ДИЗАХАРИДИ: ХАРАКТЕРИСТИКИ, СТРУКТУРА, ПРИМЕРИ, ФУНКЦИИ - БИОЛОГИЯ - 2024

На дизахаридите са въглехидрати, които са наричани още двойни захари. Те имат важни функции в диетата на човека като основни източници на енергия. Те могат да бъдат от растителен произход, като захарозата на захарната тръстика и наличната малтоза, както и от животински произход, като лактозата, присъстваща в млякото на бозайниците.

Въглехидратите или захарите са така наречените въглехидрати или въглехидрати, които са водоразтворими вещества, съставени от въглерод, кислород и водород с общата химическа формула (CH2O) n.

Представяне на структурата на дизахарида лактоза (Източник: Telliott в английската Wikipedia чрез Wikimedia Commons)

Въглехидратите са най-разпространените органични вещества в природата и присъстват във всички растения. Целулозата, която представлява структурата на растителните клетъчни стени, е въглехидрат, подобно на нишестетата в зърна и грудки.

Те се намират и във всички животински тъкани, като кръвта и млякото на бозайниците.

Въглехидратите се класифицират в: (1) монозахариди, които не могат да бъдат хидролизирани в по-прости въглехидрати; (2) в дизахариди, които при хидролизиране произвеждат два монозахарида; (3) в олигозахариди, които дават 3-10 монозахариди чрез хидролиза и (4) в полизахариди, чиято хидролиза води до повече от 10 монозахариди.

Нишестето, целулозата и гликогенът са полизахариди. Дисахаридите с физиологично значение при хора и други животни са захароза, малтоза и лактоза.

Характеристики и структура

Като въглехидрати, дизахаридите се състоят от въглерод, кислород и водород. Като цяло кислородът и водородът в структурата на повечето въглехидрати са в същото съотношение, колкото са във вода, тоест за всеки кислород има два водорода.

Ето защо те се наричат ​​„въглехидрати или въглехидрати“. Химически въглехидратите могат да бъдат определени като полихидроксилирани алдехиди (R-CHO) или кетони (R-CO-R).

Алдехидите и кетоните имат карбонилна група (С = О). В алдехидите тази група е свързана с поне един водород и в кетоните тази карбонилна група не е свързана с водород.

Дизахаридите са два монозахарида, свързани чрез гликозидна връзка.

Дизахаридите като малтоза, захароза и лактоза, когато са подложени на нагряване с разредени киселини или чрез ензимно действие, хидролизират и водят до техните монозахаридни компоненти. Захарозата поражда глюкоза и фруктоза, малтозата поражда две глюкоза, а лактозата - галактоза и глюкоза.

Примери

захароза

Захарозата е най-разпространената захар в природата и се състои от монозахаридите глюкоза и фруктоза.Намира се в соковете на растения като цвекло, захарна тръстика, сорго, ананас, клен и в по-малка степен в узрели плодове и сок от много зеленчуци. Този дизахарид лесно се ферментира от действието на дрождите.

лактоза

Лактозата или млечната захар се състои от галактоза и глюкоза. Млякото от бозайници е с високо съдържание на лактоза и осигурява хранителни вещества за бебета.

Повечето бозайници могат да усвояват лактозата само като бебета и те губят тази способност, докато узреят. Всъщност хората, които са в състояние да смилат млечните продукти в зряла възраст, имат мутация, която им позволява да го направят.

Ето защо толкова много хора имат непоносимост към лактоза; Хората, подобно на други бозайници, не са имали способността да усвояват лактозата в детството, докато тази мутация не е присъствала в определени популации преди около 10 000 години.

Днес броят на хората с непоносимост към лактоза варира в широки граници между населението, като варира от 10% в Северна Европа до 95% в части от Африка и Азия. Традиционните диети на различни култури отразяват това в количеството консумирани млечни продукти.

малтоза

Малтозата е съставена от две глюкозни единици и се образува, когато ензимът амилаза хидролизира нишестето, присъстващо в растенията. При храносмилателния процес слюнчената амилаза и панкреатичната амилаза (амилопепсин) разграждат нишестето, което води до междинен продукт, който е малтоза.

Този дизахарид присъства в сиропите от царевична захар, малцовата захар и покълналият ечемик и може лесно да се ферментира чрез действие на дрожди.

Trehalose

Трехалозата също се състои от две глюкозни молекули като малтоза, но молекулите са свързани по различен начин. Той се намира в определени растения, гъби и животни като скариди и насекоми.

