kohlenhydrate chemisch zu klassifizieren: einfach, wenn es sich um Zucker handelt (Monosaccharide und Disaccharide) und komplex, wenn sie sind Polysaccharide (oder Oligosaccharide).[26]

In jedem Fall hat die einfache vs. komplexe chemische Unterscheidung wenig Wert für die Bestimmung der Ernährungsqualität von Kohlenhydraten.[26] Einige einfache Kohlenhydrate (z. Fructose) Heben Sie den Blutzucker schnell an, während einige komplexe Kohlenhydrate (Stärken) Blutzucker langsam erhöhen. Die Verdauungsgeschwindigkeit wird durch eine Vielzahl von Faktoren bestimmt, darunter, welche anderen Nährstoffe mit dem Kohlenhydraten, der Zubereitung der Nahrung, der individuellen Unterschiede im Stoffwechsel und der Chemie des Kohlenhydrats.[27] Kohlenhydrate werden manchmal in "verfügbare Kohlenhydrate" unterteilt, die in der absorbiert werden Dünndarm und "nicht verfügbare Kohlenhydrate", die an die übergehen Dickdarm, wo sie unterliegen Fermentation bis zum Magen -Darm -Mikrobiota.[28]

Das USDA Ernährungsrichtlinien für Amerikaner 2010 Fordern Sie einen mittelschweren bis hohen Kohlenhydratverbrauch durch eine ausgewogene Ernährung, die täglich sechs Ein Unzen-Portionen Getreidefutter umfasst, mindestens die Hälfte von Vollkorn Quellen und der Rest von angereichert.[29]

Das Glykämischer Index (GI) und Glykämische Belastung Es wurden Konzepte entwickelt, um das Lebensmittelverhalten während der menschlichen Verdauung zu charakterisieren. Sie bewerten kohlenhydratreiche Lebensmittel basierend auf der Schnelligkeit und Größe ihrer Wirkung auf Blutzucker Ebenen. Der glykämische Index ist ein Maß für die schnelle Nahrung Glucose wird absorbiert, während die glykämische Belastung ein Maß für die Gesamtabsorbierbarkeit in Lebensmitteln ist. Das Insulinindex ist eine ähnliche, neuere Klassifizierungsmethode, die Lebensmittel basierend auf ihren Auswirkungen auf einsetzt Blutinsulin Werte, die durch Glukose (oder Stärke) und einige Aminosäuren in Lebensmitteln verursacht werden.

Gesundheitliche Auswirkungen der Ernährungskohlenhydrateinschränkung

Hauptartikel: Kohlenhydratdiät

Diäten mit kohlenhydratarmen Kohlenhydraten können die Gesundheitsvorteile verpassen-wie die erhöhte Aufnahme von diätetische Ballaststoffe -gewährt von hochwertigen Kohlenhydraten in gefunden in Hülsenfrüchte und Impulse, Vollkorn, Früchte und Gemüse.[30][31] Nachteile der Ernährung können umfassen Mundgeruch(Zitat benötigt), Kopfschmerzen (Zitat benötigt) und Verstopfung(Zitat erforderlich) und im Allgemeinen das Potenzial Nebenwirkungen von kohlenhydratbeschränkten Diäten werden untersucht, insbesondere für mögliche Risiken von Osteoporose und Krebs Vorfall.[32]

Kohlenhydratbeschränkte Diäten können genauso wirksam sein wie fettarme Diäten, um eine kurzfristige Gewichtsverlust zu erzielen, wenn die Gesamtkalorienaufnahme verringert wird.[33] Ein Endokrine Gesellschaft Die wissenschaftliche Erklärung sagte: "Wenn die Kalorienaufnahme konstant gehalten wird [...] Körperfettakkumulation scheint nicht einmal durch sehr ausgeprägte Veränderungen der Fettmenge gegenüber Kohlenhydraten in der Ernährung beeinflusst zu werden."[33] Langfristig hängt ein wirksamer Gewichtsverlust oder die Wartung ab davon ab Kalorienbeschränkung,[33] nicht das Verhältnis von Makronährstoffe in einer Diät.[34] Die Begründung von Ernährung befürwortet, dass Kohlenhydrate durch Erhöhen des Blutes übermäßige Fettansammlungen verursachen Insulin Werte und dass Diäten mit kohlenhydratarmen Diads einen "metabolischen Vorteil" haben, wird nicht unterstützt von klinischer Beweis.[33][35] Darüber hinaus ist nicht klar Herz -Kreislauf -GesundheitObwohl zwei Bewertungen zeigten, dass die Einschränkung der Kohlenhydraten die Lipidmarker von verbessern kann Herzkreislauferkrankung Risiko.[36][37]

