Дисахариды

СТАЙЛАБ предлагает тест-системы для анализа дисахаридов в продуктах питания и пищевом сырье с использованием ферментативных методов, а также стандарты и стандартные растворы дисахаридов.

Дисахариды, или биозы – это углеводы, молекулы которых состоят из двух моносахаридов. Они представляют собой твердые, хорошо растворимые в воде вещества. При гидролизе и под действием ферментов дисахариды распадаются на соответствующие моносахариды, после чего последние участвуют в углеводном обмене. Дисахариды широко распространены в природе и присутствуют как в растениях и грибах, так и в организмах животных.

Самым известным дисахаридом является сахароза, или сахар. Она состоит из глюкозы и фруктозы. Сахароза присутствует во фруктах и ягодах, березовом и кленовом соке, некоторых овощах. Промышленным способом ее получают из сахарной свеклы и сахарного тростника.

Сахарозой подслащивают кондитерские изделия и напитки, из нее делают леденцы, ее используют для приготовления хлебобулочных изделий и соусов. В высоких концентрациях сахароза действует как консервант, связывая воду и предотвращая размножение бактерий и плесеней. Поэтому варенье, цукаты и другие продукты, содержащие много сахара, долго хранятся. В меньших концентрациях сахароза, как и многие другие дисахариды, являются хорошей питательной средой для бактерий, плесеней и дрожжей.

Мальтоза, или солодовый сахар, состоящая из двух молекул глюкозы, образуется у животных и растений при расщеплении запасающих углеводов – гликогена или крахмала. Она присутствует в проростках семян растений, некоторых плодах, а также в пиве, хлебобулочных изделиях и других продуктах. Мальтоза не такая сладкая, как сахароза, однако, она слаще лактозы. Мальтозную патоку используют для изготовления некоторых хлебобулочных и кондитерских изделий, например, пряников.

Лактоза, или молочный сахар, состоит из глюкозы и галактозы. Она присутствует в молоке млекопитающих, в том числе, в коровьем. Помимо этого, лактоза присутствует в некоторых молочных продуктах, в смесях для детского питания, а также во многих лекарственных средствах, в которых она служит наполнителем. В организме человека и млекопитающих лактоза расщепляется на моносахариды под действием фермента лактазы. При нехватке или отсутствии этого фермента лактоза не усваивается в кишечнике. В этом случае она подвергается брожению с участием бактерий, что приводит к диарее. Нехватку фермента лактазы называют также лактазной недостаточностью, или пищевой непереносимостью лактозы. Это достаточно распространенное состояние: в Российской Федерации его фиксируют у 16-20% населения. Современные технологии позволяют производить низколактозные и безлактозные продукты. Согласно ТР ТС 033/2013 «О безопасности молока и молочной продукции», низколактозным продуктом переработки молока называют такой продукт, в котором лактоза частично ферментирована или удалена. Безлактозный продукт должен содержать не более 0,1 г/л лактозы.

В соответствии с ТР ТС 027/2012 «О безопасности отдельных видов специализированной пищевой продукции, в том числе диетического лечебного и диетического профилактического питания», низколактозное молоко может содержать не более 10 г/л лактозы, а безлактозное — не более 0,1 г/л лактозы.

Анализ содержания дисахаридов в продуктах питания необходимо проводить, чтобы указать их присутствие и содержание на упаковке, в соответствии с ТР ТС 021/2011 «Пищевая продукция в части ее маркировки». Этот же технический регламент содержит требование указывать сведения о присутствии в продукции лактозы, поскольку она относится к наиболее распространенным аллергенам и веществам, вызывающим пищевую непереносимость. Помимо этого, анализ дисахаридов в продукции позволяет определить качество сырья, например, солода, выявить нарушения в ходе производства, а также фальсификацию продукта – к примеру, разбавление меда сахарным сиропом.

Определить содержание, присутствие и состав дисахаридов в пищевом сырье и продукции можно с помощью ферментативных методов анализа. Они основаны на специфическом взаимодействии фермента с аналитом (субстратом) и изменении цвета раствора. Оптическая плотность раствора определяется с помощью спектрофотометрии. Ее измерение позволяет точно определить концентрацию аналита в пробе. Ферментативные методы анализа просты в постановке и обладают высокой чувствительностью.

Сахар

Дисахариды

   Сахароза, или свекловичный сахар, тростниковый сахар, в быту просто сахар — дисахарид из группы олигосахаридов, состоящий из двух моносахаридов — α-глюкозы и β-фруктозы.

   Сахароза является весьма распространённым в природе дисахаридом, она встречается во многих фруктах, плодах и ягодах. Особенно велико содержание сахарозы в сахарной свёкле и сахарном тростнике, которые и используются для промышленного производства пищевого сахара.

Сахароза

Общие
Систематическое наименование	α-D-глюкопиранозил-β-D-фруктофуранозид
Традиционные названия	свекловичный сахар, тростниковый сахар
Химическая формула	C12H22O11
Физические свойства
Состояние	твёрдое, кристаллическое
Молярная масса	342,2965 ± 0,0144 г/моль
Плотность	1,587 г/см³
Термические свойства
Температура плавления	186 °C
Химические свойства
Растворимость в воде	211,5 г/100 мл  для стандартных условий (25 °C, 100 кПа)

Важное химическое свойство сахарозы – способность подвергаться гидролизу (при нагревании в присутствии ионов водорода). При этом из одной молекулы сахарозы образуется молекула глюкозы и молекула фруктозы:

   Сахароза не дает реакции «серебряного зеркала» (реакция восстановления серебра из аммиачного раствора оксида серебра) и не обладает восстановительными свойствами. В этом ее отличие от глюкозы. Молекула сахарозы состоит из остатков молекул глюкозы и фруктозы в их циклической форме; они соединены между собой через атом кислорода.

Сахар как многофункциональный ингредиент пищевых продуктов

   Сахар — единственный натуральный углеводный продукт сладкого вкуса, полученный из растительного сырья, в промышленной технологии переработки которого не осуществляется его биологическая конверсия ферментами, или химическая конверсия, т.е. к данному продукту может быть применена маркировка «100 % -ный натуральный продукт».

   Сахар — ингредиент многофункциональный, поступающий на производство в раз­ных товарных формах и используемый в различных пищевых продуктах. Свойства сахара при его применении по отдельности или в сочетании с другими ингредиента­ми делают его одним из важнейших ингредиентов современной пищевой промыш­ленности. Некоторые физико-химические, органолептические и технологические свойства сахара и их роль в производстве различных групп пищевых продуктов при­ведены в ниже в таблице.

   В жидких продуктах типа безалкогольных напитков или в подслащивающих веществах для кофе сахар можно непосредственно заменять высокоинтенсивными подсластителями — в этом случае объем обеспечивается водой. При составлении рецептур других пищевых продуктов без сахара необходимо тщательно соблюдать все требования к качеству и внешнему виду готового изделия, что обычно подразумевает включение какого-либо наполнителя. Очень редко сахар в том или ином продукте можно полностью заменить одним единственным подсластителем или наполнителем, так как в этом случае они должны обладать соответствующим комплексом функциональных свойств, так что зачастую требуется приготавливать смеси необходимых ингредиентов.

Роль сахара в пищевых продуктах

Являясь питательным углеводом,

сахар легко метаболизируется, выделяя энергию в объеме 4 ккал/г (16,7 кДж/г).

   В мировой практике эталоном вкуса сладости является сахар SES (Sweetness Equivalency of Saccharose (англ.) – сладость, эквивалентная сахарозе; сладость сахарозы приравнена к 1), как имеющий чистый сладкий вкус, полностью свободный от привкусов и послевкусия. Эти качества делают сахар «золотым стандартом» сладкого вкуса.

Сахар (сахароза) придает продуктам сладкий вкус, который носит быстрый, чистый и скоротечный характер. Эти желательные качества делают сахар «золотым стандартом» сладкого вкуса. Время, необходимое для появления ощущения сладости 10 %-ного раствора сахарозы составляет AT=4 с (AT, Apperance Time). Время, необходимое для ощущения отклонения от сладости 10%-ного раствора сахарозы в нижнюю сторону до порогового значения, эквивалентного сладости 2%-ному раствору сахарозы называется временем исчезновения (

ET, Extinction Time) сладкого вкуса и для 10%-ного раствора сахарозы ET= 14 с.

Сахар является важным компонентом, способствующим формированию вкуса, аромата и цвета изделий. Улучшение качества изделий достигается за счет реакции Майяра неферментативного потемнения. Сахароза в ходе реакции Майяра создает уникальные вкусоароматические профили, проявляет способность формировать окрашенные меланоидиновые пигменты и много разнообразных летучих компонентов. Именно они ответственны за тот или иной запах пищевых продуктов, в процессе производства которых присутствует тепловая обработка.

Сахар влияет на массу и объем пищи. Применение сахара, например, увеличивает объем хлеба, так как дрожжи частично или полностью превращают сахар/сироп в различные компоненты, в том числе, в углекислый газ, который вызывает увеличение объема хлеба, придавая ему пористую структуру.

Сахар также является важным функциональным структурообразующим ингредиентом подавляющего большинства кондитерских изделий и фруктовых подварок. Сахар образует «тело» и обеспечивает текстуру молочных десертов, мороженого, спредов и других изделий, как на фруктовой, так и на жировой основе.

Сахар служит консервирующим агентом, улучшающим хранение продукции. Это его свойство используется в таких продуктах, как джемы, соки и маринады. Добавление сахара в растворе увеличивает осмотическое давление, тем самым подавляя рост микроорганизмов. Создавая наиболее неблагоприятные сочетания для микроорганизмов параметров, например, рН, активности воды и температуры, можно уменьшить долю используемых консервантов.

   В процессе приготовления продуктов на протяжении столетий используют брожение. И в качестве питательной среды для дрожжей в процессе брожения применяют сахар или другие углеводы (спиртовое, хлебопекарное и др. производства).

   Сахар влияет на температуру замерзания  продуктов питания. Чем выше концентрация сахара, тем ниже температура замерзания. Низкая температура важна при приготовлении мороженого и холодных десертов. Сахар снижает риск образования крупных кристаллов, а мелкие кристаллы положительным образом влияют на вкусовые ощущения и на вкус продукта в целом. Сахар задерживает процесс черствения замороженной булочной продукции при длительном хранении.

Гидрофильность — одно из основных физических свойств сахара, полезное для пищевых продуктов. Проявляется в эффекте связывания (удержания) воды, обусловленном наличием ОН-групп. Способность связывать воду и контролировать активность воды (a_w) в пищевых продуктах относится к одному из наиболее важных свойств сахара. Оно базируется на основе соотношения между кристаллическим и растворенным сахаром. Гигроскопические свойства сахара всегда учитывались при хранении выпечки. Ведь способность сахара сорбировать влагу, даже из воздуха, не дает черстветь хлебу и булочкам продолжительное время.

