السكاريد: الخصائص ، الهيكل ، الأمثلة ، الوظائف - مادة الاحياء - 2025

و المركبات السكرية الثنائية التي هي الكربوهيدرات التي يتم تسمى أيضا السكريات مزدوجة. لها وظائف مهمة في النظام الغذائي للإنسان كمصادر رئيسية للطاقة. يمكن أن تكون من أصل نباتي ، مثل سكروز قصب السكر والمالتوز الموجود ، ومن أصل حيواني مثل اللاكتوز الموجود في حليب الثدييات ، من بين أمور أخرى.

الكربوهيدرات أو السكريات هي ما يسمى بالكربوهيدرات أو الكربوهيدرات ، وهي مواد قابلة للذوبان في الماء تتكون من الكربون والأكسجين والهيدروجين مع الصيغة الكيميائية العامة (CH2O) ن.

تمثيل هيكل ثنائي السكاريد اللاكتوز (المصدر: Telliott at English Wikipedia عبر ويكيميديا ​​كومنز)

الكربوهيدرات هي أكثر المواد العضوية وفرة في الطبيعة وهي موجودة في جميع النباتات. السليلوز الذي يشكل هيكل جدران الخلايا النباتية هو كربوهيدرات ، مثل النشويات في الحبوب والدرنات.

توجد أيضًا في جميع الأنسجة الحيوانية ، مثل دم وحليب الثدييات.

تصنف الكربوهيدرات إلى: (1) السكريات الأحادية التي لا يمكن تحللها إلى كربوهيدرات أبسط ؛ (2) في السكريات الثنائية ، والتي عند تحللها تنتج سكريات أحادية ؛ (3) في السكريات القليلة ، والتي تعطي 3-10 السكريات الأحادية عن طريق التحلل المائي و (4) في السكريات ، التي ينتج عن تحللها المائي أكثر من 10 سكريات أحادية.

النشا والسليلوز والجليكوجين هي عديد السكاريد. السكريات ذات الأهمية الفسيولوجية لدى البشر والحيوانات الأخرى هي السكروز والمالتوز واللاكتوز.

الخصائص والهيكل

كونها كربوهيدرات ، تتكون السكاريد من الكربون والأكسجين والهيدروجين. بشكل عام ، يكون الأكسجين والهيدروجين في بنية معظم الكربوهيدرات بنفس النسبة الموجودة في الماء ، أي لكل أكسجين يوجد نوعان من الهيدروجين.

هذا هو السبب في أنها تسمى "الكربوهيدرات أو الكربوهيدرات". كيميائيًا ، يمكن تعريف الكربوهيدرات على أنها ألدهيدات متعددة الهيدروكسيل (R-CHO) أو كيتونات (R-CO-R).

تحتوي الألدهيدات والكيتونات على مجموعة كربونيل (C = O). في الألدهيدات ، ترتبط هذه المجموعة بهيدروجين واحد على الأقل ، وفي الكيتونات ، هذه المجموعة الكربونية غير مرتبطة بالهيدروجين.

السكاريد السكاريدان أحاديان السكاريد مرتبطان برابطة جليكوسيدية.

السكاريد الثنائي مثل المالتوز والسكروز واللاكتوز ، عند تعرضه للتسخين باستخدام الأحماض المخففة أو بفعل إنزيمي ، يتحلل بالماء وينتج عنه مكونات السكاريد الأحادي. يؤدي السكروز إلى تكوين الجلوكوز والفركتوز ، ويؤدي المالتوز إلى إنتاج جلوكوز ولاكتوز إلى الجالاكتوز والجلوكوز.

أمثلة

السكروز

السكروز هو السكر الأكثر وفرة في الطبيعة ويتكون من السكريات الأحادية الجلوكوز والفركتوز. يوجد في عصائر النباتات مثل البنجر وقصب السكر والذرة الرفيعة والأناناس والقيقب وبدرجة أقل في الفاكهة الناضجة وعصير الكثير من الخضار. يتخمر هذا السكاريد بسهولة بفعل الخمائر.

اللاكتوز

يتكون اللاكتوز ، أو سكر الحليب ، من الجالاكتوز والجلوكوز. يحتوي حليب الثدييات على نسبة عالية من اللاكتوز ويوفر العناصر الغذائية للأطفال.

لا تستطيع معظم الثدييات هضم اللاكتوز إلا عند الرضع وتفقد هذه القدرة مع نضوجها. في الواقع ، لدى البشر القادرين على هضم منتجات الألبان في مرحلة البلوغ طفرة تسمح لهم بفعل ذلك.

