ДИСАХАРИДИ: ХАРАКТЕРИСТИКИ, СТРУКТУРА, ПРИКЛАДИ, ФУНКЦІЇ - БІОЛОГІЯ - 2025

Ці дисахариди є вуглеводами , які є також званими подвійними цукрами. Вони виконують важливі функції в харчуванні людини як основні джерела енергії. Вони можуть бути рослинного походження, такі як сахароза цукрового очерету та мальтоза, а також тваринного походження, наприклад, лактоза, присутня в молоці ссавців.

Вуглеводи або цукри - це так звані вуглеводи або вуглеводи, які є водорозчинні речовини, що складаються з вуглецю, кисню та водню із загальною хімічною формулою (CH2O) n.

Представлення структури дисахариду лактози (Джерело: Telliott в англійській Вікіпедії через Wikimedia Commons)

Вуглеводи - найпоширеніші органічні речовини в природі і присутні у всіх рослин. Целюлоза, що становить структуру клітинних стінок рослин, є вуглеводом, як крохмалі в зернах і бульбах.

Вони також містяться у всіх тканинах тварин, таких як кров і молоко ссавців.

Вуглеводи класифікуються на: (1) моносахариди, які неможливо гідролізувати до більш простих вуглеводів; (2) у дисахаридах, які при гідролізу утворюють два моносахариди; (3) в олігосахаридах, які дають 3-10 моносахаридів гідролізом та (4) в полісахаридах, гідроліз яких призводить до більш ніж 10 моносахаридів.

Крохмаль, целюлоза та глікоген є полісахаридами. Дисахариди фізіологічного значення для людини та інших тварин - це сахароза, мальтоза та лактоза.

Характеристика та структура

Будучи вуглеводами, дисахариди складаються з вуглецю, кисню та водню. Взагалі кисень і водень у структурі більшості вуглеводів знаходяться в тій же пропорції, що і у воді, тобто на кожен кисень припадає два водню.

Ось чому їх називають "вуглеводи або вуглеводи". Хімічно вуглеводи можна визначити як полігідроксильовані альдегіди (R-CHO) або кетони (R-CO-R).

Альдегіди та кетони мають карбонільну групу (C = O). В альдегідів ця група приєднана щонайменше до одного водню, а в кетонах ця карбонільна група не приєднана до водню.

Дисахариди - це два моносахариди, пов’язані глікозидною зв'язком.

Дисахариди, такі як мальтоза, сахароза та лактоза, піддаючись нагріванню розрідженими кислотами або ферментативною дією, гідролізують і дають моносахаридні компоненти. Сахароза спричиняє глюкозу та фруктозу, мальтоза дає дві глюкози, а лактозу - галактозу та глюкозу.

Приклади

Сахароза

Сахароза є найпоширенішим цукром у природі і складається з моносахаридів глюкози та фруктози, вона міститься в соках таких рослин, як буряк, цукровий очерет, сорго, ананас, клен і меншою мірою в стиглі фрукти і сік багатьох овочів. Цей дисахарид легко бродить під дією дріжджів.

Лактоза

Лактоза, або молочний цукор, складається з галактози та глюкози. Молоко ссавців містить багато лактози і забезпечує поживні речовини для немовлят.

Більшість ссавців можуть перетравлювати лактозу лише немовлятами, і вони втрачають цю здатність у процесі дозрівання. Насправді у людей, які здатні перетравлювати молочні продукти в зрілому віці, є мутація, яка дозволяє їм це робити.

Ось чому стільки людей мають непереносимість лактози; Люди, як і інші ссавці, не мали можливості перетравлювати лактозу в грудному віці, поки ця мутація не стала присутньою у певних популяціях приблизно 10 000 років тому.

Сьогодні кількість людей, що страждають на непереносимість лактози, дуже різниться між населеннями, коливаючись від 10% у Північній Європі до 95% у частинах Африки та Азії. Традиційні дієти різних культур відображають це в кількості споживаних молочних продуктів.

Мальтоза

Мальтоза складається з двох одиниць глюкози і утворюється, коли фермент амілаза гідролізує крохмаль, присутній у рослинах. У процесі травлення слюнна амілаза та панкреатична амілаза (амілопепсин) розщеплюють крохмаль, даючи проміжний продукт - мальтозу.

Цей дисахарид присутній у сиропах кукурудзяного цукру, солодному цукрі та пророщеному ячмені і може легко ферментуватися дією дріжджів.

Трегалоза

Трегалоза також складається з двох молекул глюкози, як мальтоза, але молекули пов'язані по-різному. Він міститься в певних рослинах, грибах та тваринах, як креветки та комахи.

