قليل السكريات: الخصائص والتكوين والوظائف والأنواع - مادة الاحياء - 2025

و يغوساكاريدس (من اليونانية، بنسبة ضئيلة = قليلا، ساشار = السكر) هي عبارة عن جزيئات تتكون من اثنين إلى بقايا أحادي السكاريد عشرة مرتبطة معا عن طريق السندات غليكوزيدية. تأتي السكريات السكرية من مجموعة متنوعة من المصادر الغذائية ، مثل الحليب والطماطم والموز والسكر البني والبصل والشعير وفول الصويا والجاودار والثوم.

في صناعة الأغذية والزراعة ، تم إيلاء الكثير من الاهتمام للسكريات القليلة لاستخدامها كمواد حيوية ، مواد غير قابلة للهضم ، مفيدة بفضل التحفيز الانتقائي لنمو ونشاط أنواع البكتيريا في القولون.

المصدر: pixabay.com

يتم الحصول على هذه البريبايوتكس من مصادر طبيعية ، أو عن طريق التحلل المائي للسكريات. السكريات قليلة السكاريد في النباتات هي السكريات قليلة الجلوكوز ، السكريات القليلة الجالاكتوز ، السكروز السكروز ، الأخير هو الأكثر وفرة على الإطلاق.

يمكن أيضًا العثور على السكريات القليلة المرتبطة بالبروتينات ، وتشكل البروتينات السكرية ، التي يتراوح محتواها بالوزن من 1٪ إلى 90٪. تلعب البروتينات السكرية دورًا مهمًا في التعرف على الخلايا ، وربط الليكتين ، وتكوين المصفوفة خارج الخلية ، والالتهابات الفيروسية ، والتعرف على ركيزة المستقبلات ، ومحددات المستضدات.

تحتوي البروتينات السكرية على تركيبة كربوهيدرات متغيرة ، والتي تُعرف باسم التغاير الدقيق. يعد توصيف بنية الكربوهيدرات أحد أهداف glycomics.

مميزات

تتكون السكريات القليلة ، مثل الكربوهيدرات الأخرى ، من السكريات الأحادية التي يمكن أن تكون كيتوز (مع مجموعة كيتو) وألدوز (مع مجموعة ألدهيد). يحتوي كلا النوعين من السكريات على العديد من مجموعات الهيدروكسيل ، أي أنها مواد متعددة الهيدروكسيل ، يمكن أن تكون مجموعات الكحول فيها أولية أو ثانوية.

هيكل السكريات الأحادية التي تتكون منها السكريات قليلة الدائرية ، ويمكن أن تكون من نوع بيرانوز أو فورانوز. على سبيل المثال ، الجلوكوز هو ألدوز له هيكل دوري هو بيرانوز. بينما الفركتوز عبارة عن كيتوز هيكله الدوري هو فيورانوز.

جميع السكريات الأحادية التي تتكون منها السكريات قليلة الكثافة لها التكوين D للجليسرالديهيد. وبسبب هذا ، فإن الجلوكوز هو D-glucopyranose والفركتوز هو D-fructopyranose. يحدد التكوين حول الكربون الشاذ ، C1 في الجلوكوز و C2 في الفركتوز ، تكوين ألفا أو بيتا.

يمكن أن تتكثف المجموعة الشاذة من السكر مع الكحول لتكوين روابط α- و β-glucoside.

تحتوي السكريات قليلة الهضم غير القابلة للهضم (OND) على التكوين، ، والذي لا يمكن تحللها بالماء عن طريق الإنزيمات الهاضمة في الأمعاء واللعاب. ومع ذلك ، فهي حساسة للتحلل المائي بواسطة إنزيمات البكتيريا في القولون.

تكوين

تحتوي معظم السكريات قليلة السكاريد على ما بين 3 و 10 بقايا أحادية السكاريد. الاستثناء هو الإنولين ، وهو عبارة عن OND يحتوي على أكثر من 10 بقايا أحادية السكاريد. تشير كلمة بقايا إلى حقيقة أنه عند تكوين رابطة جلوكوزيد ، بين السكريات الأحادية ، يتم التخلص من جزيء الماء.

يتم وصف تركيبة السكريات قليلة السكاريد لاحقًا في القسم الخاص بالأنواع الرئيسية من السكريات قليلة السكاريد.

المميزات

تعتبر السكاريد الأكثر شيوعًا مثل السكروز واللاكتوز مصدرًا للطاقة ، في شكل ثلاثي فوسفات الأدينوسيت (ATP).