هذا هو السبب في أن الكثير من الناس يعانون من عدم تحمل اللاكتوز. لم يكن لدى البشر ، مثل الثدييات الأخرى ، القدرة على هضم اللاكتوز في مرحلة الطفولة حتى أصبحت هذه الطفرة موجودة في مجموعات سكانية معينة منذ حوالي 10000 عام.

اليوم ، يختلف عدد الأشخاص الذين يعانون من عدم تحمل اللاكتوز بشكل كبير بين السكان ، ويتراوح من 10٪ في شمال أوروبا إلى 95٪ في أجزاء من إفريقيا وآسيا. تعكس النظم الغذائية التقليدية للثقافات المختلفة هذا في كمية منتجات الألبان المستهلكة.

مالتوز

يتكون المالتوز من وحدتي جلوكوز ويتشكل عندما يحلل إنزيم الأميليز النشا الموجود في النباتات. في عملية الهضم ، يقوم الأميلاز اللعابي والبنكرياس الأميليز (الأميلوببسين) بتكسير النشا ، مما يؤدي إلى ظهور منتج وسيط هو المالتوز.

يوجد هذا السكاريد في شراب سكر الذرة وسكر الشعير والشعير المنبت ويمكن تخميره بسهولة عن طريق عمل الخميرة.

تريهالوز

يتكون تريهالوز أيضًا من جزيئين جلوكوز مثل المالتوز ، لكن الجزيئات مرتبطة بشكل مختلف. توجد في بعض النباتات والفطريات والحيوانات مثل الجمبري والحشرات.

يتكون سكر الدم للعديد من الحشرات ، مثل النحل والجنادب والفراشات من التريهالوز. يستخدمونه كجزيء تخزين فعال يوفر طاقة سريعة للطيران عندما ينهار.

شيتوبيوسا

يتكون من جزيئين مرتبطين من الجلوكوزامين. من الناحية الهيكلية ، يشبه إلى حد كبير السيلوبيوز ، إلا أنه يحتوي على مجموعة N-acetylamino حيث يحتوي cellobiose على مجموعة هيدروكسيل.

توجد في بعض أنواع البكتيريا ، وتستخدم في الأبحاث البيوكيميائية لدراسة نشاط الإنزيم.

يوجد أيضًا في الكيتين ، الذي يشكل جدرانًا من الفطريات والهياكل الخارجية للحشرات والمفصليات والقشريات ، ويوجد أيضًا في الأسماك ورأسيات الأرجل مثل الأخطبوط والحبار.

سيلوبيوز (جلوكوز + جلوكوز)

السليوبيوز هو نتاج التحلل المائي للسليلوز أو المواد الغنية بالسليلوز ، مثل الورق أو القطن. يتشكل من خلال الانضمام إلى جزيئين بيتا جلوكوز بواسطة رابطة β (1 → 4)

لاكتولوز (جالاكتوز + فركتوز)

اللاكتولوز هو سكر صناعي (صناعي) لا يمتصه الجسم ، ولكنه يتحلل في القولون إلى منتجات تمتص الماء في القولون ، وبالتالي تليين البراز. استخدامه الأساسي هو علاج الإمساك.

كما أنه يستخدم لخفض مستويات الأمونيا في الدم لدى الأشخاص المصابين بأمراض الكبد ، حيث يمتص اللاكتولوز الأمونيا في القولون (يزيلها من الجسم).

إيزومالتوز (جلوكوز + جلوكوز إيزومالتاز)

تريهالوز هو سكر اصطناعي ، وهو ثنائي السكاريد يتكون من الجلوكوز والفركتوز المرتبطين برابطة ألفا (1-1) جليكوسيدية.

يتم إنتاجه أثناء إنتاج إيزومالتولوز من السكروز. في بطانة الأمعاء الدقيقة ، يقوم إنزيم الأيزومالتاز بتكسير التريهالوز إلى جلوكوز وفركتوز ، ثم يتم امتصاصهما في الأمعاء الدقيقة. التريهالوز له فعالية منخفضة في إحداث تسوس الأسنان.

شيتوبيوسا

إنها وحدة تكرار السكاريد في الكيتين ، والتي تختلف عن السيلوبيوز فقط في وجود مجموعة N-acetylamino على الكربون 2 بدلاً من مجموعة الهيدروكسيل. ومع ذلك ، غالبًا ما يُطلق على الشكل غير الأسيتيل الشيتوبيوز.

لاكتيتول

وهو عبارة عن كحول بلوري C12H24O11 يتم الحصول عليه عن طريق هدرجة اللاكتوز. وهو نظير ثنائي السكاريد من اللاكتولوز ، ويستخدم كمُحلي. كما أنه ملين ويستخدم لعلاج الإمساك.

