DISACHARIDY: VLASTNOSTI, ŠTRUKTÚRA, PRÍKLADY, FUNKCIE - BIOLÓGIE - 2026

Medzi disacharidy sú sacharidy, ktoré sú tiež nazývané dvojité cukry. Majú dôležité funkcie v strave človeka ako hlavné zdroje energie. Môžu byť rastlinného pôvodu, ako je napríklad sacharóza z cukrovej trstiny a prítomná maltóza a živočíšneho pôvodu, ako je napríklad laktóza prítomná v mlieku cicavcov.

Sacharidy alebo cukry sú takzvané uhľohydráty alebo uhľohydráty, ktoré sú vo vode rozpustnými látkami zloženými z uhlíka, kyslíka a vodíka so všeobecným chemickým vzorcom (CH2O) n.

Znázornenie štruktúry disacharidu laktózy (Zdroj: Telliott na anglickej Wikipédii prostredníctvom Wikimedia Commons)

Sacharidy sú najrozšírenejšími organickými látkami v prírode a sú prítomné vo všetkých rastlinách. Celulóza, ktorá tvorí štruktúru rastlinných bunkových stien, je uhľohydrát, podobne ako škroby v zrnách a hľúzach.

Nachádzajú sa tiež vo všetkých živočíšnych tkanivách, napríklad v krvi a mlieku cicavcov.

Sacharidy sa delia na: (1) monosacharidy, ktoré sa nedajú hydrolyzovať na jednoduchšie sacharidy; (2) v disacharidoch, ktoré po hydrolýze produkujú dva monosacharidy; (3) v oligosacharidoch, ktoré poskytujú hydrolýzou 3-10 monosacharidov a (4) v polysacharidoch, ktorých hydrolýza vedie k viac ako 10 monosacharidom.

Škrob, celulóza a glykogén sú polysacharidy. Disacharidy fyziologicky dôležité u ľudí a iných zvierat sú sacharóza, maltóza a laktóza.

Charakteristiky a štruktúra

Ako uhľohydráty sa disacharidy skladajú z uhlíka, kyslíka a vodíka. Všeobecne je kyslík a vodík v štruktúre väčšiny uhľohydrátov v rovnakom pomere ako vo vode, to znamená, že pre každý kyslík sú dva atómy vodíka.

Preto sa nazývajú „uhľohydráty alebo uhľohydráty“. Chemicky môžu byť uhľohydráty definované ako polyhydroxylované aldehydy (R-CHO) alebo ketóny (R-CO-R).

Aldehydy a ketóny majú karbonylovú skupinu (C = O). V aldehydoch je táto skupina naviazaná na najmenej jeden vodík a v ketónoch táto karbonylová skupina nie je viazaná na vodík.

Disacharidy sú dva monosacharidy spojené glykozidovou väzbou.

Disacharidy, ako je maltóza, sacharóza a laktóza, ak sa zahrievajú zriedenými kyselinami alebo enzymatickým pôsobením, hydrolyzujú a vedú k vzniku ich monosacharidových zložiek. Sacharóza vedie k vzniku glukózy a fruktózy, maltóze vedie k vzniku dvoch glukóz a laktózy ku galaktóze a glukóze.

Príklady

sacharóza

Sacharóza je najrozšírenejším cukrom v prírode a je tvorená glukózou a fruktózou z monosacharidov. Nachádza sa v šťavách rastlín, ako je repa, cukrová trstina, cirok, ananás, javor av menšej miere v zrelé ovocie a šťava z mnohých druhov zeleniny. Tento disacharid sa ľahko fermentuje pôsobením kvasiniek.

laktóza

Laktóza alebo mliečny cukor sa skladá z galaktózy a glukózy. Cicavčie mlieko má vysoký obsah laktózy a poskytuje výživu pre dojčatá.

Väčšina cicavcov môže tráviť laktózu iba ako dojčatá a pri dospievaní strácajú túto schopnosť. V skutočnosti majú ľudia, ktorí dokážu stráviť mliečne výrobky v dospelosti, mutáciu, ktorá im to umožňuje.

