פחמימה
פחמימות הן קבוצת תרכובות אורגניות. הפחמימות הן התרכובות האורגניות הנפוצות ביותר על-פני כדור הארץ, וגלוקוז היא התרכובת האורגנית הנפוצה ביותר. הפחמימות חיוניות לכל היצורים החיים. לפחמימות ארבעה תפקידים בעלי חשיבות עליונה בביולוגיה:
- הפקת אנרגיה בתא - כל היצורים החיים, כמעט ללא יוצא מן הכלל, מפיקים אנרגיה מפירוק גלוקוז, תחילת תהליך זה מכונה גליקוליזה.
- בנייה - מבנים פיזיים רבים, במיוחד בעולם הצומח, עשויים פחמימות (בעיקר תאית ועמילן).
- DNA ו-RNA - חומצות הגרעין, המכילות את החומר התורשתי של כל היצורים החיים, מורכבות מנוקלאוטידים, אשר כל אחד מהם מכיל סוכר - ריבוז ב-RNA ודאוקסיריבוז ב-DNA.
- זיהוי תאים - פחמימות נמצאות על-גבי הממברנה החיצונית של רוב התאים. הן משמשות מעין "תעודת זיהוי" של התא באלפי תהליכים ביולוגיים. ללא זיהוי זה לא הייתה כלל מתאפשרת פעולתה של מערכת החיסון, למשל.
בטבע מייצרים הצמחים את הסוכר הנחוץ להם מהפחמן הדו-חמצני שנקלט מהאוויר ומהמים שהם קולטים מהקרקע. את אלה הצמח מטמיע (מחבר) בעזרת אור השמש בתהליך הפוטוסינתזה. התהליך המטבולי של ההטמעה עצמה נקרא מעגל קלווין.
מינוח
המילה פחמימה היא הלחם מילים של פחמן ומים. שמן של הפחמימות נגזר מכך שנוסחתן הכימית הכללית של רבות מהן היא CnH2nOn, או Cn(H2O)n, ועל כן סברו בתחילה כי ניתן לראותן כתרכובות של פחמן ומים. גם בשפות האירופאיות מורכבת המילה לפחמימה מהמילים לפחמן ומים; כך למשל באנגלית: פחמימה היא "Carbohydrate", מילה המורכבת מ-"Carbon" ("פחמן") ו-"Hydrate" ("הידרט", תרכובת המכילה מולקולות מים).
המילה סוכר משותפת לשפות רבות, באירופה ומחוצה לה. מקורה של המילה בסנסקריט (Sarkara), ופירושה המקורי: "אבנים קטנות". המונח סכריד (Saccharide), המשמש לעיתים לציון סוכרים, קרוב יותר לשורש המקורי. בשפת היום-יום משמשת המילה סוכר ככינויו של סוכרוז, הסוכר הלבן המשמש להמתקת מאכלים. זהו אמנם לא הסוכר הנפוץ או הבסיסי ביותר, אך הוא הנפוץ ביותר בשימוש ישיר של האדם; עקב זאת זכה הסוכרוז לכינוי המייצג את כל משפחת הסוכרים.
מבחינה כימית גרידא המונחים פחמימה וסוכרים או סכּרידים זהים. למרות זאת, השתרש הנוהג לכנות את הפחמימות הפשוטות והקטנות יותר (כלומר אלו בעלת נוסחת שלד פשוטה יחסית) בשם סוכרים. הפחמימות שאינן סוכרים לפי הגדרה זו הן תאית, עמילן, גליקוגן ונגזרותיהן. כל אלו הן מולקולות ענק, פולימרים המורכבים מאלפי יחידות של הסוכר הפשוט גלוקוז.
הגדרה אחרת לסוכרים היא "פחמימות בעלות טעם מתוק"; לרבים מבין הסוכרים אכן טעם מתוק, אך עמילן, למשל, חסר טעם. כשלועסים פיסת לחם במשך זמן רב היא הופכת בהדרגה למתוקה. העמילן הרב המצוי בלחם מתמוסס ומתפרק בנוכחות האנזים עמילאז הנמצא ברוק ליחידות דו-סוכר (מלטוז) קטנות יותר, שלהן טעם מתוק.