Таблица. Некоторые функциональные свойства сахара, используемые в различных типах изделий

   По сравнению с другими углеводами, которые содержатся в муке, овощах и фруктах, сахар отличается исключительной быстротой усвоения. Под действием ферментов пищеварительного тракта сахароза сразу же расщепляется на глюкозу и фруктозу, которые и поступают в кровь. Повышение концентрации глюкозы в крови служит сигналом для выделения из поджелудочной железы гормона инсулина, который, стимулируя активность фермента глюкокиназы в клетках печени, спо­собствует присоединению фосфора к молекуле глюкозы. В таком виде она расщепляется в организме до воды и углекислого газа, выделяя энергию. При метаболизме 100 г сахара выделяют в организме 399-400 килокалории.

   При избыточном поступлении сахара в организм может повыситься содержание жира в крови (гиперлипидемия), он в большей степени откладывается в жировых депо, и развивается ожирение. Особенно быстро нарастает масса тела у злоупотребляющих продуктами, содержащими сахар, крахмал и жир: тортами, пирожными с кремом, шоколадом, сладкими сдобными пирогами. Калорийность сахарозы составляет от 16,54 до 16,75 кДж/г. Сахар является носителем «пустых» калорий, не содержит ни витаминов, ни минеральных солей, ни каких-либо иных биологически активных веществ.

   Однократный прием сахара в количестве, превышающем 100- 120 г, вызывает быстро развивающуюся (в течение 10-15 мин) гипергликемию, которая проходит у здоровых людей че­рез 2-3 ч. Гипергликемия ведет к кратковременной глюкозурии.

   При систематическом злоупотреблении сахаром происхо­дит повышение порога чувствительности вкусового анализато­ра к сладкому. Часто повторяющаяся гипергликемия создает большую нагрузку на инсулярный аппарат поджелудочной же­лезы и способствует развитию гиперинсулинизма, что приво­дит к сахарному диабету. Избыток глюкозы, не истраченной на энергетические нужды организма и не депонированной в пече­ни в виде гликогена, превращается в нейтральные жиры. Так развиваются алиментарное ожирение и другие заболевания, в основе которых лежит нарушение обмена веществ (A. Bender, P. Thalan, 1970; R. Davis и соавт., 1974).

   Следует отметить, что еще ранние цивилизации признавали роль питания и образа жизни в развитии сахарного диабета. В VI в. до н. э. индийский хирург и врач Сушрута отмечал: «… можно прогнозировать, что ленивый человек, который спит днем и ведет сидячий образ жизни; или же имеет привычку пить сладкие жидкости, и есть холодную и жирную пищу, может вскоре стать жертвой этой болезни».

   Сахар естественным образом присутствует в ежедневном рационе питания во многих пищевых продуктах ввиду его натурального происхождения и использования в качестве столового подсластителя. Однако необходимо соблюдать сбалансированное и умеренное потребление сахара, чтобы расход энергии соответствовал ее потреблению.  Как рекомендуют специалисты, чтобы не принести вреда организму, допустимое суточное потребление (ДСП) сахара должно быть не более 50-70 г в день, включая сахар, содержащийся в конфетах, кондитерских изделиях и сладких блюдах. Для пожилых людей эта норма снижается до 30-50 г, так как с возрастом гликоген в мышцах образуется медленнее. А тем, кто склонен к полноте, сахара не следует есть вовсе. Согласно рекомендациям ВОЗ, детям дошкольного возраста следует потреблять не более 20 г сахара в сутки (П.А. Леус, 1989).

  На основании клинических исследований Американская диабетическая ассоциация пересмотрела «Рекомендации и принципы питания людей с сахарным диабетом». В новых рекомендациях говорится, что использование сахарозы как компонента общего рациона питания не нарушает контроля за уровнем глюкозы в крови у людей с диабетом как 1-го, так и 2-го типа. Американская диабетическая ассоциация расширила набор углеводсодержащих продуктов в таблицах замены, включив в них продукты, содержащие сахарозу для так называемого эпизодического (нерегулярного) употребления, к которым отнесены, например, мороженое и кондитерские изделия.

Мальтоза (солодовый сахар)

   Мальтоза (от англ. malt —солод) —солодовый сахар, 4-О-α-D-глюкопиранозил-D-глюкоза, природный дисахарид, состоящий из двух остатков глюкозы; содержится в больших количествах в проросших зёрнах (солоде) ячменя, ржи и других зерновых; обнаружен также в томатах, в пыльце и нектаре ряда растений.

   Биосинтез мальтозы из β-D-глюкопиранозилфосфата и D-глюкозы известен только у некоторых видов бактерий. В животном и растительном организмах мальтоза образуется при ферментативном расщеплении крахмала и гликогена.

   Мальтоза легко усваивается организмом человека. Расщепление мальтозы до двух остатков глюкозы происходит в результате действия фермента a-глюкозидазы, или мальтазы, которая содержится в пищеварительных соках животных и человека, в проросшем зерне, в плесневых грибах и дрожжах. Генетически обусловленное отсутствие этого фермента в слизистой оболочке кишечника человека приводит к врождённой непереносимости мальтозы — тяжёлому заболеванию, требующему исключения из рациона мальтозы, крахмала и гликогена или добавления к пище фермента мальтазы.

Мальтоза

Общие
Систематическое наименование	4-О-α-D-глюкопиранозил-D-глюкоза
Традиционные названия	мальтоза
Химическая формула	C12H22O11
Физические свойства
Состояние	Белый порошок или кристалл
Молярная масса	342,32 г/моль
Плотность	1. 54 г/см³
Термические свойства
Температура плавления	160–165 °C (Дигидрат) 102-103 °C (Моногидрат)
Химические свойства
Растворимость в воде	1,080 г/100 мл   для стандартных условий (25 °C, 100 кПа)

   Солодовый сахар значительно менее сладок, чем сахароза — его сладость составляет приблизительно 0,6 сладости сахара (при тех же концентрациях). Учитывая, что при распаде мальтозы в организме образуется глюкоза, она вряд ли найдет применение в качестве диетического подслас­тителя (M.Hasebeck и соавт., 1976).

Лактоза (молочный сахар)

   Лактоза (от лат.  lac — молоко) C₁₂H₂₂O₁₁ — углевод группы дисахаридов, содержится в молоке и молочных продуктах. Молекула лактозы состоит из остатков молекул глюкозы и галактозы.

Лактоза

Общие
4-О-β-D-галактопиранозил-D-глюкоза
Лактоза, молочный сахар
C12H22O11
Физические свойства
342. 30 г/моль
1.525 г/см³

   Лактозу иногда называют молочным сахаром.

   Лактоза — это белое кристаллическое вещество, сладкое на вкус, растворимое в эфире, метиловом и этиловом спиртах. Она содержится в мо­локе млекопитающих и человека, являясь основным энергети­ческим веществом в питании грудного ребенка. Лактоза также обнаружена в пыльце некоторых растений.

   В организме человека лактоза синтезируется из галактозы и глю­козы при помощи ферментов молочной железы. Искусственно ее обычно получают из сыво­ротки молока.

   Употребление пищи, содержащей лактозу, приводит к уве­личению относительного содержания в кишечнике целого ряда молочнокислых микроорганизмов, что тормозит развитие гни­лостных бактерий. Она стимулирует остеогенез — развитие костной ткани, регулирует всасывание и обмен магния, фосфора и кальция.

   Введение больших количеств лак­тозы с пищей оказывает послабляющее действие. Установлено, что лактоза и галактоза способствуют развитию катаракты, а прием их повышенных количеств приводит к увеличению содержания холестерина в печени.

  Ферментативный распад лактозы до глюкозы и галактозы происходит при участии лактазы (b-галактозидазы), содержа­щейся в слизистой оболочке тонкой кишки, молочной железе и других органах млекопитающих. Серьезным заболеванием счи­тается врожденная и приобретенная непереносимость лактозы, связанная с недостаточностью фермента лактазы. У таких боль­ных молочный сахар не усваивается, что сопровождается мете­оризмом, поносом и другими неприятными ощущениями. Де­фицит лактазы — относительно распространенное заболевание среди населения разных стран, особенно северных.

  В силу того, что лактоза обладает малой гигроскопич­ностью, она нашла применение в фармации для приготовления порошков, таблеток и гранул и особенно — лекарственной фор­мы, содержащей легкогидролизующееся лекарство.

  Необходимо отметить, что если лактоза не применяется как сахарозаменитель, то предпринимаются попытки приготовить сладкие вещества путем модификации ее структуры (например, посредством деминерализованного гидролиза лактозы получают заменитель меда, а при изомеризации лактозы получают синтетический дисахарид – лактулозу).

Примечания:

Гипергликемия  — клинический симптом, обозначающий увеличение содержания глюкозы в сыворотке крови по сравнению с нормой в 3,3-5,5 ммоль/л.

Гиперинсулинизм (гипогликемическая болезнь) — заболевание, при котором происходит относительное или абсолютное повышение уровня инсулина, вызывающее приступы гипогликемии.

Глюкозурия — наличие глюкозы в моче. В норме моча не содержит глюкозы, поскольку почки способны реабсорбировать (возвращать в кровоток) весь объём глюкозы прошедший через почечный клубочек.

Метаболизм  (от греч. Μεταβολή — «превращение, изменение»), или обмен веществ — набор химических реакций, которые возникают в живом организме для поддержания жизни.

Олигосахариды представляют собой углеводы, состоящие из нескольких моносахаридных остатков (от греч. ὀλίγος — немногий). Олигосахариды, состоящие из одинаковых моносахаридных остатков, называют гомополисахаридами, а из разных — гетерополисахаридами. Наиболее распространёнными из олигосахаридов являются дисахариды и трисахариды. По химической природе дисахариды — это О-гликозиды (ацетали), в которых вторая молекула моносахарида выполняет роль агликона. В зависимости от строения дисахариды делятся на две группы: восстанавливающие и невосстанавливающие.

версия для печати

Фруктоза — новый враг человечества? | Научные открытия и технические новинки из Германии | DW

Избыточный вес давно уже считается неизбежным спутником цивилизации. Действительно, практически во всех развитых странах количество людей, страдающих ожирением и сопутствующими ему недугами вроде сахарного диабета и сердечно-сосудистых заболеваний, неуклонно растет. Многие эксперты заговорили уже об эпидемии тучности, охватившей население западных стран, включая детей. Специалисты в области питания, особенно американские, долгие годы возлагали всю вину за это тревожное положение на жиры, прежде всего — на животные жиры. Поэтому их начали решительно изгонять из всех продуктов, в том числе и из тех, где они должны быть, как говорится, по определению. В результате на полках супермаркетов появились обезжиренные сливки, обезжиренная сметана, обезжиренные сыры и даже обезжиренное сливочное масло. По внешнему виду, цвету и консистенции эти изделия неотличимы от традиционных продуктов питания, но по вкусу сильно им уступают. Что же касается оздоровительного эффекта, то он так и не наступил: людей с избыточным весом и всем букетом сопутствующих недугов меньше не стало.

