Ο ρόλος στην ανθρώπινη διατροφή
Η συνολική θερμιδική ή ενεργειακή απαίτηση για ένα άτομο εξαρτάται από την ηλικία, το επάγγελμα και άλλους παράγοντες, αλλά γενικά κυμαίνεται μεταξύ 2.000 και 4.000 θερμίδων ανά 24ωρο (μία θερμίδα, όπως αυτός ο όρος χρησιμοποιείται στη διατροφή, είναι η ποσότητα θερμότητας απαραίτητη για την αύξηση της θερμοκρασίας 1.000 γραμμαρίων νερού από 15 έως 16 ° C [59 έως 61 ° F] · σε άλλα πλαίσια αυτή η ποσότητα θερμότητας ονομάζεται kilocalorie). Οι υδατάνθρακες που μπορούν να χρησιμοποιηθούν από τον άνθρωπο παράγουν τέσσερις θερμίδες ανά γραμμάριο σε αντίθεση με εννέα θερμίδες ανά γραμμάριο λίπους και τέσσερις ανά γραμμάριο πρωτεΐνης. Σε περιοχές του κόσμου όπου η διατροφή είναι οριακή, ένα υψηλό ποσοστό (περίπου ένα έως δύο κιλά) της καθημερινής ενεργειακής απαίτησης ενός ατόμου μπορεί να παρέχεται από υδατάνθρακες, με το μεγαλύτερο μέρος των υπόλοιπων να προέρχεται από μια ποικιλία πηγών λίπους.
ανθρώπινο πεπτικό σύστημα: Υδατάνθρακες
Οι υδατάνθρακες απορροφώνται ως μονοσακχαρίτες (απλά σάκχαρα όπως γλυκόζη, φρουκτόζη και γαλακτόζη που δεν μπορούν να είναι περαιτέρω
Αν και οι υδατάνθρακες μπορεί να συνθέσουν έως και το 80 τοις εκατό της συνολικής θερμιδικής πρόσληψης στην ανθρώπινη διατροφή, για μια δεδομένη δίαιτα, η αναλογία αμύλου προς ολικό υδατάνθρακα είναι αρκετά μεταβλητή, ανάλογα με την επικρατούσα συνήθεια. Στην Ανατολική Ασία και σε περιοχές της Αφρικής, για παράδειγμα, όπου το ρύζι ή οι κόνδυλοι όπως η μανιόκα αποτελούν σημαντική πηγή τροφής, το άμυλο μπορεί να αντιπροσωπεύει το 80% της συνολικής πρόσληψης υδατανθράκων. Σε μια τυπική δυτική δίαιτα, το 33 έως 50 τοις εκατό της πρόσληψης θερμίδων έχει τη μορφή υδατανθράκων. Περίπου το ήμισυ (δηλαδή, 17 έως 25 τοις εκατό) αντιπροσωπεύεται από άμυλο. ένα άλλο τρίτο από επιτραπέζια ζάχαρη (σακχαρόζη) και γάλα ζάχαρη (λακτόζη) · και μικρότερα ποσοστά από μονοσακχαρίτες όπως γλυκόζη και φρουκτόζη, τα οποία είναι κοινά σε φρούτα, μέλι, σιρόπια και ορισμένα λαχανικά όπως αγκινάρες, κρεμμύδια και ζαχαρότευτλα. Το μικρό υπόλοιπο αποτελείται από χύμα, ή άπεπτους υδατάνθρακες, ο οποίος περιλαμβάνει κυρίως την κυτταρινική εξωτερική κάλυψη των σπόρων και τους μίσχους και τα φύλλα λαχανικών. (Δείτε επίσης τη διατροφή.)
Ρόλος στην αποθήκευση ενέργειας
Τα άμυλα, οι κύριοι πολυσακχαρίτες φυτο-ενεργειακού αποθέματος που χρησιμοποιούνται από τον άνθρωπο, αποθηκεύονται σε φυτά με τη μορφή σχεδόν σφαιρικών κόκκων που ποικίλλουν σε διάμετρο από περίπου τρία έως 100 μικρόμετρα (περίπου 0,0001 έως 0,004 ίντσες). Τα περισσότερα άμυλα φυτών αποτελούνται από ένα μείγμα δύο συστατικών: αμυλόζη και αμυλοπηκτίνη. Τα μόρια γλυκόζης που συνθέτουν αμυλόζη έχουν δομή ευθείας ή γραμμικής αλυσίδας. Η αμυλοπηκτίνη έχει δομή διακλαδισμένης αλυσίδας και είναι κάπως πιο συμπαγές μόριο. Αρκετές χιλιάδες μονάδες γλυκόζης μπορεί να υπάρχουν σε ένα μόριο αμύλου. (Στο διάγραμμα, κάθε μικρός κύκλος αντιπροσωπεύει ένα μόριο γλυκόζης.)