Кръвната захар на много насекоми, като пчели, скакалци и пеперуди, се състои от трехалоза. Те го използват като ефективна молекула за съхранение, която осигурява бърза енергия за полет, когато се разпадне.

Chitobiosa

Състои се от две свързани молекули глюкозамин. Структурно той е много подобен на целобиозата, само че има N-ацетиламино група, където целобиозата има хидроксилна група.

Той се намира в някои бактерии и се използва в биохимични изследвания за изследване на ензимната активност.

Той се намира и в хитин, който образува стени от гъби, екзоскелети на насекоми, членестоноги и ракообразни, а също така се среща в риби и главоноги като октопод и калмари.

Целобиоза (глюкоза + глюкоза)

Целобиозата е продукт на хидролиза на целулоза или богати на целулоза материали, като хартия или памук. Образува се чрез присъединяване на две бета-глюкозни молекули чрез β връзка (1 → 4)

Лактулоза (галактоза + фруктоза)

Лактулозата е синтетична (изкуствена) захар, която не се абсорбира от тялото, а вместо това се разгражда в дебелото черво до продукти, които абсорбират вода в дебелото черво, което омекотява изпражненията. Основната му употреба е за лечение на запек.

Използва се и за понижаване на нивата на амоняк в кръвта при хора с чернодробно заболяване, тъй като лактулозата абсорбира амоняка в дебелото черво (елиминирайки го от тялото).

Изомалтоза (глюкоза + глюкоза изомалтаза)

Трехалулозата е изкуствена захар, дизахарид, съставен от глюкоза и фруктоза, свързан с алфа (1-1) гликозидна връзка.

Произвежда се по време на производството на изомалтулоза от захароза. В лигавицата на тънките черва ензимът изомалтаза разгражда трехалулозата до глюкоза и фруктоза, които след това се абсорбират в тънките черва. Trehalulose има ниска потенция да причини кариес на зъбите.

Chitobiosa

Това е дизахаридното повтарящо се устройство в хитин, което се различава от целобиозата само в присъствието на N-ацетиламино група на въглерод-2 вместо на хидроксилната група. Неацетилираната форма обаче често се нарича и хитобиоза.

лактитол

Това е кристален алкохол C12H24O11, получен чрез хидрогениране на лактоза. Това е дизахариден аналог на лактулозата, използван като подсладител. Освен това е слабително и се използва за лечение на запек.

тураноза

Редуциращо дизахаридно органично съединение, което може да се използва като източник на въглерод от бактерии и гъбички.

Melibiosa

Дезахаридна захар (C12H22O11), образувана чрез частична хидролиза на рафиноза.

Xylobiose

Дизахарид, състоящ се от два остатъка от ксилоза.

задушаваща

Дисахарид, присъстващ в софоролипид.

Gentiobiosa

Gentiobiose е дизахарид, състоящ се от две D-глюкозни единици, свързани с β-тип гликозидна връзка (1 → 6). Гентиобиозата има много изомери, които се различават по естеството на гликозидната връзка, която свързва двете глюкозни единици.

левкроза

Това е гликозилфруктоза, състояща се от α-D-глюкопиранозилов остатък, свързан с D-фруктопираноза чрез връзка (1 → 5). Изомер на захарозата.

рутинен

Това е дизахарид, присъстващ в гликозидите.

Каролиниазид А

Олигозахариди, които съдържат две монозахаридни единици, свързани чрез гликозидна връзка.

абсорбция

При хора приетите дизахариди или полизахариди като нишесте и гликоген се хидролизират и абсорбират като монозахариди в тънките черва. Погълнатите монозахариди се абсорбират като такива.

Фруктозата, например, пасивно дифундира в чревната клетка и повечето се преобразува в глюкоза преди да навлезе в кръвта.

Лактаза, малтаза и сукраза са ензимите, разположени на луминалната граница на клетките на тънките черва, отговорни за хидролизата на лактоза, съответно малтоза и захароза.

Лактазата се произвежда от новородени бебета, но при някои популации тя вече не се синтезира от ентероцитите по време на възрастен живот.

Като следствие от липсата на лактаза, лактозата остава в червата и отвежда вода чрез осмоза към чревния лумен.При достигането на дебелото черво лактозата се разгражда чрез ферментация от бактерии в храносмилателния тракт с производството на CO2 и различни киселини. Когато консумирате мляко, тази комбинация от вода и CO2 причинява диария и това е известно като непоносимост към лактоза.