На смену жирам пришли сахара

Теперь, судя по всему, американские медики нашли нового врага человечества — сахар. Впрочем, на сей раз аргументация исследователей выглядит более логично и убедительно, чем когда речь шла о жирах. Статья под вызывающим названием «Ядовитая правда о сахаре» опубликована в авторитетном научном журнале Nature. Правда, имеется в виду не любой сахар, а фруктоза, то есть фруктовый или плодовый сахар. И даже не любая фруктоза. Один из авторов статьи — профессор Роберт Ластиг (Robert H. Lustig), педиатр и эндокринолог, глава Центра по борьбе с ожирением у детей и подростков при Калифорнийском университете в Сан-Франциско, поясняет: «Речь идет о добавленном сахаре, сахаре, который пищевая промышленность сегодня подмешивает к своей продукции — безалкогольным напиткам, полуфабрикатам, готовым кулинарным изделиям. Подмешивает якобы для того, чтобы улучшить вкус, на самом деле — чтобы увеличить сбыт. В этом и состоит главная проблема».

За последние 50 лет потребление сахара в мире увеличилось втрое. Сегодня фирмы-производители добавляют его чуть ли не во все мыслимые и немыслимые пищевые продукты. Другой автор статьи в журнале Nature — профессор Клэр Бриндис (Claire Brindis), педиатр, глава Центра глобальной репродуктивной медицины и директор Института по изучению политики в области здравоохранения при Калифорнийском университете в Сан-Франциско, говорит: «Если посмотреть на перечень ингредиентов продающегося в Америке хлеба, то и там все чаще обнаруживается сахар. В соусах, кетчупе, многих других продуктах раньше не было сахара, а сегодня он там есть. То есть избыточное присутствие сахаров характерно уже не только для лимонадов и прочих напитков такого рода, но и для многих других видов продовольствия».

Фруктоза — самый сладкий и самый вредный сахар

Все это крайне плачевно отражается на здоровье населения, подчеркивает исследовательница: «Профессионалов не может не настораживать то, что, по данным ООН, сегодня в мире больше людей страдает от избыточного веса, чем от недоедания. Я расцениваю это так: Америка оказалась слишком успешной в распространении вредных привычек по всему миру».

Кроме того, если раньше пищевая отрасль добавляла в продукты преимущественно сахарозу, то теперь ее все чаще заменяют фруктозой. Сахароза — это самый обычный сахар, тростниковый или свекловичный, он является дисахаридом, то есть состоит из двух моносахаридов — фруктозы и глюкозы. Попав в организм, сахароза быстро расщепляется на глюкозу и фруктозу. Фруктоза — самый сладкий из сахаров, в 1,5 раза слаще сахарозы и в 3 раза — глюкозы, что позволяет пищевикам достигать тех же вкусовых эффектов меньшим количеством вещества. Однако проблема в том, что усваивается фруктоза совершенно иначе, чем глюкоза, которая является универсальным источником энергии для организма. Поскольку фруктоза содержится практически во всех сладких ягодах и плодах, от нее, казалось бы, никакой опасности исходить не может. Но это вовсе не так, говорит Роберт Ластиг: «Когда сахар находится в природных фруктах, вы потребляете его вместе с растительными волокнами. Эти балластные вещества, хоть сами в кишечнике и не усваиваются, регулируют процесс усвоения сахаров и, тем самым, уровень содержания сахара в крови. Растительные волокна — своего рода противоядие, они препятствуют передозировке фруктозы в организме». Беда лишь в том, что пищевая промышленность добавляет в свои продукты фруктозу в чистом виде, без сопутствующих балластных веществ.

Табак, алкоголь и. .. фруктоза

В результате избыток фруктозы становится серьезным фактором риска для здоровья, подчеркивает профессор Ластиг: «Метаболизм фруктозы в организме очень сильно отличается, скажем, от метаболизма глюкозы. Скорее уж он напоминает метаболизм алкоголя, а потому избыток фруктозы может вызывать недуги, типичные для алкоголизма, — заболевания печени и сердечно-сосудистой системы. Фруктоза поступает прямиком в печень и может весьма серьезно нарушить ее функцию. В результате это часто приводит к таким тяжелым заболеваниям, как метаболический синдром».

Метаболический синдром — это чрезмерное увеличение массы висцерального (то есть внутреннего) жира, снижение чувствительности периферических тканей к инсулину, нарушение углеводного и липидного обмена, повышение артериального кровяного давления. По словам профессора Ластига, сегодня уже три четверти всего бюджета здравоохранения США идет на лечение неинфекционных недугов — ожирения, сахарного диабета, рака, сердечно-сосудистых заболеваний, а в их развитии весьма заметную роль играет добавляемая в продукты питания фруктоза. Поэтому исследователи ратуют за то, чтобы приравнять ее к алкоголю и табаку. Правда, фруктоза не вызывает зависимости, но зато она сегодня практически вездесуща, так что избежать ее потребления просто нереально. По мнению американских ученых, фруктозу следует прежде всего исключить из перечня безопасных пищевых добавок. Это лишит промышленность права добавлять ее в любые продукты и в любом количестве.

Автор: Владимир Фрадкин
Редактор: Ефим Шуман

Дисахариды. Сахароза, лактоза, целлобиоза, мальтоза

Сегодня урок по химии 44 — Дисахариды. Сахароза, лактоза, целлобиоза,  мальтоза. Как изучить тему дисахариды? Прежде всего, надо повторить предыдущие уроки, особое внимание следует уделить уроку 43.

Дисахариды – это углеводы, при гидролизе которых получаются две молекулы моносахаридов.

Наиболее важными природными представителями дисахаридов являются: сахароза (тростниковый или свекловичный сахар), мальтоза (солодовый сахар), лактоза (молочный сахар) и целлобиоза. Они все являются изомерами и имеют одну и ту же молекулярную формулу – С₁₂Н₂₂О₁₁.

Приведем структурные формулы Хеуорзса этих дисахаридов.

 

сахароза, 2- [α -Д-глюкопиранозидо] — β -Д-фруктофуранозид

 

лактоза, 4 -[β  -Д-галактопиранозидо]-глюкоза

 

целлобиоза, 4-[β  -Д-глюкопиранозидо]-глюкоза

 

мальтоза, 4-[ α-Д-глюкопиранозидо]-глюкоза

Необходимо четко представить строение дисахаридов, чтобы впоследствии уяснить их химические свойства. Приведем реакции образования молекул сахарозы и мальтозы:

 

Можно заметить, что в образовании молекулы сахарозы принимают участие полуацетальные гидроксилы обоих моносахаридов, в то время, как в  образовании молекулы мальтозы участвует один гликозидный гидроксил. Такое различие в строении находит отражение на их свойствах

Химические свойства дисахаридов.

1. Если в молекуле дисахарида сохранился гликозидный гидроксил (целлобиоза, мальтоза, лактоза), то в растворах они частично превращаются в открытые альдегидные формы, и вступают в реакции альдегидов. Такие дисахариды называют восстанавливающими, и могут восстанавливать растворы гидроксида меди (II) и аммиачного раствора оксида серебра. Дисахариды, где отсутствуют свободные полуацетальные гидроксилы (как в молекуле сахарозы) не могут переходить в открытые карбонильные формы, и называются невосстанавливающимися (не могут восстанавливать Сu(ОН)₂ и Аg₂О.

2. Так как дисахариды являются многоатомными спиртами, то они проявляют свойства многоатомных спиртов (образование простых и сложных эфиров, качественная реакция с гидроксидом меди с образованием ярко-синего раствора сахарата меди).

3. Все дисахариды подвергаются гидролизу с образованием моносахаридов.

С₁₂Н₂₂О₁₁  +  Н₂O  →  С₆Н₁₂О₆     +     С₆Н₁₂О₆

лактоза                        галактоза            глюкоза

Важнейший из дисахаридов – сахароза – состоит из остатков α-глюкозы и β-фруктозы. Сахароза очень распространена в природе. Это химическое название обычного сахара, называемого также тростниковым или свекловичным. Получают сахарозу из сахарного тростника, произрастающего в тропиках, или из сахарной свеклы (содержит 12-15% сахарозы).

Сахарную свеклу измельчают в стружку и извлекают из нее сахарозу горячей водой в специальных аппаратах, называемых диффузорами. Полученный раствор обрабатывают известью для осаждения примесей, а перешедшую частично в раствор гидроокись кальция осаждают пропусканием углекислого газа. Далее после отделения осадка раствор упаривают в вакуум-аппаратах. Так получается мелкокристаллический песок-сырец. После его дополнительной очистки получают рафинированный сахар. В зависимости от условий кристаллизации он выделяется либо в виде мелких кристаллов, либо в виде компактных «сахарных голов», которые распиливают или раскалывают на куски. Быстрорастворимый кусковой сахар получают прессованием мелко измельченного сахарного песка.

Это был урок по химии 44 — Дисахариды. Сахароза, лактоза, целлобиоза,  мальтоза

Share this post for your friends:

Friend me:

Навигация по записям

ОЛИГОСАХАРИДЫ. «БИОЛОГИЧЕСКАЯ ХИМИЯ», Березов Т.Т., Коровкин Б.Ф.

Олигосахариды – углеводы, молекулы которых содержат от 2 до 10 остатков моносахаридов, соединенных гликозидными связями. В соответствии с этим различают дисахариды, трисахариды и т.д.

Дисахариды – сложные сахара, каждая молекула которых при гидролизе распадается на две молекулы моносахаридов. Дисахариды наряду с полисахаридами являются одними из основных источников углеводов в пище человека и животных. По строению дисахариды – это гликозиды, в которых 2 молекулы моносахаридов соединены гликозидной связью.

Среди дисахаридов наиболее широко известны мальтоза, лактоза и сахароза. Мальтоза, являющаяся α-глюкопиранозил-(1–>4)-α-глюкопира-нозой, образуется как промежуточный продукт при действии амилаз на крахмал (или гликоген), содержит 2 остатка α-D-глюкозы (название сахара, полуацетальный гидроксил которого участвует в образовании гликозидной связи, оканчивается на «ил»).

В молекуле мальтозы у второго остатка глюкозы имеется свободный полуацетальный гидроксил. Такие дисахариды обладают восстанавливающими свойствами.

Одним из наиболее распространенных дисахаридов является сахароза – обычный пищевой сахар. Молекула сахарозы состоит из одного остатка D-глюкозы и одного остатка D-фруктозы. Следовательно, это α-глюко-пиранозил-(1–>2)-β-фруктофуранозид:

В отличие от большинства дисахаридов сахароза не имеет свободного полуацетального гидроксила и не обладает восстанавливающими свойствами. Гидролиз сахарозы приводит к образованию смеси, которую называют инвертированным сахаром. В этой смеси преобладает сильно левовращающая фруктоза, которая инвертирует (меняет на обратный) знак вращения правовращающего раствора исходной сахарозы.