Kohlenhydratbeschränkte Diäten sind nicht wirksamer als eine konventionelle gesunde Ernährung bei der Verhinderung des Einsetzens von Typ 2 Diabetes, aber für Menschen mit Typ -2 -Diabetes sind sie eine praktikable Option, um Gewicht zu verlieren oder zu helfen Glykämische Kontrolle.[38][39][40] Es gibt nur begrenzte Belege für die routinemäßige Verwendung von kohlenhydratarmartigen Diät bei der Behandlung Diabetes Typ 1.[41] Das American Diabetes Association empfiehlt, dass Menschen mit Diabetes eine allgemein gesunde Ernährung einnehmen sollten, anstatt eine Diät, die sich auf Kohlenhydrat oder andere Makronährstoffe konzentriert.[40]

Eine extreme Form der Diät mit kohlenhydratarmen-die-die Ketogene Diät - wird als medizinische Diät für die Behandlung etabliert Epilepsie.[42] Durch Berühmtheit Im frühen 21. Jahrhundert wurde es ein Mode Diät als Mittel zum Gewichtsverlust, aber mit unerwünschter Risiken Nebenwirkungen, wie geringe Energieniveaus und erhöhter Hunger, Schlaflosigkeit, Übelkeit und Magen -Darm Beschwerden. (wissenschaftliches Zitat erforderlich) [42] Das British Dietetic Association Es wurde eine der "Top 5 schlimmsten Promi -Diäten, die 2018 zu vermeiden sind".[42]

Quelle

Glukose -Tabletten

Die meisten diätetischen Kohlenhydrate enthalten Glukose, entweder als einziger Baustein (wie in der Polysacchariden Stärke und Glykogen) oder zusammen mit einem anderen Monosaccharid (wie in der heteropolysacchariden Saccharose und Laktose).[43] Ungebundener Glukose ist einer der Hauptzutaten von Honig. Glukose ist äußerst reichlich vorhanden und wurde aus verschiedenen natürlichen Quellen auf der ganzen Welt isoliert, einschließlich männlicher Zapfen der Nadelbaumwollämie nobilis in Rom,[44] Die Wurzeln von Ilex -Aspella -Pflanzen in China,[45] und Strohhalme von Reis in Kalifornien.[46]

Zuckergehalt aus ausgewählten pflanzlichen Lebensmitteln (in Gramm pro 100 g)[47]
Essen
Artikel		 Kohlenhydrat,
gesamt,A einschließlich
diätetische Ballaststoffe 		Gesamt
Zucker		 Frei
Fructose		 Frei
Glucose		 Saccharose Verhältnis von
Fructose/
Glucose		 Saccharose als
Verhältnis von
Gesamtzucker (%)
Früchte
Apfel 13.8 10.4 5.9 2.4 2.1 2.0 19.9
Aprikose 11.1 9.2 0.9 2.4 5.9 0,7 63,5
Banane 22.8 12.2 4.9 5.0 2.4 1.0 20.0
Feige, getrocknet 63.9 47,9 22.9 24.8 0.9 0,93 0,15
Trauben 18.1 15.5 8.1 7.2 0,2 1.1 1
Navel-Orange 12.5 8.5 2.25 2.0 4.3 1.1 50.4
Pfirsich 9.5 8.4 1.5 2.0 4.8 0.9 56,7
Birne 15.5 9.8 6.2 2.8 0,8 2.1 8.0
Ananas 13.1 9.9 2.1 1.7 6.0 1.1 60.8
Pflaume 11.4 9.9 3.1 5.1 1.6 0,66 16.2
Gemüse
Rübe, rot 9.6 6.8 0,1 0,1 6.5 1.0 96,2
Karotte 9.6 4.7 0,6 0,6 3.6 1.0 77
Rote Paprika, süß 6.0 4.2 2.3 1.9 0,0 1.2 0,0
Zwiebel, süß 7.6 5.0 2.0 2.3 0,7 0.9 14.3
Süßkartoffel 20.1 4.2 0,7 1.0 2.5 0.9 60.3
Süßkartoffel 27.9 0,5 Spuren Spuren Spuren — Spuren
Zuckerrohr 13–18 0,2–1,0 0,2–1,0 11–16 1.0 hoch
Zuckerrübe 17–18 0,1–0,5 0,1–0,5 16–17 1.0 hoch
Körner
Mais, süß 19.0 6.2 1.9 3.4 0.9 0,61 15.0

^A Der Kohlenhydratwert wird in der USDA -Datenbank berechnet und entspricht nicht immer der Summe der Zucker, der Stärke und der "diätetischen Faser".