تورانوز

مركب عضوي مختزل ثنائي السكاريد يمكن استخدامه كمصدر للكربون بواسطة البكتيريا والفطريات.

ميليبيوزا

سكر ثنائي السكاريد (C12H22O11) يتكون من التحلل المائي الجزئي للرافينوز.

زيلوبيوز

سكاريد ثنائي يتكون من بقايا زيلوز.

الخنق

ثنائي السكاريد موجود في سوفوروليبيد.

جينتيوبيوسا

Gentiobiose هو ثنائي السكاريد يتكون من وحدتين D-glucose مرتبطتين برابطة جليكوسيدية من النوع (1 → 6). يحتوي Gentiobiose على العديد من الأيزومرات التي تختلف حسب طبيعة الرابطة الجليكوسيدية التي تربط وحدتي الجلوكوز.

يوكروز

وهو عبارة عن جليكوزيل فركتوز يتكون من بقايا α-D-glucopyranosyl مرتبطة بـ D-fructopyranose من خلال رابطة (1 → 5). ايزومير السكروز.

نمط

وهو ثنائي السكاريد الموجود في الجليكوسيدات.

كارولينياسايد أ

السكريات القليلة التي تحتوي على وحدتين أحاديتين السكاريد مرتبطة برابطة جليكوسيدية.

استيعاب

في البشر ، يتم تحلل السكريات الثنائية أو السكريات مثل النشا والجليكوجين المائي وامتصاصها على شكل سكريات أحادية في الأمعاء الدقيقة. يتم امتصاص السكريات الأحادية التي يتم تناولها على هذا النحو.

على سبيل المثال ، ينتشر الفركتوز بشكل سلبي داخل الخلايا المعوية ويتحول معظمه إلى جلوكوز قبل دخول مجرى الدم.

اللاكتاز والمالتاز والسكروز هي الإنزيمات الموجودة على الحدود اللمعية لخلايا الأمعاء الدقيقة المسؤولة عن التحلل المائي للاكتوز والمالتوز والسكروز على التوالي.

ينتج اللاكتيز من قبل الأطفال حديثي الولادة ، ولكن في بعض الفئات السكانية لم يعد يتم تصنيعه بواسطة الخلايا المعوية خلال فترة البلوغ.

نتيجة لغياب اللاكتاز ، يبقى اللاكتوز في الأمعاء ويسحب الماء عن طريق التناضح نحو تجويف الأمعاء.عند الوصول إلى القولون ، يتحلل اللاكتوز عن طريق التخمر بواسطة البكتيريا في الجهاز الهضمي مع إنتاج ثاني أكسيد الكربون والأحماض المختلفة. عند تناول الحليب ، فإن هذا المزيج من الماء وثاني أكسيد الكربون يسبب الإسهال ، وهذا ما يعرف بعدم تحمل اللاكتوز.

يتم امتصاص الجلوكوز والجالاكتوز بواسطة آلية شائعة تعتمد على الصوديوم. أولاً ، هناك نقل نشط للصوديوم الذي يزيل الصوديوم من الخلية المعوية عبر الغشاء القاعدية إلى الدم. هذا يقلل من تركيز الصوديوم داخل الخلية المعوية ، مما يولد تدرج الصوديوم بين تجويف الأمعاء وداخل الخلية المعوية.

عندما يتم إنشاء هذا التدرج ، يتم الحصول على القوة التي ستدفع الصوديوم مع الجلوكوز أو الجالاكتوز إلى الخلية. في جدران الأمعاء الدقيقة ، يوجد ناقل مشترك Na + / جلوكوز ، Na + / galactose cotransporter (مرتبط) يعتمد على تركيزات الصوديوم لدخول الجلوكوز أو الجالاكتوز.

كلما زاد تركيز الصوديوم في تجويف الجهاز الهضمي ، زاد تدفق الجلوكوز أو الجالاكتوز. إذا لم يكن هناك صوديوم أو كان تركيزه في تجويف الأنبوب منخفضًا جدًا ، فلن يتم امتصاص الجلوكوز أو الجالاكتوز بشكل كافٍ.

في بكتيريا مثل E. Coli ، على سبيل المثال ، التي تحصل عادةً على طاقتها من الجلوكوز ، في حالة عدم وجود هذه الكربوهيدرات في الوسط ، يمكنهم استخدام اللاكتوز ، ولهذا يقومون بتصنيع بروتين مسؤول عن النقل النشط للاكتوز يسمى نفاذ اللاكتوز ، وبالتالي الدخول اللاكتوز دون أن يتحلل مسبقًا.