هناك زيادة مطردة في المقالات العلمية المنشورة حول الخصائص الصحية لـ ONDs مثل البريبايوتكس.

بعض وظائف ONDs التي تعتبر من البريبايوتيك هي تعزيز نمو البكتيريا من جنس Bifidobacteria وخفض الكوليسترول. تعمل ONDs كمحليات صناعية ، ولها دور في هشاشة العظام وفي السيطرة على داء السكري 2 ، وتعزيز نمو البكتيريا المعوية.

علاوة على ذلك ، فإن ONDs لها خصائص مثل الحد من مخاطر العدوى والإسهال عن طريق الحد من البكتيريا المسببة للأمراض وتعزيز استجابة جهاز المناعة.

أنواع

يمكن تقسيم السكريات القليلة إلى السكريات القليلة الشائعة والنادرة. الأول هو ثنائي السكريات ، مثل السكروز واللاكتوز. تحتوي الأخيرة على ثلاثة أو أكثر من بقايا السكريات الأحادية وتوجد في الغالب في النباتات.

تختلف السكريات قليلة التعدد الموجودة في الطبيعة في السكريات الأحادية التي تتكون منها.

بهذه الطريقة ، تم العثور على السكريات القليلة التالية: فركتوليغوساكاريدس (FOS) ، غالاكتوليغوساكاريدس (GOS) ؛ السكريات اللاكتولية المشتقة من السكريات الجالاكتولية (LDGOS) ؛ السكريات xylooligosaccharides (XOS) ؛ السكريات العربية (OSA) ؛ مشتق من الأعشاب البحرية (ADMO).

تشمل السكريات القليلة الأخرى الأحماض المشتقة من البكتين (pAOS) ، والسكريات المعدنية (MOS) ، و cyclodextrins (CD) ، و isomalto-oligosaccharides (IMO) ، و oligosaccharides (HMOs).

هناك طريقة أخرى لتصنيف السكريات القليلة وهي فصلها إلى مجموعتين: 1) السكريات الأولية ، والتي توجد في النباتات ، وتنقسم إلى نوعين على أساس الجلوكوز والسكروز. 2) oligosaccharides الثانوية التي تتكون من السكريات الأولية.

السكريات الأولية هي تلك التي يتم تصنيعها من أحادي أو قليل السكاريد ومتبرع بالجليكوزيل عبر غليكوزيل ترانسفيراز. مثال ، السكروز.

السكريات القلة الثانوية هي تلك التي تشكلت في الجسم الحي أو في المختبر عن طريق التحلل المائي للسكريات الكبيرة ، السكريات ، البروتينات السكرية ، والشحميات السكرية.

السكريات

السكروز الأكثر وفرة في النباتات هو السكروز ، ويتكون من الجلوكوز والفركتوز. اسمه المنهجي هو O - α -D-glucopyranosyl- (1-2) - β -D- fructofuranoside. لأن C1 في الجلوكوز و C2 في الفركتوز يشاركان في الترابط الجليكوسيدى ، فإن السكروز ليس سكرًا مختزلًا.

يتكون اللاكتوز من الجالاكتوز والجلوكوز ، ويوجد فقط في الحليب. يختلف تركيزه من 0 إلى 7٪ حسب أنواع الثدييات. الاسم المنهجي للاكتوز O - β -D-galactopyranosyl- (1-4) -D-glucopyranose.

السكريات القلة الرئيسية

سكاريد الفركتوليغو (FOS)

يستخدم مصطلح فركت أوليغوساكاريد بشكل متكرر لوصف 1 ^F (1-β-Dfructofuranosyl) _n -sucrose ، حيث n هي 2 إلى 10 وحدات فركتوز. على سبيل المثال ، وحدتان من الفركتوز تشكلان 1-سلة ؛ ثلاث وحدات تشكل 1-نيستوزا ؛ وأربع وحدات من 1-fructofuranosyl-nistose.

FOS هي ألياف قابلة للذوبان وحلوة قليلاً ، وتشكل المواد الهلامية ، وتبدي مقاومة للإنزيمات المشاركة في الهضم مثل alpha-amylase و sucrase و maltase. هم موجودون في الحبوب والفواكه والخضروات. يمكن أيضًا استخلاصها من مصادر مختلفة عن طريق التفاعلات الأنزيمية.