Дисахарид лактоза содержится только в молоке и состоит из D-галак-тозы и D-глюкозы. Это – β-галактопиранозил-(1–>4)-глюкопираноза:

Благодаря наличию в молекуле свободного полуацетального гидрокси-ла (в остатке глюкозы) лактоза относится к числу редуцирующих ди-сахаридов.

Среди природных трисахаридов наиболее известна рафиноза, содержащая остатки фруктозы, глюкозы и галактозы. Рафиноза в больших количествах содержится в сахарной свекле и во многих других растениях. В целом олигосахариды, присутствующие в растительных тканях, разнообразнее по своему составу, чем олигосахариды животных тканей.

Предыдущая страница | Следующая страница

СОДЕРЖАНИЕ

Еще по теме:

Дисахариды

Пользователи также искали:

дисахариды биология, дисахариды формула, дисахариды химические свойства, дисахариды названия, дисахариды получение, дисахариды представители, дисахариды применение, восстанавливающие дисахариды, дисахариды, Дисахариды, дисахариды получение, дисахариды химические свойства, дисахариды биология, восстанавливающие дисахариды, дисахариды применение, дисахариды названия, дисахариды формула, названия, формула, получение, химические, свойства, биология, восстанавливающие, применение, представители, дисахариды представители,

. ..

Сахароза (Энциклопедия) | Sugar.Ru

Оглавление

1.1. Сахароза

Для нормального питания взрослого мужчины, не обремененного большой физической работой, требуется принимать в сутки объем пищи, питательная энергетическая ценность (калорийность) которой составляет примерно 3000 ккал. Этому соответствует прием следующего количества основных питательных веществ (в чистом виде): 100 г белков (калорийность 1 г — 4,8 ккал, или 20,1 кДж), 100 г жиров (калорийность 9,3 ккал/г) и 400 г углеводов (калорийность 4 ккал/г).

По калорийности углеводы уступают белкам и жирам, но в суточном рационе человека суммарная калорийность углеводов составляет более половины, а по объему пищи — около двух третей. Именно углеводы являются основным источником энергии для организма человека.

Главный углевод в питании человека — нерастворимый в воде полисахарид крахмал (в хлебном зерне, картофеле и т.п.) — для усвоения в организме должен быть прежде всего разложен на моносахариды и переведен в раствор (это производится ферментами слюны и желудочного сока), на что требуется время. Растворимый же углевод — дисахарид сахароза, или обычный сахар, разлагается на моносахариды (глюкозу и фруктозу) и усваивается значительно быстрее крахмала, поэтому человек так охотно заменяет в своем питании часть крахмала сахаром, имеющим, кроме того, сладкий вкус. Для быстрого восстановления затраченной энергии (при походах, спорте, большой физической работе, для больных и выздоравливающих) сахар как питательное вещество особенно ценен по быстроте и легкости его усваивания.

Благодаря ценным пищевым, вкусовым и физическим свойствам сахароза (сахар) сделалась важнейшим пищевым продуктом первой необходимости.

Быстрая усвояемость сахарозы, однако, не позволяет пользоваться ею как единственным пищевым углеводом. Сравнительно медленно переваривающийся крахмал равномерно снабжает кровь глюкозой. Потребление же сахарозы в значительных дозах перегружает кровь глюкозой, которая в этом случае начинает перерабатываться в жиры, т.е. начинается ожирение организма. Поэтому определено, что лишь до 20 % требуемого количества углеводов может быть потреблена в виде сахара. Таким образом, в сутки допустимо потреблять примерно 80 г сахара во всех его видах (в натуре, в кондитерских изделиях, в напитках и т.п.), что составляет около 30 кг сахара в год.

Обычный сахар, который мы покупаем в магазине, более чем на 99,7 % состоит из сахарозы.

САХАРОЗА принадлежит к большому классу естественных органических веществ, называемых углеводами (соединениями атомов углерода и молекул воды ) с общей формулой: C_m(H₂O)_n

К этому классу относятся более или менее сладкие на вкус сахара как моносахариды (например, глюкоза и фруктоза), так и олигосахариды (например, сахароза и раффиноза), а также полисахариды (например, целлюлоза и крахмал).

Сахароза (тростниковый, свекловичный сахар) представляет собой дисахарид с общей эмпирической формулой С₁₂Н₂₂О₁₁, состоящий из двух равный частей моносахаридов: d-глюкозы и d-фруктозы. Эти моносахариды соединяются друг с другом глюкозидными группами: глюкоза в a-конфигурации и фруктоза в b-конфигурации. В молекуле сахарозы глюкоза находится в форме пиранозы (кольцо пирана), а фруктоза — в фуранозидной форме (кольцо фурана). Таким образом, сахароза — это a-d-глюкопиранозил-b-d-фруктофуранозид.

Рисунок 1 Форма кристалла сахарозы

Молекулярная масса сахарозы — 342,296. Молекула сахарозы содержит 42,11% углерода, 6,43 % водорода и 51,46 % кислорода.

Сахароза является кристаллическим веществом, молекулярное строение которого имеет закономерную для него специальную решетку.

Нормальный, выращенный в чистом растворе кристалл сахарозы имеет сложную многогранную (15 и более граней) форму.

Рисунок 2 Различные формы кристаллов сахара

Известны 15 видов кристаллов сахарозы, часто наблюдаются двойниковые кристаллы, форма кристаллов зависит от условий процесса кристаллизации, примесей в исходном растворе и степени пересыщения сахарозой этого раствора.

Плотность кристаллов сахарозы без включений при 20^оС — 1,5915 г/см³ , удельный объем — 0,628 см³/г .

Кристаллы размером 1,5-2,5 мм относятся к крупной фракции, размером 0,5-1,5 мм — к средней, размером до 0,5 мм — к мелкой.

В 1 г содержится примерно следующее количество кристаллов сахарозы:

крупная фракция	1,5 тыс. шт.
средняя фракция	3 тыс. шт.
мелкая фракция	5 тыс. шт.

Чистые кристаллы сахарозы прозрачны и бесцветны. При раздавливании кристаллы сахарозы дают очень яркие вспышки кристаллолюминисценции. Кристалл сахарозы — изолятор. Объемное термическое расширение сахарозы составляет 0,00011 % на 1°С .

Чистые растворы сахарозы не электропроводны и химически нейтральны, т.е. их рН=7.

В водных растворах сахароза под влиянием кислот, присоединяя воду, расщепляется (процесс инверсии) на свои составные части — глюкозу и фруктозу.

Под действием некоторых ферментов, дрожжей, плесени и бактерий сахароза также разлагается на глюкозу и фруктозу.

Растворимость сахарозы в чистой воде значительна и быстро растет с повышением температуры. В этиловом и метиловом спиртах сахароза практически не растворяется.

Сахароза плавится при температуре 186-188°С, происходит т.н. «кара-мелизация» сахарозы, или образование сложных, окрашенных в бурый цвет горького вкуса веществ.

Химически чистую сахарозу для научных исследований готовят, растворяя в дистиллированной воде лучший рафинированный товарный сахар с последующим осаждением безводным этиловым спиртом, причем этот процесс повторяют несколько раз.

Дисахарид: определение, примеры, функции | Биологический словарь

Определение дисахарида

Дисахарид, также называемый двойным сахаром, представляет собой молекулу, образованную двумя моносахаридами или простыми сахарами. Три распространенных дисахарида — это сахароза, мальтоза и лактоза. У них 12 атомов углерода, а их химическая формула C ₁₂ H ₂₂ O ₁₁ . Другие, менее распространенные дисахариды включают лактулозу, трегалозу и целлобиозу. Дисахариды образуются в результате реакций дегидратации, в которых всего одна молекула воды удаляется из двух моносахаридов.

Функции дисахаридов

Дисахариды — это углеводы, которые содержатся во многих пищевых продуктах и ​​часто добавляются в качестве подсластителей. Например, сахароза — это столовый сахар, и это самый распространенный дисахарид, который едят люди. Он также содержится в других продуктах, таких как свекла. Когда дисахариды, такие как сахароза, перевариваются, они расщепляются на простые сахара и используются для получения энергии. Лактоза содержится в грудном молоке и обеспечивает питание младенцев. Мальтоза — это подсластитель, который часто содержится в шоколадных конфетах и ​​других конфетах.

Растения накапливают энергию в виде дисахаридов, таких как сахароза, и она также используется для транспортировки питательных веществ во флоэме. Поскольку это источник энергии, многие растения, такие как сахарный тростник, богаты сахарозой. Трегалоза используется в качестве транспорта в некоторых водорослях и грибах. Растения также хранят энергию в полисахаридах, которые представляют собой множество моносахаридов, вместе взятых. Крахмал — это наиболее распространенный полисахарид, используемый для хранения в растениях, и он расщепляется на мальтозу. Растения также используют дисахариды для транспортировки моносахаридов, таких как глюкоза, фруктоза и галактоза, между клетками.Упаковка моносахаридов в дисахариды снижает вероятность разрушения молекул во время транспортировки.

Образование и распад дисахаридов

Когда дисахариды образуются из моносахаридов, группа -ОН (гидроксильная) удаляется из одной молекулы, а H (водород) — из другой. Гликозидные связи образуются для соединения молекул; это ковалентные связи между молекулой углевода и другой группой (которая не обязательно должна быть другим углеводом).H и -OH, которые были удалены из двух моносахаридов, соединяются вместе с образованием молекулы воды H ₂ O. По этой причине процесс образования дисахарида из двух моносахаридов называется реакцией дегидратации или реакцией конденсации.

Когда дисахариды расщепляются на их моносахаридные компоненты с помощью ферментов, добавляется молекула воды. Этот процесс называется гидролизом. Его не следует путать с процессом растворения, который происходит, например, при растворении сахара в воде.Сами молекулы сахара не изменяют структуру при растворении. Твердый сахар просто превращается в жидкость и становится растворенным веществом или растворенным компонентом раствора.

Примеры дисахаридов

Сахароза

Сахароза, широко известная как столовый сахар в своей очищенной форме, представляет собой дисахарид, обнаруженный во многих растениях. Он состоит из моносахаридов глюкозы и фруктозы. В виде сахара сахароза является очень важным компонентом рациона человека в качестве подсластителя.Сахар был впервые извлечен и очищен из сахарного тростника в Индии еще в 8 веке до нашей эры. Фактически, слово «конфеты» частично получило свое название от слова khanda , которое на санскрите было названием кристаллов сахара. Сегодня ежегодно производится около 175 тонн сахара.

