คาร์โบไฮเดรต

คาร์โบไฮเดรต (อังกฤษ: Carbohydrate) เป็นสารชีวโมเลกุลที่สำคัญที่เป็นองค์ประกอบของสิ่งมีชีวิตทุกชนิค คำว่าคาร์โบไฮเดรตมีรากศัพท์มาจากคำว่า คาร์บอน (carbon) และคำว่าไฮเดรต (hydrate) อิ่มตัวไปด้วยน้ำ ซึ่งรวมกันก็หมายถึงคาร์บอนที่อิมตัวไปด้วยน้ำ เนื่องจากสูตรเคมีอย่างง่ายก็คือ (C•H₂O) n ซึ่ง n≥3 โดยคาร์โบไฮเดรตจัดเป็นสารประกอบแอลดีไฮด์ (aldehyde) หรือคีโทน (ketone) ที่มีหมู่ไฮดรอกซิล (hydroxyl group, -OH) เกาะอยู่เป็นจำนวนมาก จึงเรียกว่า สารประกอบโพลีไฮดรอกซีแอลดีไฮด์ (polyhydroxyaldehyde) หรือ โพลีไฮดรอกซีคีโทน (polyhydroxyketone) ซึ่งการที่มีหมู่ไฮดรอกซิลในโมเลกุลนั้น ทำให้เกิดการวางตัวของหมู่ดังกล่าวที่แตกต่างกัน และยังสามารถทำปฏิกิริยาหรือสร้างพันธะกับสารอื่นๆได้ ดังนั้น คาร์โบไฮเดรตจึงมีความหลากหลายทั้งในด้านของโครงสร้างทางเคมี และบทบาททางชีวภาพอีกด้วย หน่วยที่เล็กทีสุดของคาร์โบไฮเดรตก็คือน้ำตาลโมเลกุลเดี่ยวหรือโมโนแซคคาร์ไรด์

ประโยชน์ของคาร์โบไฮเดรต

คาร์โบไฮเดรตมีประโยชน์ที่หลากหลาย ตัวอย่างเช่น

• เป็นแหล่งพลังงานของสิ่งมีชีวิต
  
• เป็นสารตัวกลางที่สำคัญในกระบวนการเมทาบอลิซึม (metabolism)
  
• เป็นโครงสร้างที่สำคัญในสิ่งมีชีวิต เช่น เป็นโครงสร้างของพืช (cellulose) หรือเป็นโครงสร้างของสัตว์
  
• เป็นองค์ประกอบใน DNA และ RNA

ประเภทของคาร์โบไฮเดรต

คาร์โบไฮเดรตเป็นสารอาหารหลักซึ่งให้พลังงานเท่ากับ โปรตีน คือ 4 กิโลแคลลอรี่/1 กรัม ประกอบด้วย C คาร์บอน H ไฮโดรเจน และ O ออกซิเจน เป็นอัตราส่วน n:2n:n คาร์โบไฮเดรต แบ่งออกเป็น 3 อย่าง คือ

1. น้ำตาลโมเลกุลเดี่ยว (monosaccharide) ได้แก่ glucose , fructose , galactose
2. น้ำตาลโมเลกุลคู่ (disaccharides) ได้แก่ maltose , lactose , sucrose
3. โพลีแซคคาไรด์ (polysaccharides) ได้แก่ starch , glycogen , cellulose

น้ำตาลโมเลกุลเดี่ยว

บทความหลัก: น้ำตาลโมเลกุลเดี่ยว

น้ำตาลโมเลกุลเดี่ยวเป็นโครงสร้างพื้นฐานของคาร์โบไฮเดรต เป็นคีโตนหรืออัลดีไฮด์ที่มีหมู่ไฮดรอกซิลเกาะอยู่หลายกลุ่ม แบ่งเป็นสองกลุ่มใหญ่คือน้ำตาลอัลโดส มีหมู่อัลดีไฮด์ เช่นน้ำตาลกลูโคส และน้ำตาลคีโตส มีหมู่คีโตน เช่นน้ำตาลฟรุกโตส