ومن الفوائد الصحية الوقاية من التهابات الأمعاء والجهاز التنفسي ، وزيادة استجابة الجهاز المناعي ، وتحفيز نمو أنواع العصيات اللبنية و Bifidobacteria ، وزيادة امتصاص المعادن.

جالاكتوليغوساكاريدس (GOS)

تسمى أيضا السكريات الجلاكتوليغوساكاريد transgalactooligosaccharides. بشكل عام ، يمكن تمثيل جزيئات GOS على النحو التالي: Gal ^X (Gal) _n ^Y Glc.

حيث Gal هو galactose و n هو الرابطة β -1،4 التي تنضم إلى بقايا الجالاكتوز. علاوة على ذلك ، تشير الصيغة إلى أن β-galactosidases يصنع أيضًا روابط أخرى: β - (1-3) و β - (1-6).

يتم إنتاج GOSs من اللاكتوز عن طريق التحفيز بواسطة β-galactosidases. حليب الثدييات هو مصدر طبيعي لـ GOS. تعزز GOS نمو البكتيريا المشقوقة.

يتم إنتاج GOSs تجاريًا تحت اسم Oligomate 55 ، وهو مستحضر يعتمد على β-galactosidases من Aspergillus oryzae و Streptoccus thermophilus. يحتوي على 36٪ من ثلاثي ، رباعي ، خماسي ، سداسي-جالاكتو-أوليغوساكاريدس ، 16٪ من ثنائي السكريات جالاكتوسيل-جلوكوز وجلاكتوزيل-جالاكتوز ، 38٪ سكريات أحادية ، و 10٪ لاكتوز.

على الرغم من أن تركيبة GOS ، المنتجة تجاريًا ، يمكن أن تختلف وفقًا لأصل β-galactosidase التي يستخدمونها. تستخدم شركتا FrieslandCampina و Nissin Sugar إنزيمات Bacillus Circulans و Cryptococcus laurentii على التوالي.

من بين فوائد استهلاك GOS إعادة ترتيب الجراثيم المعوية ، وتنظيم جهاز المناعة المعوي وتقوية الحاجز المعوي.

يمكن أيضًا الحصول على السكريات قليلة السكاريد اللاكتولوز والتاجاتوز وحمض اللاكتوبيونيك من اللاكتوز ، باستخدام الأكسيدوروكتازات.

Xylooligosaccharides (XOS)

تتكون XOS من وحدات زيلوز مرتبطة بسندات - (1-4). يتبلمر بين اثنين وعشرة السكريات الأحادية. قد تحتوي بعض أنواع XOS على أشكال أرابينوزيل أو أسيتيل أو جلوكورونيل.

يتم إنتاج XOSs بشكل إنزيمي عن طريق التحلل المائي لمادة الزيلان من لحاء البتولا أو الشوفان أو النواة أو جزء غير صالح للأكل من الذرة. تُستخدم XOSs بشكل أساسي في اليابان ، بموجب موافقة FOSHU (أغذية للاستخدامات الصحية المحددة).

توجد السكريات السكرية الزيلية أو السكرية قليلة السكاريد Feruloyl في خبز القمح وقشر الشعير وقشور اللوز والخيزران والنواة وجزء غير صالح للأكل من الذرة. يمكن استخلاص XOS عن طريق التحلل الأنزيمي لمادة الزيلان.

تتميز السكريات القليلة هذه بخاصية تقليل الكوليسترول الكلي في مرضى السكري من النوع 2 ، وسرطان القولون. هم بيفيدوجينيك.

Arabinooligosaccharides (OSA)

يتم الحصول على OSA عن طريق التحلل المائي لعديد السكاريد العربي الذي يحتوي على روابط α - (1-3) و α- (1-5) من L-arabinofuranose. يوجد Arabinose في arabinan أو arabinogalactans أو arabino xylan ، وهي مكونات جدار الخلية النباتية. يعتمد نوع ارتباط AOS على المصدر.

يقلل OSA من الالتهاب لدى مرضى التهاب القولون التقرحي ، كما أنه يحفز نمو Bifidobacterium و Lactobacillus.

إيزومالتو قليل السكاريد (IMO)

يتكون هيكل IMO من بقايا الجليكوزيل المرتبطة بالمالتوز أو الأيزومالتوز عبر روابط α - (1-6) ، وأكثرها وفرة هي رافينوز و stachyose.