Εκτός από τους κόκκους, πολλά φυτά έχουν μεγάλο αριθμό εξειδικευμένων κυττάρων, που ονομάζονται παρεγχυματικά κύτταρα, η κύρια λειτουργία των οποίων είναι η αποθήκευση αμύλου. Παραδείγματα φυτών με αυτά τα κύτταρα περιλαμβάνουν λαχανικά ρίζας και κονδύλους. Η περιεκτικότητα των φυτών σε άμυλο ποικίλλει σημαντικά. Οι υψηλότερες συγκεντρώσεις βρίσκονται στους σπόρους και στους κόκκους δημητριακών, οι οποίοι περιέχουν έως και 80 τοις εκατό του συνολικού τους υδατάνθρακα ως άμυλο. Τα συστατικά αμυλόζης και αμυλοπηκτίνης του αμύλου εμφανίζονται σε μεταβλητές αναλογίες. Τα περισσότερα είδη φυτών αποθηκεύουν περίπου το 25% του αμύλου τους ως αμυλόζη και το 75% ως αμυλοπηκτίνη. Αυτή η αναλογία μπορεί να αλλάξει, ωστόσο, με τεχνικές επιλεκτικής αναπαραγωγής, και έχουν αναπτυχθεί ορισμένες ποικιλίες καλαμποκιού που παράγουν έως και το 70 τοις εκατό του αμύλου τους ως αμυλόζη, η οποία είναι πιο εύπεπτη από τον άνθρωπο από ό, τι η αμυλοπηκτίνη.
Εκτός από τα άμυλα, ορισμένα φυτά (π.χ., η αγκινάρα της Ιερουσαλήμ και τα φύλλα ορισμένων χόρτων, ιδίως χόρτο σίκαλης) σχηματίζουν πολυσακχαρίτες αποθήκευσης που αποτελούνται από μονάδες φρουκτόζης και όχι από γλυκόζη. Παρόλο που οι πολυσακχαρίτες φρουκτόζης μπορούν να διαχωριστούν και να χρησιμοποιηθούν για την παρασκευή σιροπιών, δεν μπορούν να αφομοιωθούν από ανώτερα ζώα.
Τα άμυλα δεν σχηματίζονται από ζώα. Αντ 'αυτού, σχηματίζουν έναν πολύ συγγενή πολυσακχαρίτη, γλυκογόνο. Σχεδόν όλα τα σπονδυλωτά και ασπόνδυλα ζωικά κύτταρα, καθώς και εκείνα πολλών μυκήτων και πρωτόζωων, περιέχουν κάποιο γλυκογόνο. Ιδιαίτερα υψηλές συγκεντρώσεις αυτής της ουσίας βρίσκονται στο ήπαρ και τα μυϊκά κύτταρα ανώτερων ζώων. Η συνολική δομή του γλυκογόνου, το οποίο είναι ένα πολύ διακλαδισμένο μόριο που αποτελείται από μονάδες γλυκόζης, έχει επιφανειακή ομοιότητα με εκείνη του συστατικού αμυλοπηκτίνης του αμύλου, αν και οι δομικές λεπτομέρειες του γλυκογόνου είναι σημαντικά διαφορετικές. Υπό συνθήκες στρες ή μυϊκής δραστηριότητας σε ζώα, το γλυκογόνο διασπάται γρήγορα σε γλυκόζη, η οποία στη συνέχεια χρησιμοποιείται ως πηγή ενέργειας. Με αυτόν τον τρόπο, το γλυκογόνο δρα ως άμεσο απόθεμα υδατανθράκων. Επιπλέον, η ποσότητα γλυκογόνου που υπάρχει ανά πάσα στιγμή, ειδικά στο ήπαρ, αντανακλά άμεσα τη διατροφική κατάσταση ενός ζώου. Όταν διατίθενται επαρκείς προμήθειες τροφίμων, τόσο τα αποθέματα γλυκογόνου όσο και τα λιπαρά του σώματος αυξάνονται, αλλά όταν η προμήθεια τροφής μειώνεται ή όταν η πρόσληψη τροφής πέφτει κάτω από τις ελάχιστες ενεργειακές απαιτήσεις, τα αποθέματα γλυκογόνου εξαντλούνται αρκετά γρήγορα, ενώ αυτά του λίπους χρησιμοποιούνται σε πιο αργός ρυθμός.
Ρόλος στη δομή των φυτών και των ζώων
Ενώ τα άμυλα και το γλυκογόνο αντιπροσωπεύουν τους κύριους αποθεματικούς πολυσακχαρίτες των ζωντανών όντων, οι περισσότεροι από τους υδατάνθρακες που βρίσκονται στη φύση εμφανίζονται ως δομικά συστατικά στα κυτταρικά τοιχώματα των φυτών. Οι υδατάνθρακες στα τοιχώματα των φυτικών κυττάρων αποτελούνται γενικά από πολλά διαφορετικά στρώματα, ένα εκ των οποίων περιέχει υψηλότερη συγκέντρωση κυτταρίνης από τα άλλα. Οι φυσικές και χημικές ιδιότητες της κυτταρίνης διαφέρουν εντυπωσιακά από εκείνες του συστατικού αμυλόζης του αμύλου.
Στα περισσότερα φυτά, το κυτταρικό τοίχωμα έχει πάχος περίπου 0,5 μικρομέτρων και περιέχει ένα μείγμα κυτταρίνης, πολυσακχαριτών που περιέχουν πεντόζη (πεντοζάνες) και ενός αδρανούς (χημικώς μη αντιδραστικού) πλαστικού υλικού που ονομάζεται λιγνίνη. Οι ποσότητες κυτταρίνης και πεντοζάνης μπορεί να ποικίλουν. Τα περισσότερα φυτά περιέχουν μεταξύ 40 και 60 τοις εκατό κυτταρίνη, αν και υψηλότερες ποσότητες υπάρχουν στο βαμβάκι.
Οι πολυσακχαρίτες λειτουργούν επίσης ως κύρια δομικά συστατικά στα ζώα. Η χιτίνη, η οποία είναι παρόμοια με την κυτταρίνη, βρίσκεται σε έντομα και άλλα αρθρόποδα. Άλλοι σύνθετοι πολυσακχαρίτες κυριαρχούν στους δομικούς ιστούς ανώτερων ζώων.