น้ำตาลโมเลกุลคู่

บทความหลัก: น้ำตาลโมเลกุลคู่

น้ำตาลโมเลกุลเดี่ยวจะรวมตัวเป็นน้ำตาลโมเลกุลคู่ด้วยพันธะไกลโคซิดิก ระหว่างหมู่ไฮดรอกซิลของน้ำตาลตัวหนึ่งกับคาร์บอนของน้ำตาลอีกตัวหนึ่ง ตำแหน่งที่เกิดพันธะไกลโคซิดิกแสดงโดย (1→4) ซึ่งแสดงว่า C1 ของตัวแรกต่อกับ C4 ของน้ำตาลตัวที่สอง

โพลีแซคคาไรด์

เกิดจากการต่อกันของน้ำตาลโมเลกุลเดี่ยวจนเป็นสายยาว โพลีแซคคาไรด์แบ่งเป็นสองชนิดคือ โฮโมโพลีแซคคาไรด์ ประกอบด้วยน้ำตาลโมเลกุลเดี่ยวชนิดเดียว กับเฮเทอโรโพลีแซคคาไรด์ ประกอบด้วยน้ำตาลโมเลกุลเดี่ยวหลายชนิด โพลีแซคคาไรด์ที่สำคัญมีหลายชนิด ได้แก่

• แป้ง เป็นอาหารสะสมในเซลล์พืช ประกอบด้วยโพลีเมอร์ของกลูโคสสองชนิดคือ อะไมโลส ไม่แตกกิ่ง ต่อด้วย (α1→4) กับอะไมโลเพกติน เป็นสายโพลีแซคคาไรค์ที่แตกกิ่ง โดยส่วนที่เป็นเส้นตรงต่อด้วย (α1→4) และส่วนที่แตกกิ่งต่อด้วย (α1→6)
• ไกลโคเจน เป็นอาหารสะสมในเซลล์สัตว์ มีโครงสร้างคล้ายอะไมโลเพกตินแต่แตกกิ่งมากกว่า
• เซลลูโลส เป็นโครงสร้างของเซลล์พืช ลักษณะเป็นโซ่ตรงของกลูโคส ไม่แตกกิ่ง ต่อกันด้วยพันธะ (β1→4)
• ไคทิน เป็นโครงสร้างของเซลล์สัตว์ พบในเปลือกหอย กุ้ง ปู เป็นโฮโมโพลีแซคคาไรด์ของ N-acetyl-D-glucosamine ต่อกันด้วยพันธะ β
• เปบทิโดไกลแคน เป็นโครงสร้างของเซลล์แบคทีเรีย ประกอบด้วยโพลีแซคคาไรด์ของ N-acetylglucosamine และ N-acetylmuramic acid ต่อกันด้วยพันธะ (β1→4)
• ไกลโคซามิโนไกลแคน เป็นส่วนประกอบของสารที่อยู่ระหว่างเซลล์สัตว์ ประกอบด้วยสยโพลีแซคคาไรด์ของน้ำตาลโมเลกุลคู่ซ้ำๆกัน คือ hyaluronic acid (ประกอบด้วย glucoronic acid กับ acetylglucosamine)

ไกลโคโปรตีนและไกลโคลิปิด

ไกลโคโปรตีนเป็นองค์ประกอบหลักของโปรตีนที่หลั่งออกนอกเซลล์ โดยเป็นโปรตีนที่เชื่อมต่อกับโอลิโกแซคคาไรด์ (น้ำตาลโมเลกุลเดี่ยวต่อกัน 3 – 5 โมเลกุล) ส่วนไกลโคลิปิดซึ่งเป็นโพลีแซคคาไรด์ที่จับกับไขมันเป็นองค์ประกอบในเยื่อหุ้มต่างๆภายในเซลล์ นอกจากนั้น ไกลโคโปรตีนบางชนิด เช่น เลกติน (lectin) หรือซีเลกติน (selectin) มีบทบาทในการจดจำเซลล์เป้าหมายของเชื้อก่อโรค จิงดิ่

อ้างอิง

• Lehninger, A.L., Nelson, D.L., and Cox, M.M. 1993. Principle of Biochemistry. 2nd ed. New York.: Worth

แหล่งข้อมูลอื่น

• Carbohydrates, including interactive models and animations (Requires MDL Chime)
• IUPAC-IUBMB Joint Commission on Biochemical Nomenclature (JCBN) : Carbohydrate Nomenclature
• Carbohydrates detailed
• Carbohydrates and Glycosylation - The Virtual Library of Biochemistry and Cell Biology
• Consortium for Functional Glycomics