Preto je toľko ľudí, ktorí neznášajú laktózu; Ľudia, podobne ako iné cicavce, nemali v detstve schopnosť tráviť laktózu, kým sa táto mutácia neobjavila v niektorých populáciách asi pred 10 000 rokmi.

Počet ľudí trpiacich neznášanlivosťou laktózy sa v súčasnosti medzi populáciami veľmi líši, od 10% v severnej Európe po 95% v častiach Afriky a Ázie. Tradičné stravovanie rôznych kultúr to odráža v množstve konzumovaných mliečnych výrobkov.

sladový cukor

Maltóza sa skladá z dvoch jednotiek glukózy a vytvára sa, keď enzým amyláza hydrolyzuje škrob prítomný v rastlinách. V tráviacom procese štiepia amyláza v slinách a pankreatická amyláza (amylopepsín) škrob, čo vedie k vzniku medziproduktu, ktorým je maltóza.

Tento disacharid je prítomný v sirupoch kukuričného cukru, sladovom cukre a naklíčenom jačmeni a môže sa ľahko kvasiť pôsobením kvasiniek.

trehalózy

Trehalóza sa tiež skladá z dvoch molekúl glukózy, ako je maltóza, ale tieto molekuly sú vzájomne spojené. Nachádza sa v určitých rastlinách, hubách a zvieratách, ako sú krevety a hmyz.

Hladina cukru v krvi mnohých druhov hmyzu, ako sú včely, kobylky a motýle, je tvorená trehalózou. Používajú ju ako účinnú úložnú molekulu, ktorá poskytuje rýchlu energiu pre let, keď sa rozpadne.

Chitobiosa

Skladá sa z dvoch spojených molekúl glukozamínu. Štruktúra je veľmi podobná cellobióze, okrem toho, že má N-acetylaminoskupinu, kde celobióza má hydroxylovú skupinu.

Nachádza sa v niektorých baktériách a používa sa v biochemickom výskume na štúdium enzýmovej aktivity.

Nachádza sa tiež v chitíne, ktorý tvorí steny húb, exoskeletóny hmyzu, článkonožcov a kôrovcov, a nachádza sa tiež v rybách a hlavonožcoch, ako sú chobotnice a chobotnice.

Cellobióza (glukóza + glukóza)

Cellobióza je produkt hydrolýzy celulózy alebo materiálov bohatých na celulózu, ako je papier alebo bavlna. Tvorí sa spojením dvoch beta-glukózových molekúl pomocou β väzby (1 → 4)

Laktulóza (galaktóza + fruktóza)

Laktulóza je syntetický (umelý) cukor, ktorý nie je absorbovaný telom, ale skôr sa v hrubom čreve rozpadá na produkty, ktoré absorbujú vodu v hrubom čreve, čím zmäkčuje stolicu. Jeho primárne použitie je na liečenie zápchy.

Používa sa tiež na zníženie hladiny amoniaku v krvi u ľudí s ochorením pečene, pretože laktulóza absorbuje amoniak v hrubom čreve (vylučuje ho z tela).

Izomaltóza (glukóza + glukóza izomaltáza)

Trehaluóza je umelý cukor, disacharid zložený z glukózy a fruktózy spojený alfa (1-1) glykozidovou väzbou.

Vyrába sa počas výroby izomaltulózy zo sacharózy. V sliznici tenkého čreva enzým izomaltáza štiepi trehalulózu na glukózu a fruktózu, ktoré sa potom absorbujú v tenkom čreve. Trehaluóza má nízku schopnosť spôsobiť zubný kaz.

Chitobiosa

Je to jednotka opakujúca disacharid v chitíne, ktorá sa líši od celobiózy iba v prítomnosti N-acetylaminoskupiny na uhlíku-2 namiesto hydroxylovej skupiny. Neacetylovaná forma sa však často nazýva aj chitobióza.