Цукор крові багатьох комах, таких як бджоли, коники та метелики, складається з трегалози. Вони використовують його як ефективну молекулу зберігання, яка забезпечує швидку енергію для польоту, коли вона руйнується.

Хитобіоза

Він складається з двох пов'язаних молекул глюкозаміну. Структурно він дуже схожий на целобіозу, за винятком того, що він має N-ацетиламиногруппу, де целобіоза має гідроксильну групу.

Він міститься в деяких бактеріях, і його використовують у біохімічних дослідженнях для вивчення активності ферментів.

Він також міститься в хітині, який утворює стінки грибів, екзоскелети комах, членистоногих та ракоподібних, а також у риб та головоногих, таких як восьминога та кальмари.

Целобіоза (глюкоза + глюкоза)

Целобіоза - це продукт гідролізу целюлози або багатих на целюлозу матеріалів, таких як папір або бавовна. Він утворюється приєднанням двох молекул бета-глюкози β-зв’язком (1 → 4)

Лактулоза (галактоза + фруктоза)

Лактулоза - це синтетичний (штучний) цукор, який не засвоюється організмом, а швидше розпадається в товстій кишці на продукти, які поглинають воду в товстій кишці, пом’якшуючи таким чином стілець. Основне його використання - це лікування запорів.

Він також використовується для зниження рівня аміаку в крові у людей з захворюваннями печінки, оскільки лактулоза поглинає аміак в товстій кишці (виводячи її з організму).

Ізомалтоза (глюкоза + глюкоза Ізомальтаза)

Трегалулоза - це штучний цукор, дисахарид, що складається з глюкози та фруктози, пов'язаних альфа (1-1) глікозидною зв'язком.

Він виробляється під час виробництва ізомальтулози із сахарози. В оболонці тонкої кишки фермент ізомальтаза розщеплює трегалулозу на глюкозу та фруктозу, які потім всмоктуються в тонкому кишечнику. Трегалулоза має низьку потенцію викликати руйнування зубів.

Хитобіоза

Це дисахаридний повторюваний блок в хітині, який відрізняється від целобіози лише наявністю N-ацетиламиногрупи на вуглеці-2 замість гідроксильної групи. Однак неацетильовану форму часто називають хітобіозою.

Лактитол

Це кристалічний спирт C12H24O11, отриманий гідруванням лактози. Це дисахаридний аналог лактулози, що використовується як підсолоджувач. Він також є проносним і застосовується для лікування запорів.

Тураноз

Відновлююча дисахаридна органічна сполука, яка може бути використана як джерело вуглецю бактеріями та грибами.

Мелібіоза

Дисахаридний цукор (C12H22O11), утворений частковим гідролізом рафінози.

Ксилобіоза

Дисахарид, що складається з двох залишків ксилози.

Задушливі

Дисахарид, присутній у софороліпіді.

Гентіобіоза

Гентіобіоза - дисахарид, що складається з двох одиниць D-глюкози, пов'язаних глікозидною зв'язкою типу β (1 → 6). У гентіобіози є багато ізомерів, які відрізняються за характером глікозидної зв’язки, що з'єднує дві одиниці глюкози.

Лейкроза

Це глікозильфруктоза, що складається з α-D-глюкопіранозильного залишку, пов'язаного з D-фруктопіранозою через зв'язок (1 → 5). Ізомер сахарози.

Рутинна

Це дисахарид, присутній у глікозидах.

Каролініязид А

Олігосахариди, які містять дві моносахаридні одиниці, пов'язані глікозидною зв'язком.

Поглинання

У людини, що приймається дисахариди або полісахариди, такі як крохмаль і глікоген, гідролізуються і абсорбуються як моносахариди в тонкому кишечнику. Поглинені моносахариди поглинаються як такі.

Наприклад, фруктоза пасивно дифундує в клітину кишечника і більшість перетворюється на глюкозу перед надходженням у кров.

Лактаза, мальтаза та сукраза - це ферменти, розташовані на просвітницькій межі клітин тонкої кишки, що відповідають за гідроліз відповідно лактози, мальтози та сахарози.

Лактаза виробляється новонародженими немовлятами, але в деяких популяціях вона вже не синтезується ентероцитами протягом дорослого життя.

Як наслідок відсутності лактази, лактоза залишається в кишечнику і відтягує воду шляхом осмосу до кишкового просвіту. Потрапляючи в товсту кишку, лактоза руйнується шляхом бродіння бактеріями в травному тракті з виробництвом СО2 та різних кислот. Під час споживання молока ця комбінація води та CO2 викликає діарею, і це відомо як непереносимість лактози.