المميزات

تدخل السكريات الثنائية التي يتم تناولها إلى جسم الحيوانات التي تستهلكها على أنها سكريات أحادية. في جسم الإنسان ، بشكل رئيسي في الكبد ، على الرغم من أنه يحدث أيضًا في أعضاء أخرى ، يتم دمج هذه السكريات الأحادية في سلاسل التمثيل الغذائي للتوليف أو الهدم حسب الحاجة.

من خلال التقويض (الانهيار) ، تشارك هذه الكربوهيدرات في إنتاج ATP. في عمليات التوليف يشاركون في تركيب السكريات مثل الجليكوجين وبالتالي يشكلون احتياطيات الطاقة الموجودة في الكبد وفي عضلات الهيكل العظمي وفي العديد من الأعضاء الأخرى.

يشاركون أيضًا في تخليق العديد من البروتينات السكرية والشحميات السكرية بشكل عام.

على الرغم من أن السكريات الثنائية ، مثل جميع الكربوهيدرات المبتلعة ، يمكن أن تكون مصادر طاقة للإنسان والحيوان ، إلا أنها تشارك في وظائف عضوية متعددة من خلال كونها جزءًا من هياكل أغشية الخلايا والبروتينات السكرية.

الجلوكوزامين ، على سبيل المثال ، هو مكون أساسي لحمض الهيالورونيك والهيبارين.

من اللاكتوز ومشتقاته

يعتبر اللاكتوز الموجود في الحليب ومشتقاته أهم مصدر للجالاكتوز. الجالاكتوز له أهمية كبيرة لأنه جزء من cerebrosides و gangliosides والبروتينات المخاطية ، وهي مكونات أساسية لأغشية الخلايا العصبية.

يساعد اللاكتوز ووجود السكريات الأخرى في النظام الغذائي على نمو النبيت الجرثومي المعوي ، وهو أمر ضروري لوظيفة الجهاز الهضمي.

يشارك الجالاكتوز أيضًا في الجهاز المناعي لأنه أحد مكونات مجموعة ABO في جدار خلايا الدم الحمراء.

يمكن أن يدخل الجلوكوز ، وهو نتاج هضم اللاكتوز أو السكروز أو المالتوز ، الجسم إلى مسار تخليق البنتوز ، وخاصة تخليق الريبوز الضروري لتخليق الأحماض النووية.

في النباتات

في غالبية النباتات العليا ، يتم تصنيع السكاريد من ثلاثي الفوسفات من دورة تقليل الكربون الضوئي.

تصنع هذه النباتات السكروز بشكل أساسي وتنقله من العصارة الخلوية إلى الجذور والبذور والأوراق الصغيرة ، أي إلى مناطق النبات التي لا تستخدم التمثيل الضوئي بشكل كبير.

وبالتالي ، فإن السكروز الذي تم تصنيعه بواسطة دورة تقليل الكربون الضوئي والذي ينشأ من تحلل النشا الناتج عن التمثيل الضوئي والمتراكم في البلاستيدات الخضراء ، هما مصدران ليليان للطاقة للنباتات.

وظيفة أخرى معروفة لبعض السكاريد ، وخاصة المالتوز ، هي المشاركة في آلية نقل الإشارات الكيميائية إلى محرك السوط لبعض البكتيريا.

في هذه الحالة ، يرتبط المالتوز أولاً بالبروتين ثم يرتبط هذا المركب بالمحول ؛ نتيجة لهذا الارتباط ، يتم إنتاج إشارة داخل الخلايا موجهة إلى النشاط الحركي للجلد.

المراجع

1. ألبرتس ، ب ، دينيس ، ب ، هوبكن ، ك ، جونسون ، أ ، لويس ، جيه ، راف ، إم ،… والتر ، ب. (2004). بيولوجيا الخلية الأساسية. أبينجدون: جارلاند ساينس ، مجموعة تايلور وفرانسيس.
2. فوكس ، سي (2006). فسيولوجيا الإنسان (الطبعة التاسعة). نيويورك ، الولايات المتحدة الأمريكية: مطبعة ماكجرو هيل.
3. جايتون ، أ ، وهال ، ج. (2006). كتاب علم وظائف الأعضاء الطبي (الطبعة 11). شركة Elsevier Inc.
4. موراي ر. ، بندر ، د. ، بوثام ، ك. ، كينيلي ، ب. ، رودويل ، ف ، وويل ، ب. (2009). هاربر للكيمياء الحيوية المصورة (الطبعة 28). ماكجرو هيل الطبية.
5. رون ، دينار (1998). الكيمياء الحيوية. برلنغتون ، ماساتشوستس: نيل باترسون للنشر.