בשיח הדיאטני נהוגה ההבחנה בין "פחמימות פשוטות" ל"פחמימות מורכבות" (וכך גם למאכלים המכילים אותן). הבחנה זו, שהופיעה לראשונה במסמך של ועדת סנאט אמריקאית ב-1977 היא מעורפלת. הכוונה ב"פחמימות מורכבות" (complex carbohydrates) היא לעיתים למולקולות ענק (רב סוכרים) ולעיתים למאכלים העשירים ביותר נוטריאנטים.[1]
כימיה
מבחינה כימית פחמימות הן קטונים או אלדהידים בעלי מספר קבוצות הידרוקסיל. שמם הכימי של הפחמימות הוא, לפיכך, פוליהידרוקסיקֵטונים או פוליהידרוקסיאָלדהידים.
בנוסף לקבוצות ההידרוקסיל, מכילה כל פחמימה קבוצת קרבוניל (C=O, אם המדובר בקטון) או קבוצת אלדהיד (CHO, אם המדובר באלדהיד). הסוכרים, אשר צורתם המקורית היא שרשרת, יכולים להיסגר לטבעת. דבר זה מתאפשר באמצעות תגובה תוך-מולקולרית בין קבוצת האלדהיד או הקרבוניל, הנמצאת בקצה המולקולה, ובין קבוצת הידרוקסיל הנמצאת בקצה השני של המולקולה.
לפי ההגדרה שלעיל מורכבות הפחמימות מאטומי פחמן, מימן וחמצן בלבד. למרות זאת, נגזרות של פחמימות המכילות אטומי גופרית, חנקן ועוד נחשבות אף הן לפחמימות.
לנושא הסטריאוכימיה בפחמימות חשיבות רבה. רובן המוחלט של הפחמימות הן כיראליות, ולפיכך מתקיימות כסטריאואיזומרים שונים. ככל שעולה מספר אטומי הפחמן בפחמימה, כך מתרבות האפשרויות לאיזומריה. פחמימות ידועות רבות הן למעשה איזומרים האחת של השנייה: גלוקוז וגלקטוז, למשל. נהוג לצייר את נוסחת המבנה של הסוכרים באמצעות היטלי פישר, כפי שניתן לראות בתרשים הגלוקוז משמאל. היטלי פישר מפשטים את הייצוג התלת-ממדי של המולקולה. כל הקשרים המצוירים בצורה אופקית מייצגים קשרים אשר מבחינה מרחבית פונים כלפי מעלה (כלומר, בולטים ממישור הדף או המסך אל עבר הצופה). כאלו הם כל הקשרים של קבוצות ההידרוקסיל, כפי שניתן לראות בגלוקוז. הקשרים המצוירים בצורה אנכית מייצגים קשרים אשר פונים כלפי מטה (אל תוך הדף או המסך). כאלו הם קשרי הפחמן-פחמן.
מיון הפחמימות
הפחמימות הפשוטות ביותר הן חד-סוכרים (מונוסכרידים). הללו מוגדרים כסוכרים שלא ניתן לפרקם לסוכרים קטנים יותר. החד-סוכרים מהווים את אבני הבניין של כל הפחמימות, והם מכונים גם סוכרים פשוטים. דו-סוכר (דיסכריד) מורכב משתי יחידות של חד-סוכר; אוליגו-סוכר (אוליגוסכריד) מורכב מ-3 עד 6 (ההגדרה גמישה) יחידות חד-סוכר; ואילו רב-סוכר (פוליסכריד) מורכב מיחידות רבות (בדרך-כלל אלפים) של חד-סוכר. כל הסוכרים המורכבים מכמה יחידות של חד-סוכר מכונים סוכרים מורכבים.
קיימים כמה קריטריונים המגדירים חד-סוכרים מבחינה כימית:
- מספר אטומי הפחמן - סוכר בעל 3 אטומי פחמן נקרא טריוז (Triose). ארבעה פחמינים: טטרוז (Tetrose). חמישה פחמנים: פנטוז (Pentose). ששה פחמנים: הקסוז (Hexose). הסוכרים החשובים ביותר הם הפנטוזות וההקסוזות.