Глюкоза та галактоза поглинаються загальним залежним від натрію механізмом. По-перше, відбувається активний транспорт натрію, який виводить натрій з клітини кишечника через базолатеральну мембрану в кров. Це знижує концентрацію натрію всередині клітини кишечника, що створює градієнт натрію між просвітом кишечника та внутрішньою частиною ентероциту.

Коли цей градієнт генерується, отримується сила, яка введе натрій разом з глюкозою або галактозою в клітину. У стінках тонкої кишки є котранспортер Na + / глюкоза, Na + / галактоза (симпортер), який залежить від концентрації натрію для введення глюкози або галактози.

Чим вище концентрація Na + в просвіті травного тракту, тим більший приплив глюкози або галактози. Якщо натрію немає або його концентрація в просвіті пробірки дуже низька, ні глюкоза, ні галактоза не будуть адекватно поглинені.

Наприклад, у бактерій, таких як E. Coli, які зазвичай отримують свою енергію з глюкози, за відсутності цього вуглеводу в середовищі вони можуть використовувати лактозу, і для цього вони синтезують білок, відповідальний за активний транспорт лактози під назвою лактозна пермеза, вступаючи таким чином лактоза без попереднього гідролізу.

Особливості

Поглинена дисахариди потрапляють в організм тварин, які споживають їх як моносахариди. В організмі людини, головним чином, в печінці, хоча це трапляється і в інших органах, ці моносахариди за необхідності інтегруються в ланцюги метаболізму синтезу чи катаболізму.

Через катаболізм (розпад) ці вуглеводи беруть участь у виробництві АТФ. У процесах синтезу вони беруть участь у синтезі полісахаридів, таких як глікоген, і таким чином утворюють запаси енергії, присутні в печінці, в скелетних м’язах та багатьох інших органах.

Вони також беруть участь у синтезі багатьох глікопротеїнів та гліколіпідів загалом.

Хоча дизахариди, як і всі поглинуті вуглеводи, можуть бути джерелом енергії для людини та тварин, вони беруть участь у численних органічних функціях, будучи частиною структур клітинних мембран та глікопротеїнів.

Наприклад, глюкозамін є основним компонентом гіалуронової кислоти та гепарину.

Лактоза та її похідні

Лактоза, присутня в молоці та його похідних, є найважливішим джерелом галактози. Галактоза має велике значення, оскільки входить до складу цереброзидів, гангліозидів та мукопротеїнів, які є основними складовими клітинних мембран нейронів.

Лактоза та наявність інших цукрів у раціоні сприяє розвитку кишкової флори, що має важливе значення для травної функції.

Галактоза також бере участь в імунній системі, оскільки є одним із компонентів групи АВО в стінці еритроцитів.

Глюкоза, продукт перетравлення лактози, сахарози або мальтози, може потрапити в організм на шлях синтезу пентоз, особливо синтезу рибози, необхідного для синтезу нуклеїнових кислот.

У рослинах

У більшості вищих рослин дисахариди синтезуються з триозного фосфату з циклу фотосинтетичного відновлення вуглецю.

Ці рослини в основному синтезують сахарозу і транспортують її від цитозолу до коріння, насіння та молодого листя, тобто до ділянок рослини, які не використовують фотосинтез істотно.

Таким чином, сахароза, синтезована циклом фотосинтетичного відновлення вуглецю, та та, яка бере початок від деградації крохмалю, синтезованого фотосинтезом та накопиченого в хлоропластах, є двома нічними джерелами енергії для рослин.

Ще одна відома функція деяких дисахаридів, особливо мальтози, полягає у участі в механізмі трансдукції хімічних сигналів до джгутикового мотора деяких бактерій.

У цьому випадку мальтоза спочатку зв'язується з білком, а цей комплекс потім зв'язується з перетворювачем; в результаті цього зв’язування виробляється внутрішньоклітинний сигнал, спрямований на рухову активність джгутика.

Список літератури

1. Alberts, B., Dennis, B., Hopkin, K., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M., … Walter, P. (2004). Основна клітинна біологія. Абінгдон: Гарленд Наук, Тейлор і Френсіс Груп.
2. Фокс, С.І. (2006). Фізіологія людини (9-е видання). Нью-Йорк, США: McGraw-Hill Press.
3. Гайтон, А., Холл, Дж. (2006). Підручник з медичної фізіології (11-е видання). Elsevier Inc.
4. Murray, R., Bender, D., Botham, K., Kennelly, P., Rodwell, V., & Weil, P. (2009). Ілюстрована біохімія Харпера (28 вид.). McGraw-Hill Medical.
5. Rawn, JD (1998). Біохімія. Берлінгтон, Массачусетс: Видавництво Ніла Паттерсона.