Stoffwechsel

Hauptartikel: Kohlenhydratstoffwechsel

Der Kohlenhydratstoffwechsel ist die Reihe von der Reihe von Biochemisch Prozesse, die für die verantwortlich sind Formation, abbauen und Interkonversion von Kohlenhydraten in Leben Organismen.

Das wichtigste Kohlenhydrate ist Glucose, ein einfacher Zucker (Monosaccharid) Das wird von fast allen bekannten Organismen metabolisiert. Glukose und andere Kohlenhydrate sind Teil einer Vielzahl von Stoffwechselbahnen über Arten hinweg: Pflanzen Kohlenhydrate aus Kohlendioxid und Wasser durch synthetisieren Photosynthese Lagern Sie die absorbierte Energie intern, oft in Form von Stärke oder Lipide. Pflanzenkomponenten werden von Tieren verbraucht und Pilzeund als Kraftstoff für verwendet Zellatmung. Oxidation von einem Gramm Kohlenhydrat ergibt ungefähr 16 kJ (4 kcal) von Energie, während die Oxidation von einem Gramm Lipiden etwa 38 kJ (9 kcal) ergibt. Der menschliche Körper speichert je nach Körpergewicht zwischen 300 und 500 g Kohlenhydrate, wobei der Skelettmuskel zu einem großen Teil der Lagerung beiträgt.[48] Energie, die aus dem Metabolismus (z. B. Oxidation von Glucose) erhalten wird ATP.[49] Organismen, die zu anaeroben fähig sind und aerobe Atmung Glukose metabolisieren und Sauerstoff (aerob), um Energie freizusetzen, mit Kohlendioxid und Wasser als Nebenprodukte.

Katabolismus

Der Katabolismus ist die Stoffwechselreaktion, die Zellen unterziehen, um größere Moleküle abzubauen und Energie zu extrahieren. Es gibt zwei Major Stoffwechselwege von Monosaccharid Katabolismus: Glykolyse und die Zitronensäurezyklus.

In der Glykolyse werden Oligo- und Polysaccharide zuerst durch Enzyme genannt auf kleinere Monosaccharide gespalten Glykosidhydrolasen. Die Monosaccharideinheiten können dann in einen Monosaccharid -Katabolismus eintreten. Eine 2 ATP -Investition ist in den frühen Schritten der Glykolyse erforderlich, um Glukose zu phosphorylieren Glukose 6-Phosphat (G6p) und Fructose 6-Phosphat (F6p) zu Fructose 1,6-Biphosphat (FBP), wodurch die Reaktion irreversibel vorwärts drückt.[48] In einigen Fällen sind, wie bei Menschen, nicht alle Kohlenhydrattypen nutzbar, da nicht die erforderlichen Verdauung und Stoffwechselzyme vorhanden sind.

Kohlenhydratchemie

Kohlenhydratchemie ist ein großer und wirtschaftlich wichtiger Zweig der organischen Chemie. Einige der Hauptstoffe organische Reaktionen Dies beinhaltet Kohlenhydrate:

Siehe auch

Verweise

  1. ^ Flitsch SL, Ulijn RV (Januar 2003). "Zucker an der Stelle gebunden". Natur. 421 (6920): 219–20. Bibcode:2003Natur.421..219f. doi:10.1038/421219a. PMID 12529622. S2CID 4421938.
  2. ^ a b Avenas P (2012). "Etymologie der Hauptnamen Polysaccharid" " (PDF). In Navard P (Hrsg.). Das europäische Polysaccharidnetzwerk der Exzellenz (Epnoe). Wien: Springer-Verlag. Archiviert von das Original (PDF) am 9. Februar 2018. Abgerufen 28. Januar, 2018.
  3. ^ Maton A, Hopkins J, McLaughlin CW, Johnson S., Warner MQ, Lahart D., Wright JD (1993). Humanbiologie und Gesundheit. Englewood Cliffs, New Jersey: Prentice Hall. pp.52–59. ISBN 978-0-13-981176-0.
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