Что такое олигосахариды в биологии

Углеводы, моносахариды, олигосахариды и полисахариды. Функции углеводов

Количество углеводов разное в различных типах клеток. У растений их много: в клубнях картофеля – до 90 %, в листьях, семенах, плодах – почти 70 %. В животных клетках их количество незначительно –почти 1 %, иногда до 5 % сухой массы. Углеводы разделяют на три класса: моносахариды, олигосахариды и полисахариды.

Моносахариды или простые сахара (монозы)

Имеют общую структурную формулу С_nН_2nО_n, где n –число от 3 и больше, и не гидролизируются. По количеству атомов углерода их разделяют на: триозы, имеющие 3 атома, тетрозы –4 атома, пентозы –5 атомов… декозы, имеющие 10 атомов. Могут существовать в двух формах: линейной и циклической. Циклические –это молекулы моносахаридов с пятью и большим количеством атомов, заключенных в кольцо. Все моносахариды имеют гидроксильные

(-ОН) и прочие полярные группы, поэтому растворяются в воде.

Из триоз в живых организмах имеет значение глицерин и его производные (молочная кислота, пировиноградная кислота).

В природе наиболее распространенными являются гексозы (6 атомов углерода), а именно глюкоза и фруктоза. Глюкоза (виноградный сахар) есть во всех организмах. Она – главный поставщик энергии в клетках, один из регуляторов осмоса. Ее уровень в крови постоянный (около 0,12 %), поддерживается гормонами инсулином и глюкагоном. Фруктоза (плодовый сахар) есть в сахарной свекле, фруктах, меде и т. п. Галактоза – это пространственный изомер глюкозы. Входит в состав молочного сахара. В состав нуклеиновых кислот и АТФ входят пентозы (5 атомов): рибоза и дезоксирибоза. Моносахариды сладкие на вкус, хорошо растворяются в воде и хорошо кристаллизируются.

Олигосахариды

Олигосахариды (от греч. олигос – маленький). Это полимеры – ди-, три- и тетрасахариды. Наиболее распространенными являются дисахариды, которые образуются путем соединения двух моносахаридов ковалентной (гликозидной) связью с выделение молекулы воды (реакция конденсации). Дисахариды сладкие на вкус, хорошо растворяются в воде и кристаллизируются.

Различают такие дисахариды: сахароза (сахарный, или тростниковый сахар) состоит из остатков глюкозы и фруктозы, эмпирическая формула – С₁₂Н₂₂О₁₁; лактоза (молочный сахар) – из остатков глюкозы и галактозы, является основным источником энергии для детенышей млекопитающих; мальтоза (солодовый сахар) из остатков глюкозы и пр.

Полисахариды

Составляют большую часть углеводов в организме. Образуются путем реакции конденсации из большого количества молекул моносахаридов, преимущественно гексоз. Они не имеют сладкого вкуса, почти не растворяются в воде и не кристаллизируются.

Сюда относятся: крахмал, целлюлоза, гликоген и др.

Целлюлоза (клетчатка) состоит из молекул глюкозы. По своей структуре является линейным полимером. Она является основным веществом клеточной стенки растений, очень крепкая, но легко пропускает воду. В ней аккумулируется свыше 50 % углерода биосферы. Служит пищей для некоторых животных, бактерий и грибов. Животным помогают переваривать глюкозу бактерии, живущие в их кишечнике.

Крахмал является резервным полисахаридом растений, запасается в клетках в виде зерен, в органах, которые запасают питательные вещества (клубни, семена и т. п.). По химической структуре он на 10-12 % состоит из линейной амилозы и на 80-90 % из разветвленного амилопектина. Мономером крахмала является глюкоза. Его эмпирическая формула –(C₆H₁₀0₅)_n, где n – количество остатков глюкозы. Благодаря преобразованию крахмала в глюкозу и наоборот происходит механизм работы устьиц: при гидролизе крахмала в замыкающих клетках увеличивается концентрация глюкозы, поступает вода, клеточные стенки выгибаются и щель устьица открывается; если глюкоза превращается в крахмал, вода выходит из клеток, устьица закрываются.

