คาร์โบไฮเดรต (carbohydrate)

คาร์โบไฮเดรต (carbohydrate)

 คาร์โบไฮเดรต (carbohydrate) เป็น สารชีวโมเลกุลที่ทำหน้าที่สะสมพลังงาน ที่พบในชีวิตประจาวันทั่วไปได้แก่ น้าตาล แป้ง เซลลูโลส และไกลโคเจน โดยที่ส่วนใหญ่พบแป้งและเซลลูโลสในพืช ส่วนไกลโคเจนพบในเซลล์เนื้อเยื่อ น้าไขข้อและผนังเซลล์ของสัตว์

คาร์โบไฮเดรต คือสารประกอบพวกพอลิไฮดรอกซีแอลดีไฮด์ (poly hydroxy aldehyde) หรือพอลิไฮดรอกซีคีโตน (polyhydroxy ketone) มีสูตรเอมพิริคัลเป็น Cn(H₂O)m เช่น กลูโคส m = n = 6 จึงมีสูตรโมเลกุลเป็น C₆H₁₂O₆ คา ว่าคาร์โบไฮเดรตยังครอบคลุมไปถึงอนุพันธ์ที่เกิดจากไฮโดรลิซิสและอนุพันธ์ อื่นของสารทั้งสองจาพวกอีกด้วย คาร์โบไฮเดรตพบมากในพืชโดยเกิดผ่านกระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสง (photosynthesis) ประเภทของคาร์โบไฮเดรต แบ่งออกเป็น 3 ประเภท

น้ำตาลชั้นเดียว (Monosaccharide, simple sugar)

เป็น คาร์โบไฮเดรตที่มีโมเลกุลเล็กที่สุด ร่างกายไม่สามารถย่อยให้เล็กลงกว่านี้ได้อีก เมื่อรับประทานเข้าไปสามารถ ดูดซึมได้ทันที น้ำตาลชั้นเดียวทีสำคัญคือน้ำตาลเฮกโซส (hexose) ซึ่งมี 3 ชนิด คือ

§ กลูโคส (glucose) มี อยู่ในธรรมชาติทั่วไป ในพืช ผัก ผลไม้ องุ่น ข้าวโพด น้ำผึ้ง ทางการแพทย์ใช้กลูโคสเป็นแหล่งพลังงานที่ต้องการใช้อย่างรวดเร็ว เช่น ในคนป่วยที่อ่อนแอ น้ำตาลกลูโคสเป็นน้ำตาลชนิดเดียวในกระแสเลือดของมนุษย์ที่ได้จากการ ย่อยคาร์โบไฮเดรตจึงเรียกว่า น้ำตาลในเลือด (blood sugar) กลูโคส จัดเป็นคาร์โบไฮเดรตที่ธรรมดาที่สุด ใช้ในกระบวนการหายใจ อาจกล่าวได้ว่าคาร์โบไฮเดรตเป็นสารอาหารหลักในการจัดหาพลังงานให้สิ่งมี ชีวิตได้ อย่างไรก็ตามทั้งๆที่กลูโคสเป็นแหล่งพลังงานเบื้องต้น แต่สัตว์ มีการสะสมคาร์โบไฮเดรตเล็กน้อยเท่านั้น คือสะสมไกลโคเจนไว้ในตับ และกล้ามเนื้อด้วยปริมาณจำกัด ถ้ามีการออกกำลังมากไกลโคเจนที่สะสมไว้จากอาหารที่รับประทานจะหมดไป เซลล์จำนวนมากใช้ไขมันและโปรตีน ในการสร้างพลังงานได้ อย่างไรก็ดี เนื้อเยื่อประสาทใช้กลูโคสอย่างเดียวเท่านั้น ในสัตว์เพื่อให้น้ำตาลกลูโคสมีอยู่ตลอดเวลา จำเป็นต้องเปลี่ยนโมเลกุลของไขมันและโปรตีนเป็นคาร์โบไฮเดรตได้

§ ฟรุกโทส (fructose) มีรสหวานกว่าน้ำตาลชนิดอื่น พบในเกสรดอกไม้ ผลไม้ ผัก น้ำผึ้ง กากน้ำตาล ปนอยู่ในกลูโคส ในร่างกายได้จากการย่อยน้ำตาลทราย