Люди с врожденной недостаточностью сахаразы-изомальтазы (CSID) не переносят сахарозу и не могут хорошо ее переваривать, так как им не хватает фермента сахароза-изомальтаза. У некоторых людей с CSID также есть проблемы с перевариванием крахмала.Человек с непереносимостью сахарозы должен максимально ограничить сахарозу, и ему, возможно, придется принимать добавки или лекарства.

Мальтоза

Мальтоза, также известная как солодовый сахар, образуется из двух молекул глюкозы. Солод образуется, когда зерна размягчаются и растут в воде, и он входит в состав пива, крахмалистых продуктов, таких как хлопья, макаронные изделия и картофель, а также многих подслащенных обработанных пищевых продуктов. В растениях мальтоза образуется при расщеплении крахмала для употребления в пищу. Он используется при прорастании семян для роста.

Лактоза

Лактоза, или молочный сахар, состоит из галактозы и глюкозы. Молоко млекопитающих содержит много лактозы и обеспечивает младенцев питательными веществами. Большинство млекопитающих могут переваривать лактозу только в младенчестве и теряют эту способность по мере взросления. Фактически, люди, которые способны переваривать молочные продукты во взрослом возрасте, на самом деле имеют мутацию, которая позволяет им это делать. Вот почему так много людей не переносят лактозу; у людей, как и у других млекопитающих, не было способности переваривать лактозу в детстве, пока эта мутация не стала распространенной в определенных популяциях около 10 000 лет назад.Сегодня количество людей с непереносимостью лактозы широко варьируется в зависимости от населения: от <10% в Северной Европе до 95% в некоторых частях Африки и Азии. Традиционные диеты разных культур отражают это в количестве потребляемых молочных продуктов.

На этой карте показаны показатели непереносимости лактозы во всем мире.

Трегалоза

Трегалоза также состоит из двух молекул глюкозы, как и мальтоза, но молекулы связаны по-разному. Он содержится в некоторых растениях, грибах и животных, таких как креветки и насекомые.Уровень сахара в крови многих насекомых, таких как пчелы, кузнечики и бабочки, состоит из трегалозы. Они используют его как эффективную молекулу-хранилище, которая при разложении обеспечивает быструю энергию для полета.

Лактулоза

Лактулоза образуется из фруктозы и галактозы. Его можно использовать для лечения запоров и заболеваний печени, а также для проверки роста бактерий в тонком кишечнике. В некоторых странах его используют в пищевых продуктах, но в Соединенных Штатах это запрещено, поскольку он рассматривается как лекарство, которое потенциально может нанести вред диабетикам.

Целлобиоза

Подобно мальтозе и трегалозе, целлобиоза также состоит из двух молекул глюкозы, но они связаны еще одним другим способом. Установлено, что целлюлоза, основной компонент стенок растительных клеток, подвергается гидролизу. Целлобиоза используется в бактериологии, при изучении бактерий, для проведения химических анализов.

Хитобиоза

Хитобиоза состоит из двух связанных молекул глюкозамина. Структурно он очень похож на целлобиозу, за исключением того, что он имеет N-ацетиламиногруппу, где целлобиоза имеет гидроксильную группу.Он содержится в некоторых бактериях и используется в биохимических исследованиях для изучения активности ферментов. Кроме того, он содержится в хитине, который составляет стенки клеток грибов, экзоскелеты насекомых, членистоногих и ракообразных, а также содержится в рыбах и головоногих моллюсках, таких как осьминоги и кальмары.

• Углеводы — органическая молекула, состоящая из углерода, водорода и кислорода с соотношением водорода к кислороду 2: 1.
• Глюкоза — моносахарид, используемый для получения энергии; он содержится в крови животных и создается во время фотосинтеза растений.
• Моносахарид — Простые углеводы; два из них соединяются, образуя дисахарид.
• Крахмал — Длинные цепочки глюкозы, производимые установками для хранения энергии; это обычное явление в рационе человека.

Тест

1. Какой дисахарид состоит из двух молекул глюкозы и содержится во многих пищевых продуктах в качестве подсластителя?
A. Сахароза
B. Мальтоза
C. Лактоза
D. Трегалоза

Ответ на вопрос № 1

B правильный.Мальтоза состоит из двух молекул глюкозы. Его добавляют во многие продукты, такие как шоколад и конфеты, чтобы придать им сладкий вкус. Он также содержится в пиве (солодовый ликер — это пиво с высоким содержанием алкоголя из-за большего количества сброженных сахаров).

2. Какая фраза описывает дисахарид лактозу?
A. Обычно известный как столовый сахар
B. Образуется, когда зерна размягчаются и прорастают в воде
C. Используется для проведения химического анализа бактерий
D. Содержится в молоке, обеспечивает питательными веществами младенцев млекопитающих.

Ответ на вопрос № 2

D правильный. Лактоза содержится в большом количестве в молоке и обеспечивает младенцев питательными веществами, необходимыми им для развития и роста. Вариант A описывает сахарозу, вариант B описывает мальтозу, а вариант C описывает целлобиозу.

3. Какие два моносахарида соединяются с образованием сахарозы?
A. Глюкоза и фруктоза
B. Глюкоза и галактоза
C. Глюкоза и глюкоза
D. Фруктоза и галактоза

Ответ на вопрос № 3

A правильный. Сахароза состоит из глюкозы и фруктозы. Вариант B описывает лактозу, а вариант C описывает мальтозу (чаще всего, хотя он также может описывать трегалозу и целлобиозу). Вариант D — лактулоза.

Дисахариды — обзор | Темы ScienceDirect

Дисахариды

Структуры некоторых дисахаридов показаны на Рисунке 8.8. Мальтоза состоит из двух остатков глюкозы, соединенных α-гликозидной связью между C1 одного остатка и C4 другого остатка [обозначенный α (1 → 4)]. В мальтозе второй сахарный остаток имеет незамещенный аномерный атом углерода и, следовательно, может действовать как восстанавливающий агент, а также проявлять мутаротацию. В трегалозе два остатка глюкозы соединены α-связью через оба аномерных атома углерода; следовательно, дисахарид не является редуцирующим сахаром и не проявляет мутаротации. Лактоза, синтезируемая только секреторными клетками молочной железы во время лактации, представляет собой дисахарид, состоящий из галактозы и глюкозы.Гликозидная связь — это β-связь между C1 галактозы и C4 глюкозы (рис. 8.8). Лактоза является редуцирующим сахаром и проявляет мутаротацию за счет аномерного С1 остатка глюкозы. Лактулоза представляет собой синтетический дисахарид, состоящий из галактозы и фруктозы, связанных через β-связь между C1 галактозы и C4 фруктозы. Он используется при лечении некоторых форм хронических заболеваний печени (таких как печеночная энцефалопатия), при которых содержание аммиака в крови повышено (гипераммониемия).Обычно аммиак, вырабатываемый в желудочно-кишечном тракте, в основном в толстой кишке под действием микробов, транспортируется в печень через портальную систему кровообращения и инактивируется путем преобразования в мочевину (Глава 15). Пероральное введение лактулозы снимает гипераммониемию за счет преобразования микрофлоры в толстой кишке в различные органические кислоты (например, молочную кислоту), которые подкисляют содержимое толстой кишки. Лактулоза не расщепляется и не всасывается в тонком кишечнике. Снижение pH просвета толстой кишки способствует превращению аммиака (NH ₃ ) в ион аммония (NH ₄ ⁺ ), который плохо абсорбируется, и, таким образом, его абсорбция снижается.Снижение pH в просвете может дополнительно способствовать развитию микрофлоры, которая вызывает снижение выработки аммиака, а также увеличивает его использование. Осмотическая активность дисахарида и его метаболитов вызывает осмотическую диарею, которая полезна для удаления токсичных продуктов жизнедеятельности.

Рисунок 8.8. Структуры некоторых дисахаридов. * Аномерные атомы углерода. Все конструкции являются проекциями Хауорта.

Другой синтетический невсасывающийся дисахарид, используемый при лечении печеночной энцефалопатии, — это лактитол (β-галактозидосорбитол).По сравнению с лактулозой лактитол имеет преимущество в виде более высокой вкусовой привлекательности и меньшего количества побочных эффектов (например, метеоризма). Выработку аммиака в просвете толстой кишки бактериями, продуцирующими уреазу, можно уменьшить путем введения антибиотиков, таких как неомицин или метронидазол. Терапевтический эффект комбинированного применения неабсорбируемого дисахарида и антибиотика может быть результатом метаболизма дисахарида устойчивыми к антибиотикам бактериями.

Сахароза, широко распространенный дисахарид, обнаруживаемый во многих растениях (тростниковый сахар и свекольный сахар), состоит из фрагментов глюкозы и фруктозы, связанных вместе посредством C1 глюкозы и C2 фруктозы. Сахароза не является редуцирующим сахаром и не вызывает мутаций. Из-за сладкого вкуса сахароза употребляется в больших количествах. Восприятие сладости опосредуется вкусовыми сосочками, погруженными в язык и слизистые оболочки полости рта. Вкусовая луковица, похожий на грушу орган, состоит из сенсорных клеток (вкусовых клеток), переплетенных с разветвленной сетью нервных волокон. Вкусовая луковица содержит еще два типа клеток: базальные и опорные. Сенсорные клетки имеют короткую продолжительность жизни, около 10 дней, и новые клетки происходят из базальных клеток, которые постоянно подвергаются митозу.Сенсорные клетки содержат микроворсинки (тонкие волосковидные выступы на поверхности клеток). Микроворсинки выступают через поры вкусовых рецепторов, образуя рецепторную поверхность для восприятия вкуса. Легко растворимые и диффундирующие вещества, такие как соль (NaCl) и сахар, проникают во вкусовые поры и вызывают вкусовые ощущения. Химические стимулы, получаемые сенсорными клетками, преобразуются в электрические импульсы. Эти импульсы, в свою очередь, передаются нервным волокнам через нейротрансмиттеры.Менее растворимые и диффундирующие соединения, такие как крахмал и белок, соответственно вызывают меньше вкусовых ощущений.

Пять основных вкусовых ощущений, воспринимаемых вкусовыми рецепторными клетками (TRC): сладкое, соленое, горькое, кислое и умами. У людей вкусовые ощущения умами характеризуются восхитительным ароматом и вызываются двумя аминокислотами, глутаматом натрия (MSG) и аспартатом. Хемосенсорные ощущения вкуса, получаемые TRC, преобразуются в электрические импульсы, которые в конечном итоге распознаются мозгом.На молекулярном уровне восприятие вкуса опосредуется ионотропными каналами и рецепторами, связанными с G-белками (GPCR; Глава 28). Три семейства GPCR, а именно T1R1, T1R2 и T1R3, в виде гомодимерных или гетеродимерных рецепторных комплексов, являются рецепторами для лигандов сладкого вкуса и вкуса умами. Длинные аминоконцевые внеклеточные домены или GPCR, которые выглядят как цветная капуста, обеспечивают сайты для распознавания и связывания лиганда (ов). Например, гетеродимерный комплекс рецепторов сладкого вкуса T1R2 и T1R3 обеспечивает рецепторы для природных, искусственных и белковых соединений, придающих сладкий вкус.Ощущение умами и вкус умами усиливаются пуриновыми нуклеотидами IMP и GMP.