- אלדהיד, קטון - סוכר המכיל קבוצת קרבוניל נקרא קטוז (Ketose). סוכר המכיל קבוצת אלדהיד נקרא אלדוז (Aldose).
- חיבור בין קבוצת האלדהיד או הקטון לבין קבוצת הידרוקסיל באותה מולקולה (המביא ליצירת גשר של אטום-חמצן) יוצר טבעת. טבעת כזו של חמישה אטומים (4 פחמנים וחמצן) נקראת פוראנוז (Furanose). טבעת של שישה אטומים (5 פחמנים וחמצן) נקראת פיראנוז (Pyranose). סוכר המורכב מטבעת ציקלית או מטבעות ציקליות, נקרא לעיתים ציקלוז (Cyclose). צורות נפוצות של ציקלוזים הן העמילן, הסוכרוז, הלקטוז והציקלודקסטרינים.
ניתן לשלב בין שני הקריטריונים שלעיל על-מנת לספק הגדרה מדויקת. גלוקוז, למשל, הוא אלדוהקסוז; הוא מכיל קבוצת אלדהיד וששה אטומי פחמן, וכאשר הוא נסגר לטבעת מתקבל גלוקופיראנוז (אטום פחמן אחד בולט מחוץ לטבעת).
פחמימות כמקור אנרגיה בגוף
קיימת חשיבות רבה לצריכת פחמימות לצורכי אנרגיה. כאמור, תחילת התהליך בתוך התא היא גליקוליזה (תהליך אנארובי, כלומר ללא צריכת חמצן, היוצר חומצה פירובית, שהיא טריוז). בהמשך, הגוף שורף את פחמימות לצורך ייצור אנרגיה (נשימה ארובית). הגבלה של פחמימות בתזונה תוביל להרזיה על ידי ייצור אנרגיה משומנים, אולם היא גם עשויה להיות מסוכנת. במצב של חסר פחמימות, חל שינוי בהפקת אנרגיה משומנים: אלו הופכים בכבד לתוצרי ביניים בשם גופי-קטון שמגיעים לזרם הדם ולרקמות הגוף כמקור אנרגיה זמין. מצב זה נקרא קטוזיס, ועשויה להוות גורם להתפתחות חמצת (קטואצידוזיס). הגבלה חמורה של פחמימות ושומנים בתזונה עלולה להוביל לייצור אנרגיה מפירוק חלבון. הדבר עשוי להוביל לכחשת (דלדול שריר קיצוני Marasmus).
צריכה עודפת של פחמימות
אם הגוף מקבל יותר סוכר ממה שהוא צריך למען הפקת אנרגיה, הוא הופך את העודפים לשומן המצטבר בו. סוכר מזוקק גם פוגע בבריאות השיניים, היות שחיידקים הנמצאים בפה מפרקים אותו לתועלתם, ובתהליך מפרישים חומצה אשר פוגעת בשיניים. תוצאה אפשרית של הימצאות סוכר בפה היא עששת.
נטען כי פחמימות שמקורן במזון צמחי (בעיקר פירות, ירקות, מעט דגנים וקטניות) אינן מזיקות, בניגוד לפחמימות שמקורן במזון מעובד (פסטות, לחמים, סוכרים מזוקקים, ממתקים ועוד). אולם צריכת פחמימות גבוהה מעבר לצורכי האנרגיה של הגוף, גורמת להשמנה ועלולה לגרום לסכרת[2]. ב-1999 דווח כי בארצות הברית וברוב מדינות המערב כמחצית מכמות הקלוריות שהאדם צורך באות משומנים מרוכזים (רובם מן החי) ומסוכרים מזוקקים שהגוף הופך לשומנים. זו אחת הסיבות המרכזיות להשמנת יתר.[3] דיווחים שפורסמו ב-2015-2016 מצביעים על השפעה ממושכת ומכרעת של תאגידי הסוכר והמשקאות, וחברות קוקה קולה ופפסיקו על הידע המחקרי בנושא נזקי הפחמימות לבריאות ועל הנחיות התזונה, באמצעות קשרי מימון שלא דווחו[4].
