DISACHARYDY: CHARAKTERYSTYKA, BUDOWA, PRZYKŁADY, FUNKCJE - BIOLOGIA - 2026

W dwucukry są węglowodany, które są zwane także cukry podwójne. Pełnią ważne funkcje w diecie człowieka jako główne źródła energii. Mogą to być rośliny pochodzenia roślinnego, takie jak sacharoza z trzciny cukrowej i obecna maltoza, oraz pochodzenia zwierzęcego, takie jak laktoza obecna między innymi w mleku ssaków.

Węglowodany lub cukry to tak zwane węglowodany lub węglowodany, czyli substancje rozpuszczalne w wodzie złożone z węgla, tlenu i wodoru o ogólnym wzorze chemicznym (CH2O) n.

Przedstawienie struktury disacharydowej laktozy (źródło: Telliott z angielskiej Wikipedii za pośrednictwem Wikimedia Commons)

Węglowodany są najobficiej występującymi w przyrodzie substancjami organicznymi, które występują we wszystkich roślinach. Celuloza stanowiąca strukturę ścian komórkowych roślin jest węglowodanem, podobnie jak skrobie w ziarnach i bulwach.

Występują również we wszystkich tkankach zwierzęcych, takich jak krew i mleko ssaków.

Węglowodany dzieli się na: (1) monosacharydy, których nie można hydrolizować do prostszych węglowodanów; (2) w disacharydach, które po hydrolizie dają dwa monosacharydy; (3) w oligosacharydach, które w wyniku hydrolizy dają 3-10 monosacharydów i (4) w polisacharydach, których hydroliza daje ponad 10 monosacharydów.

Skrobia, celuloza i glikogen to polisacharydy. Disacharydy o fizjologicznym znaczeniu dla ludzi i innych zwierząt to sacharoza, maltoza i laktoza.

Charakterystyka i struktura

Będąc węglowodanami, disacharydy składają się z węgla, tlenu i wodoru. Ogólnie tlen i wodór w strukturze większości węglowodanów są w takiej samej proporcji, jak w wodzie, to znaczy na każdy tlen przypadają dwa wodory.

Dlatego nazywane są „węglowodanami lub węglowodanami”. Chemicznie węglowodany można zdefiniować jako aldehydy polihydroksylowane (R-CHO) lub ketony (R-CO-R).

Aldehydy i ketony mają grupę karbonylową (C = O). W aldehydach ta grupa jest przyłączona do co najmniej jednego wodoru, aw ketonach ta grupa karbonylowa nie jest przyłączona do wodoru.

Disacharydy to dwa monosacharydy połączone wiązaniem glikozydowym.

Disacharydy, takie jak maltoza, sacharoza i laktoza, po podgrzaniu z rozcieńczonymi kwasami lub w wyniku działania enzymatycznego hydrolizują i tworzą ich monosacharydowe składniki. Z sacharozy powstaje glukoza i fruktoza, z maltozy powstają dwie glukozy, a laktoza - galaktoza i glukoza.

Przykłady

Sacharoza

Sacharoza jest cukrem występującym w przyrodzie najliczniej i składa się z cukrów prostych, glukozy i fruktozy. Występuje w sokach z takich roślin, jak buraki, trzcina cukrowa, sorgo, ananas, klon oraz, w mniejszym stopniu, w dojrzałe owoce i sok z wielu warzyw. Ten disacharyd łatwo ulega fermentacji pod wpływem drożdży.

Laktoza

Laktoza lub cukier mleczny składa się z galaktozy i glukozy. Mleko ssaków jest bogate w laktozę i dostarcza składników odżywczych dla niemowląt.

Większość ssaków może trawić laktozę tylko w wieku niemowlęcym i tracą tę zdolność w miarę dojrzewania. W rzeczywistości ludzie, którzy są w stanie trawić produkty mleczne w wieku dorosłym, mają mutację, która im na to pozwala.

Dlatego tak wiele osób nie toleruje laktozy; Ludzie, podobnie jak inne ssaki, nie mieli zdolności trawienia laktozy w okresie niemowlęcym, dopóki ta mutacja nie pojawiła się w niektórych populacjach około 10 000 lat temu.

Obecnie liczba osób nietolerujących laktozy różni się znacznie w zależności od populacji, od 10% w Europie Północnej do 95% w niektórych częściach Afryki i Azji. Tradycyjne diety różnych kultur odzwierciedlają to w ilości spożywanych produktów mlecznych.

Maltoza

Maltoza składa się z dwóch jednostek glukozy i powstaje, gdy enzym amylaza hydrolizuje skrobię obecną w roślinach. W procesie trawienia amylaza ślinowa i amylaza trzustkowa (amylopepsyna) rozkładają skrobię, dając produkt pośredni, którym jest maltoza.

Ten disacharyd jest obecny w syropach z cukru kukurydzianego, cukrze słodowym i kiełkującym jęczmieniu i może być łatwo fermentowany przez działanie drożdży.

Trehaloza

Trehaloza również składa się z dwóch cząsteczek glukozy, takich jak maltoza, ale cząsteczki są połączone inaczej. Występuje w niektórych roślinach, grzybach i zwierzętach, takich jak krewetki i owady.

