10.1 Proteiner

Sukkeret som driver livet

Ta en bit av et eple, og du smaker noe som hele kroppen din er avhengig av. Det søte er karbohydrater -- en stor familie organiske forbindelser som både gir oss energi og bygger opp store deler av den levende verden. Navnet forteller historien: «karbo» for karbon og «hydrat» for vann, fordi mange av dem følger den generelle formelen $\text{C}_n(\text{H}_2\text{O})_m$. Det ser nesten ut som karbon pakket inn i vann.

Vi deler karbohydratene i tre grupper etter hvor store de er. Monosakkaridene er de minste, enkeltsukkerne, som glukose og fruktose med formelen $\text{C}_6\text{H}_{12}\text{O}_6$. Disakkaridene består av to slike enheter bundet sammen, som sukrose og maltose med formelen $\text{C}_{12}\text{H}_{22}\text{O}_{11}$. Og polysakkaridene er kjempemolekyler av mange enheter, som stivelse og cellulose med formelen $(\text{C}_6\text{H}_{10}\text{O}_5)_n$. Legg merke til hvordan formlene henger sammen -- når enheter kobles, mister de vann hver gang. Det er nettopp dette mønsteret vi skal følge gjennom hele kapittelet.

De minste byggesteinene

La oss zoome helt inn på det enkleste sukkeret: glukose, også kalt druesukker. Med formelen $\text{C}_6\text{H}_{12}\text{O}_6$ er det kroppens viktigste energikilde -- cellene dine forbrenner det døgnet rundt. Glukose kalles en aldoheksose fordi det har en aldehydgruppe og seks karbonatomer. I løsning går glukose helst sammen til en seksring, en form vi kaller pyranose. Og her dukker en finurlig detalj opp: ringen kan lukke seg på to måter. I α-glukose peker OH-gruppen på karbon nummer 1 nedover, mens den i β-glukose peker oppover. Denne lille forskjellen viser seg å være avgjørende -- den bestemmer om vi senere får mykt stivelse eller hardt treverk.

Et annet enkeltsukker er fruktose. Det har samme formel som glukose, men en annen funksjonell gruppe: en ketongruppe i stedet for aldehyd, så vi kaller det en ketoheksose. Fruktose er søtere enn glukose og finnes naturlig i frukt og honning. At to molekyler kan ha samme formel, men ulik struktur og smak, er et flott eksempel på isomeri -- et tema som går igjen i hele organisk kjemi.

Når sukkermolekyler kobles sammen

Når to monosakkarider møtes, kan de bindes til et disakkarid. Reaksjonen kalles kondensasjon, og det avgjørende er at det frigjøres ett vannmolekyl hver gang en binding dannes:

$$\text{Monosakkarid} + \text{Monosakkarid} \rightarrow \text{Disakkarid} + \text{H}_2\text{O}$$

Vi kjenner tre viktige disakkarider. Sukrose -- det vanlige hvite sukkeret fra sukkerrør og sukkerbeter -- er glukose bundet til fruktose med en α-1,2-binding. Maltose, maltsukkeret, er to glukose-enheter koblet med en α-1,4-binding. Og laktose, melkesukkeret i melk, er galaktose bundet til glukose med en β-1,4-binding.

Det fine er at prosessen er reversibel. Med vann og et enzym kan disakkaridene spaltes tilbake til monosakkarider igjen. Denne motsatte reaksjonen kalles hydrolyse -- «hydro» for vann, «lyse» for spalting:

$$\text{C}_{12}\text{H}_{22}\text{O}_{11} + \text{H}_2\text{O} \xrightarrow{\text{enzym}} 2\,\text{C}_6\text{H}_{12}\text{O}_6$$

Slik bryter kroppen din ned sukker i maten til druesukker som cellene kan bruke.

Kjempemolekyler av sukker

Kobler vi ikke bare to, men hundrevis eller tusenvis av monosakkarider sammen, får vi polysakkarider -- lange kjeder med helt ulike egenskaper avhengig av hvordan enhetene er bundet. Her viser den lille α/β-forskjellen fra tidligere sin fulle kraft.

Stivelse er plantenes energilager, bygget av α-glukose-enheter. Den finnes i to former: amylose, som er lineær, og amylopektin, som er forgrenet. Bindingene er hovedsakelig α-1,4. Et klassisk knep i laboratoriet er å påvise stivelse med jod, som gir en dyp blåfarge. Cellulose er derimot plantenes byggemateriale -- det stive i tre, bomull og plantecellevegger. Den er bygget av β-glukose-enheter i lange, rette kjeder som holdes sammen av hydrogenbindinger. Forskjellen mellom α og β er hele forklaringen på hvorfor du kan fordøye potet, men ikke trefiber: kroppen har enzymer (amylaser) som bryter α-bindinger, men ikke β-bindingene i cellulose. Derfor blir cellulose til ufordøyelig fiber. Til slutt har vi glykogen, dyrenes energilager. Det er sterkt forgrenet, bygget av α-glukose med både α-1,4- og α-1,6-bindinger, og lagres hovedsakelig i lever og muskler.

Oppsummering

Vi har fulgt karbohydratene fra de minste enhetene til de største kjempemolekylene. Monosakkaridene glukose ($\text{C}_6\text{H}_{12}\text{O}_6$, en aldoheksose) og fruktose (en ketoheksose) er de enkleste sukkerne, og forskjellen mellom α- og β-glukose -- bare hvilken vei én OH-gruppe peker -- viste seg å være helt avgjørende.

To monosakkarider kobles ved kondensasjon til et disakkarid under frigjøring av vann, og spaltes tilbake ved hydrolyse. Sukrose, maltose og laktose er de viktigste. Mange enheter danner polysakkarider: stivelse og glykogen lagrer energi med α-bindinger, mens cellulose gir struktur med β-bindinger. Nettopp denne bindingstypen forklarer hvorfor vi kan fordøye potet, men ikke tre. Slik styrer en liten kjemisk detalj om et sukker blir mat, lager eller byggemateriale.