Гликоген откладывается в клетках грибов и животных. Играет важную роль в преобразованиях углеводов в животном организме. В значительном количестве накапливается в печени, мышцах, сердце и других органах. Мономером гликогена является глюкоза. По структуре напоминает крахмал, но разветвленный сильнее. Молекула гликогена состоит приблизительно из 30 000 остатков глюкозы.

Хитин образовывает клеточные стенки грибов, покровы членистоногих. В отличие от целлюлозы в молекулах остатки глюкозы связаны с азотосодержащими группами.

Муреин – опорный каркас клеточной стенки бактерий. Он образует одну гигантскую мешкообразную молекулу, которую называют муреиновым мешком. Его основой является сетка параллельных полисахаридных цепей, построенных из дисахаридов, которые чередуются и соединены между собой многочисленными короткими пептидными цепочками.

На поверхности клеточных мембран много полисахаридов, которые с белками образуют глюкопротеиды, а с липидами – гликолипиды. Вместе они образуют надмембранный комплекс животных клеток – гликокаликс.

К полисахаридам принадлежит агар морских водорослей.

Функции углеводов

Энергетическая. Углеводы являются основным источником энергии для организма. При окислении 1 г глюкозы освобождается 17,6 кДж энергии.

Структурная. Входят в состав оболочек растительных клеток, надмембранного комплекса животных клеток. В растениях выполняют также защитную функцию.

Запасание веществ. Запасаются в виде крахмала у растений и гликогена у животных и грибов. При полноценном питании в печени может накапливаться до 10 % гликогена, количество которого при неблагоприятных условиях может снижаться до 0,2 % массы печени.

Защитная функция. Вяжущие секреты – слизи, которые выделяются разными железами, богаты углеводами и их производными (например, глюкопротеидами). Они защищают стенки полых органов (пищевода, желудка, бронхов) от механических повреждений, проникновения вредных бактерий и вирусов.

Источник

Олигосахариды: характеристика, состав, функции, виды

Содержание:

В олигосахариды (от греч. олиго = мало; сорняк = сахар) представляют собой молекулы, состоящие из двух-десяти моносахаридных остатков, связанных гликозидными связями. Олигосахариды поступают из самых разных пищевых источников, таких как молоко, помидоры, бананы, коричневый сахар, лук, ячмень, соя, рожь и чеснок.

В пищевой промышленности и сельском хозяйстве большое внимание уделяется олигосахаридам для их применения в качестве пребиотиков, неперевариваемых веществ, полезных благодаря избирательной стимуляции роста и активности различных видов бактерий в толстой кишке.

Эти пребиотики получают из природных источников или путем гидролиза полисахаридов. Олигосахариды в растениях представляют собой олигосахариды глюкозы, олигосахариды галактозы и олигосахариды сахарозы, причем последние являются наиболее распространенными из всех.

Олигосахариды также могут быть прикреплены к белкам, образуя гликопротеины, содержание которых по массе колеблется от 1% до 90%. Гликопротеины играют важную роль в распознавании клеток, связывании лектинов, формировании внеклеточного матрикса, вирусных инфекциях, распознавании рецептор-субстрат и антигенных детерминантах.

характеристики

Олигосахариды, как и другие углеводы, состоят из моносахаридов, которые могут быть кетозами (с кетогруппой) и альдозами (с альдегидной группой). Оба типа сахаров имеют многочисленные гидроксильные группы, то есть представляют собой полигидроксилированные вещества, спиртовые группы которых могут быть первичными или вторичными.

Аномерная группа сахара может конденсироваться со спиртом с образованием связей. α— Y β-глюкозиды.

Неусвояемые олигосахариды (ОНД) имеют конфигурацию β, который не может быть гидролизован пищеварительными ферментами в кишечнике и слюне. Однако они чувствительны к гидролизу ферментами бактерий толстой кишки.

Сочинение

Большинство олигосахаридов имеют от 3 до 10 моносахаридных остатков. Исключением является инулин, который представляет собой ОНД, который имеет гораздо больше, чем 10 моносахаридных остатков. Слово «остаток» относится к тому факту, что при образовании глюкозидной связи между моносахаридами происходит отщепление молекулы воды.