Cukier we krwi wielu owadów, takich jak pszczoły, koniki polne i motyle, składa się z trehalozy. Używają go jako wydajnej cząsteczki magazynującej, która zapewnia szybką energię do lotu, gdy się rozpada.

Chitobiosa

Składa się z dwóch połączonych cząsteczek glukozaminy. Strukturalnie jest bardzo podobna do celobiozy, z tym wyjątkiem, że ma grupę N-acetyloaminową, w której celobioza ma grupę hydroksylową.

Występuje w niektórych bakteriach i jest używany w badaniach biochemicznych do badania aktywności enzymów.

Występuje również w chitynie, która tworzy ściany grzybów, egzoszkielety owadów, stawonogów i skorupiaków, a także w rybach i głowonogach, takich jak ośmiornice i kałamarnice.

Celobioza (glukoza + glukoza)

Celobioza jest produktem hydrolizy celulozy lub materiałów bogatych w celulozę, takich jak papier czy bawełna. Powstaje przez połączenie dwóch cząsteczek beta-glukozy wiązaniem β (1 → 4)

Laktuloza (galaktoza + fruktoza)

Laktuloza to syntetyczny (sztuczny) cukier, który nie jest wchłaniany przez organizm, ale rozkłada się w okrężnicy na produkty, które wchłaniają wodę w okrężnicy, zmiękczając w ten sposób stolec. Jego głównym zastosowaniem jest leczenie zaparć.

Służy również do obniżania poziomu amoniaku we krwi u osób z chorobami wątroby, ponieważ laktuloza absorbuje amoniak w okrężnicy (eliminując go z organizmu).

Izomaltoza (glukoza + izomaltaza glukozowa)

Trehaluloza to sztuczny cukier, disacharyd złożony z glukozy i fruktozy połączonych wiązaniem alfa (1-1) glikozydowym.

Powstaje podczas produkcji izomaltulozy z sacharozy. W wyściółce jelita cienkiego enzym izomaltaza rozkłada trehalulozę na glukozę i fruktozę, które są następnie wchłaniane w jelicie cienkim. Trehaluloza ma małą siłę wywoływania próchnicy.

Chitobiosa

Jest to powtarzająca się jednostka disacharydowa w chitynie, która różni się od celobiozy jedynie obecnością grupy N-acetyloaminowej na węglu-2 zamiast grupy hydroksylowej. Jednak forma nieacetylowana jest często nazywana chitobiozą.

Laktitol

Jest to krystaliczny alkohol C12H24O11 otrzymywany przez uwodornienie laktozy. Jest to disacharydowy analog laktulozy, stosowany jako substancja słodząca. Jest również środkiem przeczyszczającym i jest stosowany w leczeniu zaparć.

Turanoza

Organiczny związek disacharydów redukujący, który może być używany jako źródło węgla przez bakterie i grzyby.

Melibiosa

Cukier disacharydowy (C12H22O11) powstały w wyniku częściowej hydrolizy rafinozy.

Ksylobioza

Disacharyd składający się z dwóch reszt ksylozy.

Duszący

Disacharyd obecny w soforolipidzie.

Gentiobiosa

Gentiobioza jest disacharydem składającym się z dwóch jednostek D-glukozy połączonych wiązaniem glikozydowym typu β (1 → 6). Gentiobioza ma wiele izomerów różniących się charakterem wiązania glikozydowego łączącego dwie jednostki glukozy.

Leucrose

Jest to glikozylofruktoza składająca się z reszty α-D-glukopiranozylowej połączonej z D-fruktopiranozą wiązaniem (1 → 5). Izomer sacharozy.

Rutyna

Jest to disacharyd obecny w glikozydach.

Caroliniaside A

Oligosacharydy, które zawierają dwie jednostki monosacharydowe połączone wiązaniem glikozydowym.

Wchłanianie

U ludzi połknięte disacharydy lub polisacharydy, takie jak skrobia i glikogen, są hydrolizowane i wchłaniane w jelicie cienkim jako monosacharydy. Połknięte monosacharydy są wchłaniane jako takie.

Na przykład fruktoza biernie przenika do komórek jelitowych i większość z nich jest przekształcana w glukozę przed wejściem do krwiobiegu.

Laktaza, maltaza i sacharaza to enzymy zlokalizowane na granicy światła komórek jelita cienkiego, odpowiedzialne za hydrolizę odpowiednio laktozy, maltozy i sacharozy.

Laktaza jest produkowana przez noworodki, ale w niektórych populacjach nie jest już syntetyzowana przez enterocyty w wieku dorosłym.

W wyniku braku laktazy laktoza pozostaje w jelicie i osmozuje wodę w kierunku światła jelita.Po dotarciu do okrężnicy laktoza jest rozkładana w wyniku fermentacji bakteryjnej w przewodzie pokarmowym z produkcją CO2 i różnych kwasów. Podczas spożywania mleka ta kombinacja wody i CO2 powoduje biegunkę, znaną jako nietolerancja laktozy.