يتم إنتاج IMO في الصناعة تحت اسم Isomalto-900 ، والذي يتكون من احتضان α -amylase و pullulanase و α -glucosidase مع نشا الذرة. السكريات القلة الرئيسية في الخليط الناتج هي أيزومالتوز (Glu α -1-6 Glu) ، أيزومالتوتريوز (Glu α -1-6 Glu α -1-6 Glu) والبانوز (Glu α -1-6 Glu α -1-4 غلو).

من بين الفوائد الصحية تقليل المنتجات النيتروجينية. لديهم تأثير مضاد لمرض السكر. أنها تحسن التمثيل الغذائي للدهون.

تطبيقات البريبايوتكس في سرطان القولون

تشير التقديرات إلى أن 15٪ من العوامل التي تؤثر على ظهور هذا المرض لها علاقة بنمط الحياة. أحد هذه العوامل هو النظام الغذائي ، فمن المعروف أن اللحوم والكحول يزيدان من مخاطر ظهور هذا المرض ، في حين أن اتباع نظام غذائي غني بالألياف والحليب يقلل منه.

لقد ثبت أن هناك علاقة وثيقة بين أنشطة التمثيل الغذائي للبكتيريا المعوية وتكوين الورم. يعتمد الاستخدام الرشيد للبريبايوتكس على ملاحظة أن البيفيدوباكتيريا واللاكتوباسيلوس لا ينتجان مركبات مسرطنة.

كانت هناك العديد من الدراسات في النماذج الحيوانية وقليل جدًا من الدراسات على البشر. في البشر ، على غرار النماذج الحيوانية ، تبين أن استهلاك البريبايوتكس يؤدي إلى انخفاض كبير في خلايا القولون والسمية الجينية ، ويزيد من وظيفة الحاجز المعوي.

تطبيقات البريبايوتكس في مرض التهاب الأمعاء

يتميز مرض التهاب الأمعاء بالتهاب غير متحكم فيه في الجهاز الهضمي. هناك حالتان مرتبطتان ، وهما: داء كرون والتهاب القولون التقرحي.

باستخدام نماذج حيوانية من التهاب القولون التقرحي ، تبين أن استخدام المضادات الحيوية واسعة الطيف يمنع تطور المرض. من المهم التأكيد على أن الكائنات الحية الدقيقة للأفراد الأصحاء تختلف عن أولئك المصابين بمرض التهاب الأمعاء.

نتيجة لذلك ، هناك اهتمام خاص باستخدام البريبايوتكس لتقليل حالة الالتهاب. أظهرت الدراسات التي أجريت على نماذج حيوانية أن استهلاك FOS والأنولين يقلل بشكل كبير من العلامات المناعية المؤيدة للالتهابات للحيوانات.

قلة السكريات في البروتينات السكرية

بروتينات بلازما الدم ، والعديد من بروتينات الحليب والبيض ، والميوسين ، ومكونات النسيج الضام ، وبعض الهرمونات ، وبروتينات غشاء البلازما المتكاملة ، والعديد من الإنزيمات هي بروتينات سكرية (GP). بشكل عام ، يحتوي قليل السكاريد في الممارسين العامين في المتوسط ​​على 15 وحدة أحادية السكاريد.

ترتبط السكريات القليلة القلة بالبروتينات عن طريق روابط N-glucosidic أو O-glycosidic. تتكون الرابطة N-glucosidic من تكوين رابطة تساهمية بين N-acetyl-glucosamine (GlcNAc) والنيتروجين لمجموعة أميد من بقايا الأحماض الأمينية الأسباراجين (Asn) ، والتي توجد عادةً باسم Asn-X- سر أو Asn-X-Thr.

يحدث الارتباط بالجليكوزيل للبروتينات ، والذي يرتبط بربط السكريات قليلة الكثافة بالبروتين ، في وقت واحد مع التخليق الحيوي للبروتين. تختلف الخطوات الدقيقة لهذه العملية باختلاف هوية البروتينات السكرية ، ولكن جميع السكريات قليلة السكاريد المرتبطة بـ N تشترك في خماسي الببتيد مع الهيكل: GlcNAcβ (1-4) GlcNAcβ (1-4) Man ₂.

يتكون اتحاد O -glycosidic من اتحاد السكاريد β -galactosyl- (1-3) - α - N -acetylgalactosamine إلى مجموعة OH لسيرين (Ser) أو threonine (Thr). تختلف السكريات قليلة السكاريد المرتبطة بـ O في الحجم ، على سبيل المثال يمكن أن تصل إلى 1000 وحدة من وحدات السكاريد في البروتيوغليكان.