Состав олигосахаридов описан позже в разделе об основных типах олигосахаридов.

Характеристики

Наиболее распространенные дисахариды, такие как сахароза и лактоза, являются источником энергии в форме аденозиттрифосфата (АТФ).

Неуклонно растет количество опубликованных научных статей о полезных свойствах ОНД в качестве пребиотиков.

Кроме того, OND приписывают такие свойства, как снижение риска инфекций и диареи за счет уменьшения патогенной флоры и усиления реакции иммунной системы.

Типы

Олигосахариды можно разделить на обычные и редкие олигосахариды. Первые представляют собой дисахариды, такие как сахароза и лактоза. Последние имеют три или более моносахаридных остатка и чаще всего встречаются в растениях.

Встречающиеся в природе олигосахариды различаются по моносахаридам, из которых они состоят.

Таким образом обнаруживаются следующие олигосахариды: фруктоолигосахариды (FOS), галактоолигосахариды (GOS); лактулоолигосахариды, полученные из галактоолигосахаридов (ЛДГОС); ксилоолигосахариды (XOS); арабиноолигосахариды (OSA); полученный из морских водорослей (ADMO).

Другими олигосахаридами являются кислоты, полученные из пектина (pAOS), металлоолигосахариды (MOS), циклодекстрины (CD), изомальтоолигосахариды (IMO) и олигосахариды грудного молока (HMO).

Дисахариды

Основные олигосахариды

Фруктоолигосахариды (ФОС)

Термин фруктоолигосахарид часто используется для обозначения 1 F (1-β-Dфруктофуранозил)_п-сахароза, где п это от 2 до 10 единиц фруктозы. Например, две фруктозы образуют 1-корзинозу; три единицы образуют 1-нистосу; и четыре единицы образуют 1-фруктофуранозил-нистозу.

ФОС представляют собой растворимые и слегка сладкие волокна, образующие гели, проявляют устойчивость к ферментам, участвующим в пищеварении, таким как альфа-амилаза, сахароза и мальтаза. Они присутствуют в злаках, фруктах и ​​овощах. Их также можно извлечь из различных источников с помощью ферментативных реакций.

Галактоолигосахариды (ГОС)

Галактоолигосахариды также называют трансгалактоолигосахаридами. Обычно молекулы GOS можно представить как: Gal Икс (Гал.)_п Y Glc.

GOS производятся серийно под названием Oligomate 55, который готовится на основе β-галактозидазы Aspergillus oryzae Y Термофильный стрептококк. Он содержит 36% три-, тетра-, пента- и гекса-галактоолигосахаридов, 16% дисахаридов галактозил-глюкозы и галактозил-галактозы, 38% моносахаридов и 10% лактозы.

Хотя состав серийно выпускаемых GOS может варьироваться в зависимости от происхождения β-галактозидаза, которую они используют. Компании FrieslandCampina и Nissin Sugar используют ферменты из Bacillus circans Y Cryptococcus laurentiiсоответственно

Олигосахариды лактулоза, тагатоза и лактобионовая кислота также могут быть получены из лактозы с использованием оксидоредуктаз.

Ксилоолигосахариды (XOS)

XOS состоят из единиц ксилозы, связанных связями. β— (1-4). Полимеризует от двух до десяти моносахаридов. Некоторые XOS могут иметь арабинозильные, ацетильные или глюкуронильные мотивы.

XOS производятся ферментативно путем гидролиза ксилана из бересты, овса, ядра или несъедобной части кукурузы. XOS в основном используются в Японии с одобрения FOSHU (Foods for Special Health Use).

Ферулоил ксилоолигосахариды или олигосахариды присутствуют в пшеничном хлебе, шелухе ячменя, скорлупе миндаля, бамбуке и сердце, несъедобной части кукурузы. XOS можно экстрагировать путем ферментативного разложения ксилана.

Эти олигосахариды обладают свойством снижать общий холестерин у пациентов с сахарным диабетом 2 типа, раком толстой кишки. Они бифидогенные.

