פחמימות וחומרי תשמורת

הפחמימות בנויות מהאטומים של היסודות פחמן – C, מימן – H וחמצן – O. החומרים שבקבוצה זו נקראים גם סוכרים. מולקולות הסוכר הקטנות ביותר נקראות חד-סוכרים, מהן ניתן לבנות מולקולות דו-סוכר, הבנויות משתי מולקולות של חד-סוכר, ומולקולות רב-סוכר, הבנויות ממאות של מולקולות חד-סוכרים חבורות יחדיו. מולקולות החד-סוכר מהוות את "יחידות הבניין" שמהן בנויים הסוכרים השונים.

הסוכר הרגיל הוא סוג של פחמימה, ושמו המדעי הוא סוכרוז. בפירות רבים יש סוכרים, שאינם זהים לסוכר הלבן. ענבים מכילים סוכר המכונה "סוכר-ענבים", או בשמו המדעי גלוקוז. ישנם עוד פרות אחרים המכילים גלוקוז, וישנם פרות המכילים שונה מסוכר-הענבים, הנקרא פרוקטוז. החלב, אף-על-פי טעמו הלא-מתוק, מכיל גם הוא סוכר – "סוכר החלב", או בשמו המדעי "לקטוז". המשקה המכונה "בירה שחורה" מכיל דו-סוכר אחר השכיח גם הוא בטבע, בשם מלטוז.

הגלוקוז הוא חד-הסוכר הנפוץ ביותר בטבע, ובו משתמשים יצורים חד-תאיים, צמחים ובעלי-חיים כמקור עיקרי לאנרגיה. רק הצמחים, מכל סוגי האורגניזמים בעולם החי, יכולים לייצר גלוקוז בעצמם. כל שאר התאים החיים בטבע חייבים לקבל גלוקוז מוכן כחלק ממזונם.

הפחמימות הן המקור העיקרי והמיידי לאנרגיה הכימית הדרושה לתאים, לשם ביצוע פעולותיהם השונות החיוניות לקיומם. כל הפעולות האלה צורכות אנרגיה, ואת רוב האנרגיה הזאת מפיקים התאים בעיקר מפחמימות.

חד-סוכרים ודו-סוכרים מסיסים במים, ובעלי טעם מתוק. לעומתם, הרב-סוכרים אינם מסיסים כלל במים וטעם אינם מתוק כלל. מולקולות החד-סוכר יכולות לעבור דרך קרומי התא, אך לעומתן, מולקולות הדו-סוכר והרב-סוכר אינן יכולות לעבור דרך קרומי התא, ועליהן לעבור תהליכי פירוק בטרם יעברו אל הסביבה התוך-תאית. תפקידם העיקרי של הסוכרים הוא בהספקת אנרגיה לתהליכי החיים בתא.

לחם ומאכלי בצק שונים, עוגות, פיצה וכל סוגי הפסטה, מכינים מקמח. הקמח מכיל עמילן. העמילן הוא רב-סוכר מקבוצת הפחמימות. למעשה, הקמח הוא כמעט כל-כולו עשוי עמילן. תפוחי אדמה, אורז, תירס ועוד עשירים מאוד בעמילן. עמילן הוא רב-סוכר הנוצר על-ידי צמחים רבים, ומגיע אל תאי גופם של היצורים החיים שאוכלים את אותם צמחים. עמילן אינו רב-הסוכר היחיד בטבע, אך הוא השכיח ביותר במזון.

הרב-סוכר השכיח ביותר בטבע הוא חומר בשם תאית, או בשמו המדעי "צלולוז". התאית נמצאת בדפנות התאים של כל הצמחים, אך היא אינה מהווה מזון לאדם, משום שמערכת העיכול שלנו לא מסוגלת לפרק אותה. לכאורה, אין מחסור בפחמימות בעולמנו, וכל הצמחים, החל מהפרח הקטן ביותר וכלה בעץ העצום ביותר מכילים כמויות עצומות של תאית. אולם, מערכת העיכול שלנו המסוגלת לעכל עמילן, אינה מסוגלת לעכל את התאית ולנצל אותה למקור אנרגיה. אילו יכולנו לעכל את התאית, לא היו אנשים רעבים על כדור-הארץ. לעומת זאת, מיקרואורגניזמים רבים, כמו חיידקים, כן מסוגלים לפרק את התאית ומפיקים ממנה תועלת רבה.

לא כל סוכר המגיע לתא מנוצל מיד כמקור לאנרגיה. לסוכרים יש תפקידים נוספים. סוכרים מסוימים קשורים לחלבונים שבקרומי התא ומשמשים כחיישנים הממלאים תפקיד חשוב בזיהוי חומרים וגופים שונים הבאים במגע עם התא. בגופם של בעלי החיים, בעיקר בתאי הכבד ובשרירים, נמצא חומר תשמורת מקבוצת הרב-סוכרים המכונה גליקוגן. הגליקוגן נוצר בתאים מהחד-סוכר גלוקוז ונשמר בהם. כאשר השרירים זקוקים לגלוקוז כמקור מהיר לאנרגיה, מתפרק הגליקוגן שנאגר בשרירים או בכבד לאנרגיה זמינה בצורת גלוקוז.

צמחים רבים מייצרים עמילן ואוגרים אותו באיברי אגירה מיוחדים. חלקם אוגרים בשורשיהם דו-סוכרים כמו סוכרוז, וחלקם אוגרים בשורשיהם, בפקעות או בזרעים עמילן וחד-סוכרים אחרים. לדוגמא: זרע של חיטה או אורז, יכול לנבוט באופן עצמאי ולספק לעצמו אנרגיה בזכות תהליך הפירוק של העמילן לגלוקוז.