§ กาแลกโทส (galactose) ไม่เกิดในรูปอิสระในธรรมชาติ ได้จากการย่อยแลกโทส หรือน้ำตาลนม ซึ่งมีอยู่ในอาหารพวกนม และผลิตผลของนมทั่วๆไป

น้ำตาลสองชั้น (Disaccharide, double sugar) เป็นน้ำตาลที่ได้จากการรวมน้ำตาลชั้นเดียว 2 โมเลกุล เมื่อกินน้ำตาล 2 ชั้นเข้าไป ต้องถูกย่อยโดยเอนไซม์ ในทางเดินอาหารได้น้ำตาลชั้นเดียวก่อนจึงจะดูดซึมได้ คาร์โบไฮเดรตประเภทนี้ที่สำคัญคือ

 

§ ซูโครสหรือน้ำตาลทราย (sucrose) เป็นน้ำตาลที่เรารับประทานกัน มากกว่าคาร์โบไฮเดรตอื่นๆ พบว่าคนไทยบริโภคน้ำตาลประมาณคนละ 10 ก . ก . / ปี ใช้ประกอบอาหารเกือบทุกชนิด เตรียมได้จากอ้อยและหัวบีท เมื่อซูโครสแตกตัวหรือถูกย่อยจะให้น้ำตาลกลูโคสกับฟรุกโทสอย่างละ 1 โมเลกุล

§ มอลโทส (moltose) ไม่เกิดในรูปอิสระในธรรมชาติได้จากการย่อยแป้งในเมล็ดข้าวที่กำลังงอกจะมีเอนไซม์จะย่อยมอลโทส ให้เป็นกลูโคส 2 โมเลกุล

§ แลกโทส (lactose) ไม่ พบในพืช มีอยู่ในน้ำนม เรียกว่า น้ำตาลนม แลกโทสต่างกับน้ำตาลสองชั้นตัวอื่นที่ว่า มีความหวานน้อยกว่า ละลายน้ำได้น้อยกว่า ย่อยได้ช้ากว่าและบูด (ferment) ได้ยากกว่าซูโครส และมอลโทส เมื่อย่อยจะให้กลูโคส กับกาแลกโทส อย่างละ 1 โมเลกุล

น้ำตาลหลายชั้น หรือพวกไม่ใช่น้ำตาล (polysaccharide)

เป็นคาร์โบไฮเดรตโมเลกุลใหญ่และซับซ้อน ประกอบด้วยน้ำตาลชั้นเดียวเป็นจำนวนมาก มารวมกัน ไม่มีรสหวาน ที่สำคัญ คือ 

                             1. แป้ง (starch) เป็น คาร์โบไฮเดรตที่พบในพืช สะสมอยู่ในเมล็ด ราก หัว ลำต้น เมล็ดเป็นแหล่งธัญพืชสำคัญ โมเลกุลของแป้งเกิดจากน้ำตาลกลูโคสต่อกันเป็นจำนวนมากในรูปที่เป็นเส้นตรง อะมิโลส (amylose) และกิ่งก้านอะมิโลเพกทิน (amylopectin) เมื่อแป้งถูกย่อยถึงขั้นสุดท้ายจะได้น้ำตาลกลูโคส        
                             2. ไกลโคเจน (glycogen) เป็น น้ำตาลหลายชั้น พบในตับ และกล้ามเนื้อสัตว์ บางทีเรียกว่า แป้งสัตว์ มีส่วนประกอบคล้ายแป้ง แต่มีกิ่งก้านมากกว่า เมื่อแตกตัวออกจะได้กลูโคส ไม่พบในพืช

                             3. เดกซ์ทริน (dextrin) ได้ จากการย่อยแป้ง อาหารที่มีเดกซ์ทรินอยู่บ้าง ได้แก่ น้ำผึ้ง โดยมากปนอยู่กับคาร์โบไฮเดรตอย่างอื่น เดกซ์ทรินเมื่อแตกตัว หรือถูกย่อยต่อไปจะให้มอลโทส และท้ายที่สุดจะให้กลูโคส แป้ง เดกซ์ทริน มอลโทส กลูโคส