Laktitol

Je to kryštalický alkohol C12H24O11 získaný hydrogenáciou laktózy. Je to disacharidový analóg laktulózy, ktorý sa používa ako sladidlo. Je tiež preháňadlo a používa sa na liečbu zápchy.

turanózu

Redukčná disacharidová organická zlúčenina, ktorú môžu baktérie a huby použiť ako zdroj uhlíka.

melibiose

Disacharidový cukor (C12H22O11) vytvorený čiastočnou hydrolýzou rafinózy.

Xylobiose

Disacharid pozostávajúci z dvoch zvyškov xylózy.

dusí

Disacharid prítomný v soforolipide.

Gentiobiosa

Gentiobióza je disacharid pozostávajúci z dvoch jednotiek D-glukózy spojených glykozidovou väzbou p-typu (1 - 6). Gentiobióza má mnoho izomérov, ktoré sa líšia charakterom glykozidovej väzby, ktorá spája tieto dve glukózové jednotky.

leukrózu

Je to glykozylfruktóza pozostávajúca z a-D-glukopyranozylového zvyšku pripojeného k D-fruktopyranóze prostredníctvom väzby (1 - 5). Izomér sacharózy.

bežný

Je to disacharid prítomný v glykozidoch.

Karoliniazid A

Oligosacharidy, ktoré obsahujú dve monosacharidové jednotky spojené glykozidovou väzbou.

vstrebávanie

U ľudí sa požité disacharidy alebo polysacharidy, ako je škrob a glykogén, hydrolyzujú a absorbujú ako monosacharidy v tenkom čreve. Požívané monosacharidy sa absorbujú ako také.

Fruktóza napríklad pasívne difunduje do črevnej bunky a väčšina sa premieňa na glukózu pred vstupom do krvného riečišťa.

Laktáza, maltáza a sukraláza sú enzýmy umiestnené na luminálnej hranici buniek tenkého čreva zodpovedné za hydrolýzu laktózy, maltózy a sacharózy.

Laktázu tvoria novonarodené deti, ale v niektorých populáciách už nie je syntetizovaný enterocytom počas života dospelých.

V dôsledku neprítomnosti laktázy zostáva laktóza v čreve a voda osmózou vťahuje vodu do črevného lúmenu Po dosiahnutí hrubého čreva sa laktóza degraduje fermentáciou baktériami v tráviacom trakte s produkciou CO2 a rôznych kyselín. Pri konzumácii mlieka spôsobuje táto kombinácia vody a CO2 hnačku, ktorá sa nazýva intolerancia laktózy.

Glukóza a galaktóza sa absorbujú obvyklým mechanizmom závislým od sodíka. Po prvé, existuje aktívny transport sodíka, ktorý odstraňuje sodík z črevnej bunky cez bazolaterálnu membránu do krvi. To znižuje koncentráciu sodíka v črevnej bunke, čo vytvára gradient sodíka medzi lúmenom čreva a vnútrajškom enterocytu.

Keď sa vytvorí tento gradient, získa sa sila, ktorá bude poháňať sodík spolu s glukózou alebo galaktózou do bunky. V stenách tenkého čreva je Na + / glukóza, Na + / galaktózový kotransportér (symporter), ktorý závisí od koncentrácie sodíka pri vstupe glukózy alebo galaktózy.

Čím vyššia je koncentrácia Na + v lúmene tráviaceho traktu, tým väčší je príliv glukózy alebo galaktózy. Ak nie je sodík alebo jeho koncentrácia v lúmene skúmavky je veľmi nízka, nebude dostatočne absorbovaná ani glukóza, ani galaktóza.

Napríklad v baktériách, ako je napríklad E. Coli, ktoré normálne získavajú svoju energiu z glukózy, môžu v neprítomnosti tohto uhľohydrátu v médiu používať laktózu, a preto syntetizujú proteín zodpovedný za aktívny transport laktózy nazývaný laktóza, a tak vstupujú laktóza bez predchádzajúcej hydrolýzy.

