דיסכרידים: מאפיינים, מבנה, דוגמאות, פונקציות - ביולוגיה - 2025

Disaccharides הם פחמימות אשר הם גם קראו סוכרים כפול. יש להם פונקציות חשובות בתזונה של האדם כמקורות אנרגיה עיקריים. אלה יכולים להיות ממקור צמחי, כמו סוכרוז של קנה סוכר והמלטוז הקיים, ומקורם מן החי כמו לקטוז שנמצא בחלב של יונקים, בין היתר.

פחמימות או סוכרים הם מה שנקרא פחמימות או פחמימות, שהם חומרים מסיסים במים המורכבים מפחמן, חמצן ומימן עם הנוסחה הכימית הכללית (CH2O) n.

ייצוג מבנה הדיסקצריד לקטוז (מקור: Telliott בוויקיפדיה האנגלית באמצעות Wikimedia Commons)

פחמימות הן החומרים האורגניים השופעים ביותר בטבע והם קיימים בכל הצמחים. התאית המהווה את מבנה דפנות התא הצמחיות היא פחמימה, כמו העמילנים בגרגירים ופקעות.

הם נמצאים גם בכל רקמות בעלי החיים, כמו דם וחלב של יונקים.

פחמימות מסווגות ל: (1) מונוסכרידים, אשר לא ניתן להידרזל לפחמימות פשוטות יותר; (2) בדיסכרידים, אשר כאשר הידרוליזה מייצרים שני מונוסכרידים; (3) באוליגוסכרידים, המעניקים 3-10 מונוסכרידים על ידי הידרוליזה ו- (4) בפוליסכרידים, שההידרוליזה שלהם מביאה ליותר מעשרה מונוסכרידים.

עמילן, תאית וגליקוגן הם פוליסכרידים. דיסכרידים בעלי חשיבות פיזיולוגית בבני אדם ובעלי חיים אחרים הם סוכרוז, מלטוז ולקטוז.

מאפיינים ומבנה

בהיותם פחמימות, הדיסכרידים מורכבים מפחמן, חמצן ומימן. באופן כללי, חמצן ומימן במבנה מרבית הפחמימות נמצאים באותה פרופורציה שהם במים, כלומר לכל חמצן ישנם שני הידרוגנים.

זו הסיבה שהם נקראים "פחמימות או פחמימות." מבחינה כימית ניתן להגדיר פחמימות כאלדהידים מרובי-hydroxylated (R-CHO) או קטונים (R-CO-R).

אלדהידים וקטונים הם בעלי קבוצת קרבוניל (C = O). באלדהידים, קבוצה זו מחוברת לפחות למימן אחד ובקטונים, קבוצת קרבוניל זו אינה קשורה למימן.

דיסכרידים הם שני מונוסכרידים המקושרים על ידי קשר גליקוזידי.

דיסכרידים כמו מלטוז, סוכרוז ולקטוז, כאשר הם מחוממים בעזרת חומצות מדוללות או על ידי פעולה אנזימטית, הידרוליזה ומולידה את מרכיבי המונוסכריד שלהם. סוכרוז מוליד גלוקוזה ופרוקטוזה, מלטוז מוליד שני גלוקוזה ולקטוז לגלקטוז וגלוקוזה.

דוגמאות

סוכרוז

סוכרוז הוא הסוכר השופע ביותר בטבע והוא מורכב מהמונוסכרידים גלוקוז ופרוקטוז, והוא נמצא במיצים של צמחים כמו סלק, קנה סוכר, סורגום, אננס, מייפל ובמידה פחותה יותר פירות בשלים ומיץ של ירקות רבים. דיסאצריד זה מתוסס בקלות על ידי פעולת שמרים.

לקטוז

לקטוז, או סוכר חלב, מורכב מגלקטוז וגלוקוזה. חלב יונקים עשיר בלקטוז ומספק חומרים מזינים לתינוקות.

מרבית היונקים יכולים לעכל לקטוז רק כתינוקות, והם מאבדים יכולת זו עם התבגרותם. למעשה, לבני אדם המסוגלים לעכל מוצרי חלב בבגרותם מוטציה המאפשרת להם לעשות זאת.