ראו גם
קישורים חיצוניים
| מיזמי קרן ויקימדיה |
|---|
 ערך מילוני בוויקימילון: פחמימה |
- הסבר על פחמימות (באנגלית)
- כל כללי IUPAC למתן שמות לפחמימות (באנגלית)
- ארז גרטי, הפחמימות, במדור "מאגר המדע" באתר של מכון דוידסון לחינוך מדעי, 26 ביוני 2011
- מיכל חמרי, די לפחד מפחמימות, באתר ישראל היום, 24 נובמבר 2017
הערות שוליים
- ^ Chapter 1 - The role of carbohydrates in nutrition, www.fao.org
- ^ Akiko Nanri, Tetsuya Mizoue, Kayo Kurotani, Atsushi Goto, Low-Carbohydrate Diet and Type 2 Diabetes Risk in Japanese Men and Women: The Japan Public Health Center-Based Prospective Study, PLoS ONE 10, 2015-02-19 doi: 10.1371/journal.pone.0118377
- ^ ראו ב Underfed and Overfed: The Global Epidemic of Malnutrition מאת Gary T. Gardner, Jane A. Peterson, Brian Halweil בהוצאת Worldwatch Institute הודפס ב-1999
- ^ ראו Sugar Association
| אבות המזון | |
|---|---|
|
| סוגי פחמימות | |||||
|---|---|---|---|---|---|
| גאומטריה מולקולרית | אנומר • מוטרוטציה | ||||
| חד-סוכרים |
| ||||
| דו-סוכרים | איזומלטוז • איזומלטולוז • טורנוז • טרהלוז • לקטוז • לקטולוז • מלטוז • סוכרוז • צלוביוז | ||||
| אוליגו-סוכרים אחרים | מלטודקסטרין • ציקלודקסטרין | ||||
| רב-סוכרים | אינולין • גליקוגן • המיצלולוז • כיטין • סיבים תזונתיים • עמילן (עמילוז • עמילופקטין) • פקטין • תאית | ||||
| קבוצות פונקציונליות | ||
|---|---|---|
| פחמימנים | אלקיל (מתיל, אתיל, פרופיל, בוטיל, פנתיל) • אלקן (ויניל, אליל) • אלקין • קרבן • בנזיל • הלואלקאן • אלן • קומולן • פניל | 
|
| תרכובות חמצן | הידרוקסיל (כוהל) • קרבוניל • קטון • אלדהיד • אציל • קרבונט • חומצה קרבוקסילית • אנהידריד • אסטר • הידרופראוקסיד • פראוקסיד • אתר • המיאצטל • המיקטאל • אצטל • קטאל• חומצה דיקרבוקסילית • אצטיל • אצטוקסי • אקרילואיל • אלקוקסי (מתוקסי) • בנזויל • דיאוקסירן • אפוקסיד • אורתו-אסטר • ינון | |
| תרכובות חנקן | אמין • אמיד • קרבאמאט • אימין • אימיד • אזיד • אזו • ציאנט • איזוציאנט • ציאניד • ניטריל • איזוניטריל • הידרזון • ניטראט • ניטריט • ניטרו • ניטרוסו • אוקסים • פירידין • הידרזון • איזוניטריל • ניטרן | |
| תרכובות זרחן | פוספין • חומצה פוספונית • פוספאט • פוספודיאסטר | |
| תרכובות גופרית | תיול • תיואתר • דיסולפיד • סולפוקסיד • סולפון • חומצה סולפינית • חומצה סולפונית • תיוציאנט • איזותיוציאנט • תיוקטון • תיאל • תיואסטר • סולפונאמיד • פרסולפיד • תיוניל | |
| תרכובות ביוכימיות | חומצת שומן (ח.קרבוקסילית) • חלבון (פולי-אמיד) • פחמימה (קטון או אלדהיד) | |