В отличие от сладкого и умами, рецепторы горького вкуса состоят из множества дивергентных GPCR (T2R), кодируемых большим семейством генов. Считается, что эволюция распознавания горького вкуса произошла с целью предотвращения попадания в организм токсичных соединений, независимо от их структуры.

Сигнальные пути второго мессенджера, расположенные ниже по течению, как для T1R, так и для T2R, состоят из опосредованной G-белком активации фосфолипазы C.Этот процесс приводит к образованию двух внутриклеточных мессенджеров: инозитол-1,4,5-трифосфата (IP ₃ ) и диацилглицерина (DAG) (Глава 28).

Восприятие как соленого, так и кислого вкуса опосредуется специализированными ионно-мембранными каналами Na ⁺ и H ⁺ , расположенными на апикальной клеточной поверхности TRC. Каждая вкусовая почка обладает разной степенью чувствительности ко всем четырем качествам, но обычно она имеет наибольшую чувствительность к одному или двум. Интеграция вкусового восприятия происходит в коре головного мозга, которая получает нервные сигналы, исходящие от вкусовых сосочков, которые проходят через мозговой слой и таламус.Важной функцией вкусового восприятия является обеспечение рефлекторных стимулов, регулирующих выделение слюны. Приятное восприятие вкуса увеличивает выработку слюны, тогда как неприятный вкус снижает выработку. Вкус также влияет на общий процесс пищеварения, влияя на сокращения желудка, панкреатический кровоток и перистальтику кишечника.

На выбор пищи и пищевые привычки влияют вкус и запах, которые взаимосвязаны. Обоняние находится в рецепторах специализированных биполярных нейрональных клеток (обонятельных клеток), расположенных на каждой стороне верхней части носовой полости.Подобно вкусовым сенсорным клеткам рецепторы обонятельных клеток с ресничками, выступающими в слизь, покрывающую эпителий, также подвергаются непрерывному обновлению, но с более длительной скоростью обновления, составляющей около 30 дней. Рецепторы обонятельных клеток стимулируются летучими соединениями, переносимыми по воздуху. Поскольку восприятие вкуса и запаха вызывается химическими веществами; они называются хемосенсорными восприятиями . На молекулярном уровне они опосредуются ионотропными каналами и рецепторами, связанными с G-белками (Глава 28).На хемосенсорное восприятие влияет ряд факторов. Нормальное старение приводит к перцепционным, а также анатомическим потерям в хемосенсорных процессах. Старение сопровождается повышенными порогами вкуса и запаха. Например, пожилым людям нужно в два-три раза больше сахара или соли, чем молодым людям, чтобы иметь такую ​​же степень вкусового восприятия. Снижение остроты зрения химиотерапии может способствовать снижению веса и нарушению питания у пожилых людей. Другие причины хемосенсорных расстройств включают нарушения питания и гормонов, инфекционные заболевания, лечение лекарствами, лучевую терапию или хирургическое вмешательство.Сахар имеет разную степень сладости (таблица 8. 1). Сахароза слаще других распространенных дисахаридов, мальтозы и лактозы. D-фруктоза слаще, чем D-глюкоза или сахароза. D-фруктоза производится в промышленных масштабах, начиная с гидролиза кукурузного крахмала с образованием D-глюкозы, которая впоследствии превращается в D-фруктозу с помощью растительного фермента глюкозоизомеразы.

Таблица 8.1. Относительная сладость сахаров, сахарных спиртов и неуглеводных подсластителей

9019 90 285

Синтетические неуглеводные соединения также могут давать сладкий вкус. Сахарин, синтетическое соединение, на вкус в 400 раз слабее сахарозы и имеет следующую структуру:

Другим синтетическим подсластителем является дипептид аспартам (метиловый эфир L-аспартил-L-фенилаланина). Аспартам в 160 раз слаще сахарозы и, в отличие от сахарина, не имеет послевкусия. Искусственные подсластители из-за их высокой степени сладости в пересчете на массу тела по сравнению с сахарозой вносят очень мало энергии в питание человека. Они полезны при лечении ожирения и сахарного диабета.Однако использование аспартама во время беременности, особенно лицами, гетерозиготными или гомозиготными по фенилкетонурии (глава 15), может быть опасным для плода.

Восприятие сладкого вкуса может быть вызвано широким спектром химических соединений. Два встречающихся в природе сладких белка, тауматин и монеллин, получены из плодов двух африканских растений, называемых катемфе и ягодами серендипити, соответственно. Эти два белка очень сладкие и вызывают ощущение сладости при концентрации всего 10 ^-8 моль / л.Несмотря на сходство сладости, тауматин и монеллин не имеют значительного структурного сходства в отношении аминокислотной последовательности или кристаллической структуры. Однако они действительно проявляют иммунологическую перекрестную реактивность, что указывает на общие химические и структурные особенности. Природный гликозид стевиола со сладким вкусом, известный как ребаудиозид A , обнаруженный в листьях растений стевии, произрастающих в Парагвае и Бразилии, недавно был одобрен для употребления человеком в Соединенных Штатах.Сладкие вещества могут действовать как краткосрочные антидепрессанты, предположительно за счет повышения уровня серотонина (метаболита триптофана) в центральной нервной системе. Это свойство сладких углеводов может невольно способствовать развитию ожирения у восприимчивых людей.

14.6: Дисахариды — Chemistry LibreTexts

Лактоза

Лактоза известна как молочный сахар , потому что она содержится в молоке людей, коров и других млекопитающих. Фактически, естественный синтез лактозы происходит только в тканях молочной железы, тогда как большинство других углеводов являются растительными продуктами.Грудное молоко содержит около 7,5% лактозы, а коровье молоко — около 4,5%. Этот сахар является одним из самых низких по сладости, он составляет примерно одну шестую сладости сахарозы. Лактозу в промышленных масштабах производят из сыворотки, побочного продукта при производстве сыра. Он важен в качестве детского питания и при производстве пенициллина.

Лактоза — это редуцирующий сахар, состоящий из одной молекулы D-галактозы и одной молекулы D-глюкозы, соединенных β-1,4-гликозидной связью (связь от аномерного углерода первой моносахаридной единицы направлена ​​вверх).Два моносахарида получают из лактозы путем кислотного гидролиза или каталитического действия фермента лактазы :

Многие взрослые и некоторые дети страдают дефицитом лактазы. Считается, что эти люди не переносят лактозу, потому что они не могут переваривать лактозу, содержащуюся в молоке. Более серьезная проблема — это генетическое заболевание галактоземия, которое возникает из-за отсутствия фермента, необходимого для превращения галактозы в глюкозу. Некоторые бактерии могут метаболизировать лактозу, образуя молочную кислоту в качестве одного из продуктов.Эта реакция отвечает за «скисание» молока.

Пример \ (\ PageIndex {1} \)

Для этого трисахарида укажите, является ли каждая гликозидная связь α или β.

Решение

Гликозидная связь между сахарами 1 и 2 — β, потому что связь направлена ​​вверх от аномерного углерода. Гликозидная связь между сахарами 2 и 3 является α, потому что связь направлена ​​вниз от аномерного углерода.

Упражнение \ (\ PageIndex {1} \)

Для этого трисахарида укажите, является ли каждая гликозидная связь α или β.

Для вашего здоровья: непереносимость лактозы и галактоземия

Лактоза составляет около 40% рациона младенца в течение первого года жизни. Младенцы и маленькие дети имеют одну форму фермента лактазы в тонком кишечнике и могут легко переваривать сахар; однако у взрослых обычно имеется менее активная форма фермента, и около 70% взрослого населения мира испытывает некоторый дефицит в его производстве. В результате у многих взрослых наблюдается снижение способности гидролизовать лактозу до галактозы и глюкозы в тонком кишечнике.У некоторых людей неспособность синтезировать достаточное количество ферментов увеличивается с возрастом. До 20% населения США в той или иной степени страдает непереносимостью лактозы.

У людей с непереносимостью лактозы часть негидролизованной лактозы попадает в толстую кишку, где она имеет тенденцию втягивать воду из межклеточной жидкости в просвет кишечника путем осмоса. В то же время кишечные бактерии могут воздействовать на лактозу с образованием органических кислот и газов. Накопление воды и продуктов бактериального распада приводит к вздутию живота, судорогам и диарее, которые являются симптомами этого состояния.

Симптомы исчезают, если молоко или другие источники лактозы исключены из рациона или потребляются в умеренных количествах. В качестве альтернативы, во многих продовольственных магазинах сейчас продаются специальные марки молока, предварительно обработанные лактазой для гидролиза лактозы. Приготовление или ферментация молока вызывает по крайней мере частичный гидролиз лактозы, поэтому некоторые люди с непереносимостью лактозы все еще могут есть сыр, йогурт или приготовленные продукты, содержащие молоко. Однако наиболее распространенным лечением непереносимости лактозы является использование препаратов лактазы (например,g., Lactaid), которые доступны в жидкой и таблетированной форме в аптеках и продуктовых магазинах. Их принимают перорально с молочными продуктами или можно добавлять к ним напрямую, чтобы улучшить их пищеварение.

Галактоземия — это состояние, при котором отсутствует один из ферментов, необходимых для превращения галактозы в глюкозу. Следовательно, уровень галактозы в крови заметно повышен, и галактоза обнаруживается в моче. Младенец с галактоземией испытывает отсутствие аппетита, потерю веса, диарею и желтуху.Заболевание может привести к нарушению функции печени, катаракте, умственной отсталости и даже смерти. Если галактоземия распознается в раннем младенчестве, ее последствия можно предотвратить, исключив из рациона молоко и все другие источники галактозы. По мере взросления ребенка с галактоземией у него или нее обычно появляется альтернативный путь метаболизма галактозы, поэтому потребность в ограничении потребления молока не является постоянной. Заболеваемость галактоземией в США составляет 1 на 65 000 новорожденных.

Сахароза

Сахароза, вероятно, самое продаваемое чистое органическое соединение в мире, известное как сахар свекловичный , сахар тростниковый , столовый сахар или просто сахар . Большую часть продаваемой сахарозы получают из сахарного тростника и сахарной свеклы (соки которых содержат 14–20% сахарозы) путем выпаривания воды и перекристаллизации. Темно-коричневая жидкость, которая остается после перекристаллизации сахара, продается как патока.