Арабиноолигосахариды (OSA)

OSA получают гидролизом полисахарида арабинана, который имеет связи α— (1-3) и α- (1-5) L-арабинофуранозы. Арабиноза присутствует в арабинане, арабиногалактанах или арабиноксиланах, которые являются компонентами клеточной стенки растений. Тип ссылки AOS зависит от источника.

OSA уменьшает воспаление у пациентов с язвенным колитом, а также стимулирует рост Бифидобактерии Y Лактобациллы.

Изомальто-олигосахариды (ИМО)

Структура IMO состоит из гликозильных остатков, связанных с мальтозой или изомальтом связями. α— (1-6), наиболее распространенными из которых являются раффиноза и стахиоза.

IMO производится в промышленности под названием Isomalto-900, который состоит из инкубационных α-амилаза, пуллуланаза и α-глюкозидаза с кукурузным крахмалом. Основными олигосахаридами в полученной смеси являются изомальт (Glu α-1-6 Glu), изомальтотриоза (Glu α-1-6 Глю α-1-6 Glu) и паноса (Glu α-1-6 Глю α-1-4 Glu).

Применение пребиотиков при раке толстой кишки

Подсчитано, что 15% факторов, влияющих на появление этого заболевания, связаны с образом жизни. Одним из таких факторов является диета, известно, что мясо и алкоголь повышают риск появления этого заболевания, а диета, богатая клетчаткой и молоком, снижает его.

Было показано, что существует тесная взаимосвязь между метаболической активностью кишечных бактерий и образованием опухолей. Рациональное использование пребиотиков основано на наблюдении, что бифидобактерии и лактобациллы не производят канцерогенных соединений.

Было проведено много исследований на животных моделях и очень мало исследований на людях. На людях, как и на моделях на животных, было показано, что потребление пребиотиков приводит к значительному снижению клеток толстой кишки и генотоксичности, а также увеличивает функцию кишечного барьера.

Применение пребиотиков при воспалительном заболевании кишечника

Воспалительное заболевание кишечника характеризуется неконтролируемым воспалением желудочно-кишечного тракта. Есть два связанных состояния, а именно: болезнь Крона и язвенный колит.

На животных моделях язвенного колитита было показано, что использование антибиотиков широкого спектра действия предотвращает развитие болезни. Важно отметить, что микробиота здоровых людей отличается от людей с воспалительными заболеваниями кишечника.

В связи с этим существует особый интерес к использованию пребиотиков для уменьшения воспалительного состояния. Исследования, проведенные на животных моделях, показали, что потребление ФОС и инулина значительно снижает провоспалительные иммунные маркеры животных.

Олигосахариды в гликопротеинах

Белки в плазме крови, многие белки молока и яиц, муцины, компоненты соединительной ткани, некоторые гормоны, интегральные белки плазматической мембраны и многие ферменты являются гликопротеинами (GP). Обычно олигосахарид в GP содержит в среднем 15 моносахаридных единиц.

Гликозилирование белков, связывание олигосахаридов с белком, происходит одновременно с биосинтезом белка. Точные этапы этого процесса зависят от идентичности гликопротеинов, но все N-связанные олигосахариды имеют общий пентапептид со структурой: GlcNAcβ (1-4) GlcNAcβ (1-4) Человек [Manα (1-6) ]₂.

Роль олигосахаридов в гликопротеинах

Углеводный компонент у ВОП регулирует множество процессов. Например, во взаимодействии между спермой и яйцеклеткой во время оплодотворения. Зрелая яйцеклетка окружена внеклеточным слоем, называемым пеллюцидной зоной (ZP). Рецептор на поверхности сперматозоидов распознает олигосахариды, прикрепленные к ZP, который является GP.

Взаимодействие рецептора спермы с олигосахаридами ZP приводит к высвобождению протеаз и гиалуронидаз. Эти ферменты растворяют ZP. Таким образом сперма может проникнуть в яйцеклетку.

Люди с клетками типа B несут антигены B и антитела против A. Люди с клетками типа AB имеют антигены A и B и не имеют анти-A или анти-B антител.

У людей типа O есть клетки, не содержащие антигена и имеющие антитела против A и против B. Эта информация является ключевой при переливании крови.

Источник