4. เซลลูโลส (cellulose) บาง ทีเรียกว่าใยหรือกาก เป็นส่วนประกอบสำคัญของเซลล์พืช มีมากในใบ ก้าน เปลือก คนไม่สามารถย่อยเซลลูโลสได้ ช่วยป้องกันท้องผูก สัตว์พวกวัว ควาย มีเอนไซม์ที่ย่อยเซลลูโลสได้ เซลลูโลสเมื่อย่อยจะแตกตัวออก ให้น้ำตาลกลูโคส คาร์โบไฮเดรตมักรวมกับโปรตีน เป็นสารประกอบอื่น เช่น มิวซิน (mucin) คอลลาเจน (collagen) และอินเตอร์เฟอรอน (interferon) มิ วซินพบมากในสารที่ใช้ป้องกัน เช่น ในน้ำลาย ไข่ขาว และระบบหายใจ ในสัตว์หลายชนิดรวมทั้งคนด้วย ส่วนคอลลาเจนพบในเนื้อเยื่อเกี่ยวพัน จึงพบได้ทั่วร่างกาย สำหรับอินเตอร์เฟอรอน เป็นสารที่ช่วยลดไวรัส ที่บุกรุกเข้าไปในเซลล์ นอกจากนี้สารประกอบระหว่างคาร์โบไฮเดรตและโปรตีนตัวอื่นๆยังมีอีกหลายชนิด

หน้าที่ และประโยชน์ของคาร์โบไฮเดรต

ให้พลังงานและความร้อน คาร์โบไฮเดรตเป็นบ่อเกิดของพลังงานที่มีราคาถูกที่สุด คาร์โบไฮเดรตทุกชนิดไม่ว่าจะเป็นน้ำตาลชั้นเดียว น้ำตาลสองชั้น หรือแป้งให้ พลังงานเท่ากันหมด คือ 1 กรัมให้พลังงาน 4 แคลอรี ยกเว้นเซลลูโลสที่ดูดซึมไม่ได้

ช่วยให้ไขมันเผาไหม้สมบูรณ์ ไขมันในร่างกายจะเผาไหม้ไม่สมบูรณ์ ถ้ารับประทานคาร์โบไฮเดรตไม่พอ ทำให้เกิดสารที่เป็นโทษแก่ร่างกายขึ้นในเลือดและ ในปัสสาวะ (ketone bodies) ซึ่ง ถ้าเป็นเช่นนี้นานๆในรายที่เป็นเบาหวานขั้นรุนแรง จะทำให้ความเป็นกรดด่างของร่างกายเปลี่ยนไป ร่างกายมีความเป็นกรดมากไปอวัยวะต่างๆทำงานผิดปกติ อาจรุนแรงถึงขั้นหมดสติ และตายได้

ช่วยสงวนหรือประหยัดการใช้โปรตีนในร่างกาย ถ้าร่างกายได้ พลังงานจากคาร์โบไฮเดรต และไขมันไม่เพียงพอ ร่างกายจะนำโปรตีนมาเผาผลาญให้เกิดพลังงาน ซึ่งเป็นการไม่ประหยัด เพราะโปรตีนเป็นสารอาหารที่มีราคาแพง ควรสงวนไว้ใช้ประโยชน์ในการเสริมสร้างและซ่อมแซมร่างกาย ซึ่งสารอาหารอื่นทำแทนไม่ได้

ช่วยขับถ่าย เซลลูโลสช่วยกระตุ้นในการทำงานของลำไส้ และ ป้องกันการท้องผูกและปัจจุบันเชื่อกันว่าช่วยป้องกันการเกิดมะเร็งที่ทวาร หนักได้ แลกโทสเป็นอาหารที่เหมาะกับการเจริญเติบโตของแบคทีเรีย ที่ทำให้เกิดกรดในลำไส้ของทารกการเกิดกรด ดังกล่าวนี้ช่วยการ ดูดซึมของแคลเซียมทำให้ทารกเจริญเติบโตได้ดี เดกซ์ทรินเป็นอาหารที่เหมาะแก่แบคทีเรียในลำไส้ใหญ่ แบคทีเรียพวกนี้ใช้พลังงานจากเดกซ์ทรินในการสังเคราะห์วิตามินบีต่างๆ ซึ่งเป็นประโยชน์ต่อร่างกาย