Молекула сахарозы уникальна среди обычных дисахаридов тем, что имеет α-1, β-2-гликозидную (прямую) связь.Поскольку эта гликозидная связь образована группой ОН аномерного углерода α-D-глюкозы и группой ОН аномерного углерода β-D-фруктозы, она связывает аномерные атомы углерода как глюкозы, так и фруктозы.

Эта связь придает сахарозе определенные свойства, которые сильно отличаются от свойств мальтозы и лактозы. Пока молекула сахарозы остается неповрежденной, ни один из моносахаридов не «нециклизуется» с образованием структуры с открытой цепью. Таким образом, сахароза неспособна к мутаротации и существует только в одной форме как в твердом состоянии, так и в растворе.Кроме того, сахароза не вступает в реакции, типичные для альдегидов и кетонов. Следовательно, сахароза — невосстанавливающий сахар.

Гидролиз сахарозы в разбавленной кислоте или под действием фермента , сахарозы (также известной как инвертаза) дает эквимолярную смесь глюкозы и фруктозы. Эта смесь 1: 1 называется инвертным сахаром , потому что он вращает плоско-поляризованный свет в противоположном направлении, чем сахароза. Реакция гидролиза имеет несколько практических применений.Сахароза легко перекристаллизовывается из раствора, но инвертный сахар гораздо чаще остается в растворе. При производстве желе и конфет, а также при консервировании фруктов перекристаллизация сахара нежелательна. Следовательно, в этих процессах используются условия, приводящие к гидролизу сахарозы. Более того, поскольку фруктоза слаще сахарозы, гидролиз усиливает подслащивающий эффект. Пчелы проводят эту реакцию, когда производят мед.

Средний американец потребляет более 100 фунтов сахарозы в год.Около двух третей этого количества попадает в безалкогольные напитки, подслащенные злаки и другие продукты с высокой степенью переработки. Широкое использование сахарозы является фактором, способствующим ожирению и кариесу. Углеводы, такие как сахароза, превращаются в жир, когда потребление калорий превышает потребности организма, а сахароза вызывает кариес, способствуя образованию налета, который прилипает к зубам.

Сводка

Мальтоза состоит из двух молекул глюкозы, соединенных α-1,4-гликозидной связью.Это редуцирующий сахар, который содержится в прорастающих зернах. Лактоза состоит из молекулы галактозы, соединенной с молекулой глюкозы β-1,4-гликозидной связью. Это редуцирующий сахар, который содержится в молоке. Сахароза состоит из молекулы глюкозы, соединенной с молекулой фруктозы α-1, β-2-гликозидной связью. Это невосстанавливающий сахар, который содержится в сахарном тростнике и сахарной свекле.

Дисахариды

Дисахариды

Конденсация сахаров

Дисахариды образуются в результате реакций конденсации двух простых молекул сахара. Конденсация — потеря воды в химической реакции. Две группы ОН, по одной от каждой молекулы сахара, объединяются, чтобы высвободить воду и образовать кислородный мостик между ними. Одна из групп ОН присоединена к аномальному атому углерода () (к атому углерода, с которым связаны 2 атома кислорода).

Здесь вы видите образование сахарозы из 6-членной формы глюкозы и 5-членной формы фруктозы. Обратите внимание, что линейная фруктоза имеет кетон, а не альдегидную группу. Какой углерод в глюкозе и фруктозе будет карбонильным углеродом в линейной форме?

Другой пример — конденсация 2 молекул глюкозы.

---

Примеры дисахаридов

Типы соединений	Процент сладости по отношению к сахарозе
Дисахариды
Сахароза
Мальтоза	30
Моносахариды
Глюкоза	50–70
Фруктоза	130–170				Галактики	Сорбитол	35–60
Маннитол	45–60
Ксилит	200–250
Неуглеводные подсластители

		Сахароза — дисахарид глюкозы и фруктозы. Это обычный столовый сахар, который получают из сахарного тростника и сахарной свеклы. Кленовый сироп также содержит сахарозу.
Мальтоза образуется в результате связывания двух молекул глюкозы. Он образуется, когда фермент амилаза расщепляет крахмал. Мальтоза образуется в прорастающих зернах злаков и играет важную роль в производстве спирта путем ферментации.
		Это дисахарид галактозы и глюкозы. Лактозу также называют молочным сахаром, и она составляет от 2 до 8% молока.

---

Шаг 1: Протонирование сахаров

Большинство реакций включает комбинацию электрофила и нуклеофила. Помните, что сильно электрофильный углерод образуется в результате протонирования простого сахара.

Катион на углероде стабилизирован соседним атомом кислорода.Пустая p-орбиталь углерода может перекрываться с заполненной p-орбиталью кислорода. Однако углерод по-прежнему беден электронами и будет быстро реагировать с нуклеофилами.

---

Шаг 2: Добавление нуклеофила

Большинство реакций можно рассматривать как присоединение нуклеофила к электрофилу. В кислотно-основных реакциях основание также является нуклеофилом и соединяется с протоном, электрофилом. Когда карбонильные соединения восстанавливаются борогидридными реагентами, к нуклеофильному карбонильному углероду добавляется нуклеофильный гидрид.

В каждой из приведенных ниже реакций изогнутая стрелка указывает движение электронной пары от нуклеофила к электрофилу. Это очень полезный способ показать механизм реакции. Никогда показать стрелку от электрофила к нуклеофилу!

Доступный атом кислорода гидрокси на простом сахаре действует как нуклеофил и присоединяется к электрофильному атому углерода атома сахара. После добавления мостиковый кислород теряет протон.

Назад Компас Столы Индекс Вступление Следующий

Молекула сахарозы

Сахароза (C ₁₂ H ₂₂ O ₁₁ ) химическое название столового сахара .Сахароза — дисахарид; каждая молекула состоит двух «простых» сахаров (глюкозы и фруктозы), называемых моносахаридами.

Состав

Молекула сахарозы представляет собой дисахарид, состоящий из одной молекулы. глюкозы, связанной гликозидной связью с одним молекула фруктозы.

Для просмотра молекулы сахарозы в 3D — >> в 3D с Jmol

Химические и физические свойства сахарозы

В сахарозе компоненты глюкоза и фруктоза связаны ацетальной связью между C1 на глюкозильной субъединице и C2 на фруктозильной единице.Связь называется гликозидной связью. Глюкоза существует преимущественно в виде двух изомерных «пираноз» (α и β), но только одна из этих форм связана с фруктозой. Сама фруктоза существует как смесь «фураноз», каждая из которых имеет α- и β-изомеры, но только один конкретный изомер связан с глюкозильным звеном. В сахарозе примечательно то, что, в отличие от большинства дисахаридов, гликозидная связь образуется между восстанавливающими концами как глюкозы, так и фруктозы, а не между восстанавливающим концом одного и невосстанавливающим концом другого.Эта связь препятствует дальнейшему связыванию с другими сахаридными звеньями. Поскольку он не содержит аномерных гидроксильных групп, он классифицируется как невосстанавливающий сахар.

Сахароза кристаллизуется в моноклинной пространственной группе P21 с параметрами решетки при комнатной температуре a = 1.08631 нм, b = 0.87044 нм, c = 0.77624 нм, β = 102.938 °.

Чистота сахарозы измеряется поляриметрическим методом путем вращения плоско-поляризованного света раствором сахара. Удельное вращение при 20 ° C с использованием желтого света «натрий-D» (589 нм) составляет +66.47 °. Коммерческие образцы сахара анализируются с использованием этого параметра. Сахароза не портится в условиях окружающей среды.

Производство

Сахароза обычно добывается из сахарного тростника или сахарная свекла, а затем очищенная и кристаллизованная. Другой (второстепенные) коммерческие источники — сорго и сахарный клен.

Использование

Чистая сахароза — самый распространенный подсластитель в современный индустриальный мир.Люди и на самом деле большинство других млекопитающих, кроме представителей семейство кошачьих, с радостью примет сладкую еду с сахарозой, даже если они не голодны. Обработанный пища и нездоровая пища часто содержат сахарозу.

Воздействие на здоровье

Сахароза оказывает неблагоприятное воздействие на здоровье. Большинство распространенным является кариес, при котором бактерии во рту превращают сахарозу в кислоту, которая разрушает зубную эмаль.Сахароза имеет высокую калорийность и также считается вызвать ожирение. Людям с сахарным диабетом необходимо контролировать потребление сахарозы.

Заменители сахара

Из-за воздействия сахарозы на здоровье некоторые заменители были разработаны, хотя ни один кажутся такими же универсальными, как сахар в кулинарии и они могут иметь другие последствия для здоровья.

MCAT Мнемоника: Дисахариды | Предполагаемый врач

Кен Тао, эксперт MedSchoolCoach по MCAT, обсудит, что «супер светящиеся лягушки оставляют светящиеся сады» — это мнемоника, которая поможет вам вспомнить, что сахароза = глюкоза + фруктоза и что лактоза = галактоза + глюкоза.

---

Полная транскрипция

С возвращением в очередной выпуск MCAT Mnemonic Monday. Меня зовут Кен, я эксперт по MCAT в MedSchoolCoach.Сегодня у нас есть мнемоника по дисахаридам по органической химии.

Вы, вероятно, вспомните из уроков органической химии, что углеводы являются одним из четырех типов биологических макромолекул. Строительный блок или единица углеводов называется моносахаридом. Вы можете взять пару моносахаридов и связать их вместе, чтобы образовать дисахарид.

Вы также можете связать множество молекул моносахаридов вместе с образованием полисахарида.

Для MCAT важно знать важные дисахариды.Особенно сахароза и лактоза.

Сахароза — сахар столовый. Это дисахарид, состоящий из глюкозы и фруктозы. Это два моносахарида.

Лактоза — это дисахарид, который содержится во многих молочных продуктах. Возможно, вы слышали о некоторых людях, у которых с возрастом наблюдается непереносимость лактозы. Лактоза как дисахарид вызывает эту непереносимость.

Это дисахариды, состоящие из галактозы и глюкозы — двух моносахаридов, связанных вместе.

Наша сегодняшняя мнемоника поможет вам вспомнить, из чего состоят эти два дисахарида с точки зрения их моносахаридных единиц.Мнемоника звучит так: «супер светящиеся лягушки оставляют светящиеся сады».

«Супер светящиеся лягушки» предназначены для сахарозы, глюкозы и фруктозы. Хорошо. Супер светящиеся лягушки.

«Оставьте светящиеся сады» для лактозы, галактозы и глюкозы.

Таким образом, если вы используете супер светящиеся лягушки, оставляющие светящиеся сады, это поможет вам отслеживать, когда эти два дисахарида созданы для MCAT.