Глюкозата и галактозата се абсорбират от общ натриев зависим механизъм. Първо, има активен транспорт на натрий, който отстранява натрия от чревната клетка през базолатералната мембрана в кръвта. Това понижава концентрацията на натрий в чревната клетка, което генерира натриев градиент между лумена на червата и вътрешността на ентероцита.

Когато този градиент се генерира, се получава силата, която ще закара натрий заедно с глюкоза или галактоза в клетката. В стените на тънките черва има Na + / глюкоза, Na + / галактозен котранспортер (симпортер), който зависи от концентрациите на натрий за влизане на глюкоза или галактоза.

Колкото по-висока е концентрацията на Na + в лумена на храносмилателния тракт, толкова по-голям е притокът на глюкоза или галактоза. Ако няма натрий или концентрацията му в лумена на епруветката е много ниска, нито глюкозата, нито галактозата няма да бъдат абсорбирани адекватно.

Например при бактерии като E. Coli, които обикновено получават енергията си от глюкоза, при липса на този въглехидрат в средата те могат да използват лактоза и за това синтезират протеин, отговорен за активния транспорт на лактоза, наречена лактозна пермеза, като по този начин навлизат лактоза, без да е предварително хидролизирана.

Характеристика

Погълнатите дизахариди влизат в тялото на животни, които ги консумират като монозахариди. В човешкото тяло, главно в черния дроб, въпреки че се среща и в други органи, тези монозахариди се интегрират в метаболитните вериги на синтез или катаболизъм, ако е необходимо.

Чрез катаболизъм (разграждане) тези въглехидрати участват в производството на АТФ. В процесите на синтез те участват в синтеза на полизахариди като гликоген и така образуват енергийните резерви, присъстващи в черния дроб, в скелетните мускули и в много други органи.

Те също участват в синтеза на много гликопротеини и гликолипиди като цяло.

Въпреки че дизахаридите, като всички приети въглехидрати, могат да бъдат източници на енергия за човека и животните, те участват в множество органични функции, тъй като образуват част от структурите на клетъчните мембрани и гликопротеините.

Глюкозаминът например е основен компонент на хиалуроновата киселина и хепарина.

От лактозата и нейните производни

Лактозата, присъстваща в млякото и неговите производни, е най-важният източник на галактоза. Галактозата е от голямо значение, тъй като е част от цереброзиди, ганглиозиди и мукопротеини, които са основни съставки на невроналните клетъчни мембрани.

Лактозата и наличието на други захари в диетата благоприятстват развитието на чревната флора, което е от съществено значение за храносмилателната функция.

Галактозата също участва в имунната система, тъй като е един от компонентите на групата на АВО в стената на червените кръвни клетки.

Глюкозата, продукт на храносмилането на лактоза, захароза или малтоза, може да навлезе в тялото по пътя на синтеза на пентози, особено на синтеза на рибоза, който е необходим за синтеза на нуклеинови киселини.

В растенията

В по-голямата част от висшите растения дизахаридите се синтезират от триозен фосфат от фотосинтетичния въглероден редукционен цикъл.

Тези растения синтезират главно захарозата и я транспортират от цитозола до корените, семената и младите листа, тоест до области на растението, които не използват фотосинтеза по съществен начин.

По този начин захарозата, синтезирана от цикъла на фотосинтетичния въглерод, и тази, която произлиза от разграждането на нишестето, синтезирано чрез фотосинтеза и натрупано в хлоропласти, са два нощни източника на енергия за растенията.

Друга известна функция на някои дизахариди, особено малтозата, е да участват в механизма на трансдукция на химични сигнали към моторния жлеб на някои бактерии.

В този случай малтозата първо се свързва с протеин и след това този комплекс се свързва с преобразувателя; в резултат на това свързване се получава вътреклетъчен сигнал, насочен към двигателната активност на флагела.

Препратки

1. Alberts, B., Dennis, B., Hopkin, K., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M.,… Walter, P. (2004). Съществена клетъчна биология. Abingdon: Garland Science, Taylor & Francis Group.
2. Fox, SI (2006). Човешка физиология (9-то изд.). Ню Йорк, САЩ: McGraw-Hill Press.
3. Guyton, A., & Hall, J. (2006). Учебник по медицинска физиология (11 изд.). Elsevier Inc.
4. Murray, R., Bender, D., Botham, K., Kennelly, P., Rodwell, V., & Weil, P. (2009). Илюстрирана биохимия на Harper (28 изд.). McGraw-Hill Medical.
5. Rawn, JD (1998). Биохимия. Бърлингтън, Масачузетс: Нийл Патерсън Издатели.