دور السكريات قليلة التعدد في البروتينات السكرية

ينظم مكون الكربوهيدرات في الممارسين العامين العديد من العمليات. على سبيل المثال ، في التفاعل بين الحيوانات المنوية والبويضة أثناء الإخصاب. البويضة الناضجة محاطة بطبقة خارج الخلية تسمى المنطقة الشفافة (ZP). يتعرف المستقبل الموجود على سطح الحيوانات المنوية على السكريات القليلة المرتبطة بـ ZP ، وهو GP.

يؤدي تفاعل مستقبل الحيوانات المنوية مع السكريات القليلة ZP إلى إطلاق البروتياز والهيالورونيداز. هذه الإنزيمات تذوب ZP. بهذه الطريقة يمكن للحيوانات المنوية اختراق البويضة.

المثال الثاني هو قليل السكريات كمحددات مستضدية. مستضدات فصيلة الدم ABO هي سكريات قليلة السكريات والبروتين السكري وجلوكوليبيدات على سطح خلايا الفرد. الأفراد الذين لديهم خلايا من النوع A لديهم مستضدات A على سطح خلاياهم ، ويحملون الأجسام المضادة لـ B في دمائهم.

يحمل الأفراد الذين لديهم خلايا من النوع B مستضدات B ويحملون أجسامًا مضادة لـ A. الأفراد الذين لديهم خلايا من النوع AB لديهم مستضدات A و B وليس لديهم أجسام مضادة لـ A أو B.

الأفراد من النوع O لديهم خلايا لا تمتلك أي مستضد ، ولديها أجسام مضادة لـ A و B. هذه المعلومات هي المفتاح لإجراء عمليات نقل الدم.

المراجع

1. Belorkar، SA، Gupta، AK 2016. Oligosaccharides: نعمة من مكتب الطبيعة. AMB Express ، 6 ، 82 ، DOI 10.1186 / s13568-016-0253-5.
2. Eggleston، G.، Côté، GL 2003. Oligosaccharides في الأغذية والزراعة. الجمعية الكيميائية الأمريكية ، واشنطن.
3. Gänzle ، MG ، Follador ، R. 2012. استقلاب السكريات قليلة السكاريد والنشا في العصيات اللبنية: مراجعة. الحدود في علم الأحياء الدقيقة ، DOI: 10.3389 / fmicb.2012.00340.
4. كيم ، SK 2011. الأنشطة والتطبيقات البيولوجية Chitin و Chitosan و oligosaccharides ومشتقاتها. مطبعة CRC ، بوكا راتون.
5. Liptak، A.، Szurmai، Z.، Fügedi، P.، Harangi، J. 1991. دليل اتفاقية حقوق الطفل للسكريات قليلة السكاريد: المجلد الثالث: السكريات القليلة القلة. مطبعة CRC ، بوكا راتون.
6. Moreno ، FJ ، Sanz ، ML السكريات القلة الغذائية: الإنتاج والتحليل والنشاط الحيوي. وايلي ، تشيتشستر.
7. Mussatto، SI، Mancilha، IM 2007. سكريات قليلة الهضم غير قابلة للهضم: مراجعة. بوليمرات الكربوهيدرات ، 68 ، 587-597.
8. Nelson، DL، Cox، MM 2017. مبادئ Lehninger للكيمياء الحيوية. دبليو إتش فريمان ، نيويورك.
9. أوليفيرا ، DL ، Wilbey ، A. ، Grandison. AS ، Roseiro ، LB قليل السكريات بالحليب: مراجعة. المجلة الدولية لتكنولوجيا الألبان ، 68 ، 305-321.
10. Rastall، RA 2010. قليل السكريات الوظيفية: التطبيق والتصنيع. المراجعة السنوية لعلوم وتكنولوجيا الأغذية ، 1 ، 305-339.
11. Sinnott، ML 2007. هيكل وآلية كيمياء الكربوهيدرات والكيمياء الحيوية. الجمعية الملكية للكيمياء ، كامبريدج.
12. Stick، RV، Williams، SJ 2009. الكربوهيدرات: الجزيئات الأساسية للحياة. إلسفير ، أمستردام.
13. Tomasik ، P. 2004. الخواص الكيميائية والوظيفية لسكريات الطعام. مطبعة CRC ، بوكا راتون.
14. Voet، D.، Voet، JG، Pratt، CW 2008. أساسيات الكيمياء الحيوية - الحياة على المستوى الجزيئي. وايلي ، هوبوكين.