Сложных углеводов образуются за счет связывания моносахаридов — Биохимия

Поскольку сахара содержат много гидроксильных групп, гликозидные связи могут соединять один моносахарид с другим. Олигосахариды образованы связыванием двух или более моносахаридов O -гликозидными связями (). В мальтозе, например, два остатка d-глюкозы соединены гликозидной связью между α-аномерной формой C-1 на одном сахаре и гидроксильным атомом кислорода на C-4 соседнего сахара. Такая связь называется α-1,4-гликозидной связью. Тот факт, что моносахариды имеют несколько гидроксильных групп, означает, что возможны различные гликозидные связи. Действительно, широкий спектр этих связей в сочетании с широким спектром моносахаридов и их многих изомерных форм делает молекулы сложных углеводов, богатых информацией.

Рис. 11.10

Мальтоза, дисахарид. Две молекулы глюкозы связаны α-1,4-гликозидной связью с образованием дисахарида мальтозы.

11.2.1. Сахароза, лактоза и мальтоза являются общими дисахаридами

Дисахарид состоит из двух сахаров, соединенных O -гликозидной связью. Три распространенных дисахарида — это сахароза, лактоза и мальтоза (). Сахароза (обычный столовый сахар) коммерчески получают из тростника или свеклы.Аномерные атомы углерода единицы глюкозы и единицы фруктозы соединены в этом дисахариде; конфигурация этой гликозидной связи — α для глюкозы и β для фруктозы. Сахароза может расщепляться на составляющие ее моносахариды ферментом сахарозой.

Рисунок 11.11

Общие дисахариды. Сахароза, лактоза и мальтоза являются общими диетическими компонентами.

Лактоза, дисахарид молока, состоит из галактозы, соединенной с глюкозой β-1,4-гликозидной связью.Лактоза гидролизуется до этих моносахаридов с помощью лактазы у людей (Раздел 16.1.12) и β-галактозидазы у бактерий. В мальтозе, две единицы глюкозы соединены α-1,4-гликозидной связью, как указывалось ранее. Мальтоза образуется в результате гидролиза крахмала и, в свою очередь, гидролизуется до глюкозы с помощью мальтазы . Сахараза, лактаза и мальтаза расположены на внешних поверхностях эпителиальных клеток, выстилающих тонкий кишечник ().

Рисунок 11.12

Электронная микрофотография микроворсинки. Лактаза и другие ферменты, гидролизующие углеводы, присутствуют на микроворсинках, которые выступают с внешней стороны плазматической мембраны эпителиальных клеток кишечника. [Из M. S. Mooseker и L.G. Tilney, J. Cell. (подробнее …)

11.2.2. Гликоген и крахмал — подвижные запасы глюкозы

Большие полимерные олигосахариды, образованные связью нескольких моносахаридов, называются полисахаридами .Полисахариды играют жизненно важную роль в хранении энергии и в поддержании структурной целостности организма. Если все моносахариды одинаковы, эти полимеры называются гомополимерами . Самый распространенный гомополимер в клетках животных — это гликоген, — форма хранения глюкозы. Как будет подробно рассмотрено в главе 21, гликоген — это очень большой разветвленный полимер остатков глюкозы. Большинство глюкозных единиц в гликогене связаны α-1,4-гликозидными связями. Разветвления образованы α-1,6-гликозидными связями, присутствующими примерно один раз из 10 звеньев ().

Рисунок 11.13

Точка разветвления в гликогене. Две цепи молекул глюкозы, соединенные α-1,4-гликозидными связями, связаны α-1,6-гликозидной связью, образуя точку разветвления. Такая α-1,6-гликозидная связь образуется примерно через каждые 10 единиц глюкозы, (подробнее …)

Питательный резервуар в растениях составляет крахмала, из которых существуют в двух формах. Амилоза, неразветвленный тип крахмала, состоит из остатков глюкозы в α-1,4 связи. Амилопектин, — разветвленная форма, имеет примерно 1 α-1,6-связь на 30 α-1,4-связей, аналогично гликогену, за исключением его более низкой степени разветвления.Более половины углеводов, потребляемых человеком, составляет крахмал. И амилопектин, и амилоза быстро гидролизуются α-амилазой, ферментом, секретируемым слюнными железами и поджелудочной железой.

11.2.3. Целлюлоза, основной структурный полимер растений, состоит из линейных цепочек глюкозных единиц

Целлюлоза, , другой основной полисахарид глюкозы, обнаруженный в растениях, выполняет структурную, а не питательную роль. Целлюлоза — одно из самых распространенных органических соединений в биосфере. Около 10 ¹⁵ кг целлюлозы синтезируется и разлагается на Земле каждый год. Это неразветвленный полимер, состоящий из остатков глюкозы, соединенных связями β-1,4. Β-конфигурация позволяет целлюлозе образовывать очень длинные прямые цепи. Фибриллы образованы параллельными цепочками, которые взаимодействуют друг с другом посредством водородных связей. Связи α-1,4 в гликогене и крахмале производят очень иную молекулярную архитектуру, чем у целлюлозы. Вместо прямой цепочки образуется полая спираль ().Эти различные последствия α- и β-связей имеют биологическое значение. Прямая цепь, образованная β-связями, оптимальна для создания волокон с высокой прочностью на разрыв. Напротив, открытая спираль, образованная α-связями, хорошо подходит для формирования доступного запаса сахара. У млекопитающих отсутствуют целлюлазы, поэтому они не могут переваривать древесные и растительные волокна.

Рисунок 11.14

Гликозидные связи определяют структуру полисахарида. Связи β-1,4 отдают предпочтение прямым цепям, которые оптимальны для структурных целей.Связи α-1,4 благоприятствуют изогнутым структурам, которые больше подходят для хранения.

11.2.4. Гликозаминогликаны представляют собой цепочки анионных полисахаридов, состоящие из повторяющихся дисахаридных единиц

Другой вид повторяющихся полисахаридов присутствует на поверхности клеток животных и во внеклеточном матриксе. Многие гликозаминогликанов состоят из повторяющихся дисахаридных единиц , содержащих производное аминосахара , глюкозамина или галактозамина ().По крайней мере, один из сахаров в повторяющейся единице имеет отрицательно заряженную карбоксилатную или сульфатную группу. Хондроитинсульфат, кератансульфат, гепарин, гепарансульфат, дерматансульфат и гиалуронат являются основными гликозаминогликанами.

Рисунок 11.15

Повторяющиеся единицы в гликозаминогликанах. Структурные формулы пяти повторяющихся единиц важных гликозаминогликанов иллюстрируют разнообразие возможных модификаций и связей. Аминогруппы показаны синим цветом, а отрицательно заряженные группы — (подробнее…)

Гликозаминогликаны обычно присоединяются к белкам с образованием протеогликанов. Гепарин синтезируется в несульфатированной форме, которая затем деацетилируется и сульфатируется. Неполная модификация приводит к смеси различных сульфатированных последовательностей. Некоторые из них действуют как антикоагулянты, специфически связываясь с антитромбином, что ускоряет его секвестрацию тромбина (Раздел 10.5.6). Гепарансульфат похож на гепарин, за исключением того, что он имеет меньше N — и O -сульфатных групп и больше ацетильных групп.

Протеогликаны больше напоминают полисахариды, чем белки, поскольку углеводы составляют 95% биомолекулы по весу. Протеогликаны действуют как смазки и структурные компоненты в соединительной ткани, опосредуют адгезию клеток к внеклеточному матриксу и связывают факторы, стимулирующие пролиферацию клеток.

11.2.5. За сборку олигосахаридов отвечают специфические ферменты

Олигосахариды синтезируются под действием специфических ферментов, гликозилтрансфераз, , которые катализируют образование гликозидных связей.Каждый фермент должен быть в большей или меньшей степени специфичным для связанных сахаров. Учитывая разнообразие известных гликозидных связей, требуется много разных ферментов. Обратите внимание, что этот способ сборки отличается от способов, используемых для других биологических полимеров, обсуждавшихся ранее, то есть полипептидов и олигонуклеотидов. По мере того, как эти полимеры собираются, информация о последовательности мономера передается с матрицы, и единственное каталитическое устройство отвечает за все образование связей.

Общая форма реакции, катализируемой гликозилтрансферазой, показана на. Добавляемый сахар имеет форму активированного сахарного нуклеотида. Сахарные нуклеотиды являются важными промежуточными продуктами во многих процессах, и мы снова встретимся с этими промежуточными продуктами в главах 16 и 21. Обратите внимание, что такие реакции могут протекать либо с сохранением, либо с изменением конфигурации гликозидного атома углерода, на котором образуется новая связь; данный фермент действует по одному стереохимическому пути.

Рисунок 11.16

Общая форма гликозилтрансферазной реакции. Добавляемый сахар поступает из сахарного нуклеотида — в данном случае UDP-глюкозы.

Группы крови ABO человека иллюстрируют действие гликозилтрансфераз. Углеводы присоединяются к гликопротеинам и гликолипидам на поверхности эритроцитов. Для одного типа группы крови может присутствовать одна из трех различных структур, называемых A, B и O (). Эти структуры имеют общее олигосахаридное основание, называемое O (или иногда H) антигеном.Антигены A и B отличаются от антигена O добавлением одного дополнительного моносахарида, либо N, -ацетилгалактозамин (для A) или галактозы (для B) через α-1,3-связь с галактозной составляющей O-антигена. .

Рис. 11.17

Структуры олигосахаридных антигенов A, B и O. Сокращения: Fuc, фукоза; Гал, галактоза; GalNAc, N -ацетилгалактозамин; GlcNAc, N -ацетилглюкозамин.

Специфические гликозилтрансферазы добавляют дополнительный моносахарид к O-антигену.Каждый человек наследует ген одной гликозилтрансферазы этого типа от каждого родителя. Трансфераза типа A специфически добавляет N -ацетилгалактозамин, тогда как трансфераза типа B добавляет галактозу. Эти ферменты идентичны во всех 354 положениях, кроме 4. Фенотип O является результатом мутации, которая приводит к преждевременному прекращению трансляции и, следовательно, к выработке активной гликозилтрансферазы.

Эти структуры имеют важное значение для переливания крови и других процедур трансплантации.Если вводится антиген, который обычно не присутствует в организме человека, иммунная система человека распознает его как чужеродный. Могут возникнуть побочные реакции, вызванные внутрисосудистым разрушением несовместимых эритроцитов.

Почему в человеческой популяции присутствуют разные группы крови? Предположим, что патогенный организм, такой как паразит, экспрессирует на своей клеточной поверхности углеводный антиген, подобный одному из антигенов группы крови. Этот антиген не может быть легко обнаружен как чужеродный у человека с группой крови, соответствующей антигену паразита, и паразит будет процветать.Однако другие люди с другой группой крови будут защищены. Следовательно, на людей будет оказываться избирательное давление с целью изменения группы крови для предотвращения паразитарной мимикрии и соответствующее избирательное давление на паразитов для усиления мимикрии. Постоянная «гонка вооружений» между патогенными микроорганизмами и людьми движет эволюцией разнообразия поверхностных антигенов в человеческой популяции.