Glukoza i galaktoza są wchłaniane przez wspólny mechanizm zależny od sodu. Po pierwsze, istnieje aktywny transport sodu, który usuwa sód z komórki jelita przez błonę podstawno-boczną do krwi. Obniża to stężenie sodu w komórce jelita, co powoduje powstanie gradientu sodu między światłem jelita a wnętrzem enterocytu.

Kiedy ten gradient jest generowany, uzyskuje się siłę, która doprowadzi sód wraz z glukozą lub galaktozą do komórki. W ścianach jelita cienkiego znajduje się kotransporter Na + / glukoza, Na + / galaktoza (symporter), który zależy od stężenia sodu w wejściu glukozy lub galaktozy.

Im wyższe stężenie Na + w świetle przewodu pokarmowego, tym większy napływ glukozy lub galaktozy. Jeśli nie ma sodu lub jego stężenie w świetle probówki jest bardzo niskie, ani glukoza, ani galaktoza nie będą odpowiednio wchłaniane.

Na przykład w bakteriach takich jak E. Coli, które normalnie pozyskują energię z glukozy, przy braku tego węglowodanu w pożywce mogą stosować laktozę i do tego syntetyzują białko odpowiedzialne za aktywny transport laktozy zwane permeazą laktozy, wchodząc w ten sposób laktoza bez uprzedniej hydrolizy.

cechy

Połknięte disacharydy dostają się do organizmu zwierząt, które spożywają je w postaci cukrów prostych. W organizmie człowieka, głównie w wątrobie, chociaż występuje również w innych narządach, monosacharydy te są włączane w zależności od potrzeb w łańcuchy metaboliczne syntezy lub katabolizmu.

Poprzez katabolizm (rozpad) węglowodany te uczestniczą w produkcji ATP. W procesach syntezy biorą udział w syntezie polisacharydów, takich jak glikogen, tworząc w ten sposób rezerwy energii obecne w wątrobie, mięśniach szkieletowych i wielu innych narządach.

Biorą również udział w syntezie wielu glikoprotein i ogólnie glikolipidów.

Chociaż disacharydy, podobnie jak wszystkie spożywane węglowodany, mogą być źródłem energii dla ludzi i zwierząt, uczestniczą w wielu organicznych funkcjach, będąc częścią struktur błon komórkowych i glikoprotein.

Na przykład glukozamina jest podstawowym składnikiem kwasu hialuronowego i heparyny.

Laktozy i jej pochodnych

Laktoza obecna w mleku i jego pochodnych jest najważniejszym źródłem galaktozy. Galaktoza ma ogromne znaczenie, ponieważ jest częścią cerebrozydów, gangliozydów i mukoprotein, które są niezbędnymi składnikami błon komórkowych neuronów.

Laktoza oraz obecność innych cukrów w diecie sprzyja rozwojowi flory jelitowej, która jest niezbędna do prawidłowego funkcjonowania układu pokarmowego.

Galaktoza uczestniczy również w układzie odpornościowym, ponieważ jest jednym ze składników grupy ABO w ścianie czerwonych krwinek.

Glukoza, produkt trawienia laktozy, sacharozy lub maltozy, może przedostać się do organizmu na szlak syntezy pentoz, zwłaszcza syntezy rybozy niezbędnej do syntezy kwasów nukleinowych.

W roślinach

W większości roślin wyższych disacharydy są syntetyzowane z fosforanu triozy w procesie fotosyntetycznej redukcji węgla.

Rośliny te głównie syntetyzują sacharozę i transportują ją z cytozolu do korzeni, nasion i młodych liści, czyli do obszarów rośliny, które nie wykorzystują w znacznym stopniu fotosyntezy.

W ten sposób sacharoza syntetyzowana w cyklu fotosyntetycznej redukcji węgla oraz ta, która pochodzi z degradacji skrobi syntetyzowanej w procesie fotosyntezy i gromadzonej w chloroplastach, jest dwoma nocnymi źródłami energii dla roślin.

Inną znaną funkcją niektórych disacharydów, zwłaszcza maltozy, jest udział w mechanizmie przekazywania sygnałów chemicznych do motoru wici niektórych bakterii.

W tym przypadku maltoza najpierw wiąże się z białkiem, a następnie kompleks ten wiąże się z przetwornikiem; w wyniku tego wiązania wytwarzany jest sygnał wewnątrzkomórkowy skierowany na aktywność motoryczną wici.

Bibliografia

1. Alberts, B., Dennis, B., Hopkin, K., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M., … Walter, P. (2004). Podstawowa biologia komórki. Abingdon: Garland Science, Taylor & Francis Group.
2. Fox, SI (2006). Human Physiology (9th ed.). Nowy Jork, USA: McGraw-Hill Press.
3. Guyton, A. i Hall, J. (2006). Podręcznik fizjologii medycznej (wyd. 11). Elsevier Inc.
4. Murray, R., Bender, D., Botham, K., Kennelly, P., Rodwell, V., & Weil, P. (2009). Harper's Illustrated Biochemistry (wyd. 28). McGraw-Hill Medical.
5. Rawn, JD (1998). Biochemia. Burlington, Massachusetts: Neil Patterson Publishers.