Vlastnosti

Požité disacharidy vstupujú do tela zvierat, ktoré ich konzumujú ako monosacharidy. V ľudskom tele, hlavne v pečeni, hoci sa vyskytuje aj v iných orgánoch, sa tieto monosacharidy podľa potreby integrujú do metabolických reťazcov syntézy alebo katabolizmu.

Cez katabolizmus (rozklad) sa tieto sacharidy zúčastňujú na výrobe ATP. Pri syntéze sa podieľajú na syntéze polysacharidov, ako je glykogén, a vytvárajú tak energetické zásoby prítomné v pečeni, kostrových svaloch a mnohých ďalších orgánoch.

Zúčastňujú sa tiež na syntéze mnohých glykoproteínov a glykolipidov všeobecne.

Aj keď disacharidy, rovnako ako všetky požité uhľohydráty, môžu byť zdrojom energie pre človeka a zvieratá, podieľajú sa na viacerých organických funkciách, pretože tvoria súčasť štruktúr bunkových membrán a glykoproteínov.

Napríklad glukozamín je zásadnou zložkou kyseliny hyalurónovej a heparínu.

Z laktózy a jej derivátov

Laktóza prítomná v mlieku a jeho derivátoch je najdôležitejším zdrojom galaktózy. Galaktóza je veľmi dôležitá, pretože je súčasťou cerebrozidov, gangliozidov a mukoproteínov, ktoré sú podstatnými zložkami membrán nervových buniek.

Laktóza a prítomnosť iných cukrov v potrave podporuje rozvoj črevnej flóry, ktorá je nevyhnutná pre tráviace funkcie.

Galaktóza sa tiež podieľa na imunitnom systéme, pretože je jednou zo zložiek skupiny ABO v stene červených krviniek.

Glukóza, produkt trávenia laktózy, sacharózy alebo maltózy, môže vstúpiť do tela do dráhy syntézy pentóz, najmä do syntézy ribózy, ktorá je potrebná na syntézu nukleových kyselín.

V rastlinách

Vo väčšine vyšších rastlín sa disacharidy syntetizujú z fosfátu triózy z fotosyntetického redukčného cyklu uhlíka.

Tieto rastliny syntetizujú hlavne sacharózu a transportujú ju z cytosolu do koreňov, semien a mladých listov, to znamená do oblastí rastlín, ktoré nepoužívajú fotosyntézu podstatným spôsobom.

Takto je sacharóza syntetizovaná fotosyntetickým redukčným cyklom uhlíka a tá, ktorá pochádza z degradácie škrobu syntetizovaného fotosyntézou a akumulovaného v chloroplastoch, pre rastliny dvomi nočnými zdrojmi energie.

Ďalšou známou funkciou niektorých disacharidov, najmä maltózy, je účasť na mechanizme transdukcie chemických signálov na bičíkový motor niektorých baktérií.

V tomto prípade sa maltóza najskôr viaže na proteín a tento komplex sa potom viaže na menič; v dôsledku tejto väzby sa vytvára intracelulárny signál nasmerovaný na motorickú aktivitu bičíka.

Referencie

1. Alberts, B., Dennis, B., Hopkin, K., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M., … Walter, P. (2004). Esenciálna bunková biológia. Abingdon: Garland Science, Taylor & Francis Group.
2. Fox, SI (2006). Human Physiology (9. vydanie). New York, USA: McGraw-Hill Press.
3. Guyton, A. a Hall, J. (2006). Učebnica lekárskej fyziológie (11. vydanie). Elsevier Inc.
4. Murray, R., Bender, D., Botham, K., Kennelly, P., Rodwell, V. a Weil, P. (2009). Harper's Illustrated Biochemistry (28. vydanie). McGraw-Hill Medical.
5. Rawn, JD (1998). Biochémie. Burlington, Massachusetts: Neil Patterson Publishers.