ช่วยรักษาสภาพ สภาวะน้ำตาลในเลือดให้คงที่ คือ 70-100 มิลลิกรัมต่อเลือด 100 มิลลิลิตร ทำงานปกติ เช่นคนปกติระดับน้ำตาลในเลือดคงที่ถ้าระดับน้ำตาลในเลือดสูงผิดปกติ เป็นอาการของโรคเบาหวาน ถ้าต่ำผิดปกติทำให้เกิดอาการชักหรือช็อกหรือหมดสติ ทั้งนี้เพราะกลูโคสเป็นอาหารสำคัญของเซลล์ และเนื้อเยื่อในสมอง เซลล์ของสมองต่างจากเซลล์อื่นในร่างกายที่ว่าใช้กลูโคสได้อย่างเดียวเป็นบ่อ เกิดของพลังงาน ไม่อาจใช้ไขมันมาเผาผลาญให้พลังงานเหมือนเซลล์อื่นได้ ดังนั้นถ้าน้ำตาลไปเลี้ยงสมองไม่พอจะทำให้เกิดอาการช็อก หรือหมดสติได้ ระดับน้ำตาลในเลือดยังช่วยควบคุมการบริโภคอาหารของมนุษย์ ถ้าระดับน้ำตาลใน เส้นเลือดแดงสูงกว่าในเส้นเลือดดำมากแสดงว่ามีคาร์โบไฮเดรตที่ร่างกายใช้ ประโยชน์ได้อยู่เป็นจำนวนมาก (vailable หรือ utilization) จะ รู้สึกอิ่ม แต่ถ้าระดับน้ำตาลในเส้นเลือดแดงต่ำเกือบเท่าเส้นเลือดดำ แสดงว่ามีคาร์โบไฮเดรตที่ใช้ได้น้อย หรือเก็บไว้น้อยในร่างกาย จะทำให้รู้สึกหิว (hunger)

ช่วยทำลายพิษของสารบางอย่าง สารเคมีบางอย่างเข้าไปในร่างกายโดยบังเอิญ หรือติดไปกับอาหาร เมื่อไปที่ตับ ตับจะกำจัดสารพิษโดยทำปฎิกิริยากับสารพวกคาร์โบไฮเดรตให้กลายเป็นสารที่ไม่ มีพิษ ช . คาร์โบไฮเดรตที่เหลือใช้ในร่างกาย สามารถเปลี่ยนไปเป็นไขมัน และกรดอะมิโนที่ไม่จำเป็นแก่ร่างกาย

อาหารพวกคาร์โบไฮเดรต ยังให้ประโยชน์อย่างอื่น เช่น เมล็ดข้าวมีวิตามินบี ซึ่งเป็นประโยชน์แก่ร่างกาย ในสัตว์บางพวกมีเอนไซน์เปลี่ยนกลูโคสให้เป็นวิตามินซี ไม่ต้องอาศัยวิตามินซีจากอาหาร อาหารคาร์โบไฮเดรตบางตัวเมื่อหุงต้มช่วยแต่ง กลิ่น รส และสี ให้สารอื่น เช่น น้ำตาลไหม้ (caramel) ใช้เป็นสารปรุงแต่งอาหารได้ ไกลโคไซด์ (glycoside) ซึ่ง เป็นสารที่มีคาร์โบไฮเดรตในโมเลกุล และมีอยู่ในพืชหลายชนิดนั้นนำมาใช้เป็นยา และสาร แต่งรสอาหารให้หวานได้ ปัจจุบันกำลังมีการวิจัยใช้สารพวกไกลโคไซด์ เป็นสารแต่งรสอาหารให้หวานแทนน้ำตาลเทียมพวกไซคลาเมท (cyclamate) ซึ่งสงสัยกันว่าเป็นพิษต่อร่างกาย และ ไม่ควรใช้กับอาหาร

 IUPAC-IUBMB Joint Commission on Biochemical Nomenclature (JCBN) : Carbohydrate Nomenclature