זו הסיבה שאנשים כה רבים אינם סובלניים ללקטוז; לבני אדם, כמו יונקים אחרים, לא הייתה יכולת לעכל לקטוז בילדותם עד שהמוטציה הזו הופיעה באוכלוסיות מסוימות לפני כ- 10,000 שנה.

כיום, מספר האנשים שאינם סובלניים ללקטוז משתנה באופן נרחב בין אוכלוסיות, ונע בין 10% בצפון אירופה ל 95% באזורים באפריקה ובאסיה. התזונה המסורתית של תרבויות שונות משקפת זאת בכמות מוצרי החלב הנצרכת.

מלטוז

מלטוז מורכב משתי יחידות גלוקוזה ונוצר כאשר האנזים אמילאז ממצה הידרוליזה של העמילן הקיים בצמחים. בתהליך העיכול, עמילאז רוק ואמילז לבלב (אמילופפסין) מפרקים עמילן, ומולידים מוצר ביניים שהוא מלטוז.

דיסכריד זה קיים בסירופים מסוכר תירס, סוכר מאלט ושעורה מונבטת וניתן לתסס אותו בקלות על ידי פעולת שמרים.

טרלהוזה

Trehalose מורכב גם משתי מולקולות גלוקוז כמו מלטוז, אך המולקולות קשורות בצורה שונה. הוא נמצא בצמחים מסוימים, בפטריות ובעלי חיים כמו שרימפס וחרקים.

סוכר הדם של חרקים רבים, כמו דבורים, חגבים ופרפרים, מורכב מטרלהוז. הם משתמשים בה כמולקולת אחסון יעילה המספקת אנרגיה מהירה לטיסה כאשר היא מתקלקלת.

צ'יטוביוס

זה מורכב משתי מולקולות גלוקוזאמין מקושרות. מבחינה מבנית זה דומה מאוד לצלוביוזה, פרט לכך שיש לו קבוצת N-אצטילמינו בה יש לסלוביוזה קבוצת הידרוקסיל.

זה נמצא בכמה חיידקים, והוא משמש במחקר ביוכימי למחקר פעילות האנזים.

הוא נמצא גם בציטין, היוצר קירות של פטריות, שלדי שלד של חרקים, פרוקי רגליים וסרטנים, ונמצא גם בדגים ובמכוניות כגון תמנון ודיונון.

צלוביוז (גלוקוז + גלוקוז)

צלוביוז הוא תוצר של הידרוליזה של חומרים עשירים בתאית, כגון נייר או כותנה. זה נוצר על ידי חיבור לשתי מולקולות בטא גלוקוזה על ידי קשר β (1 → 4)

לקטולוזה (גלקטוז + פרוקטוז)

לקטולוזה הוא סוכר סינטטי (מלאכותי) שאינו נספג בגוף, אלא מתפרק במעי הגס למוצרים הסופגים מים במעי הגס, ובכך מרככים את הצואה. השימוש העיקרי בה הוא לטיפול בעצירות.

הוא משמש גם להפחתת רמות האמוניה בדם בקרב אנשים עם מחלת כבד, שכן לקטולוזה סופגת אמוניה במעי הגס (מחסל אותה מהגוף).

איזומלטוז (גלוקוז + גלוקוז איזומלטאז)

Trehalulose הוא סוכר מלאכותי, דיסכריד המורכב מגלוקוז ופרוקטוז המקושרים על ידי קשר אלקוזי (1-1).

הוא מיוצר במהלך ייצור האיזומלטולוזה מסוכרוז. בדופן המעי הדק, האנזים איזומלטאז מפרק את טרחלולוזה לגלוקוזה ופרוקטוזה, אשר נספגים אז במעי הדק. לטרהולוזה יש עוצמה נמוכה לגרום לעששת.

צ'יטוביוס

זוהי היחידה החוזרת על דיסכריד בציטין, השונה מסלוביוזה רק בנוכחות קבוצת N- אצטילמינו על פחמן -2 במקום קבוצת ההידרוקסיל. עם זאת, הצורה הלא אצטילית נקראת לרוב גם צ'יטוביוז.

לקטיטול

זהו אלכוהול גבישי C12H24O11 המתקבל על ידי מימן של לקטוז. זהו אנלוגי דיסכריד של לקטולוזה, המשמש כממתיק. זה גם משלשל ומשמש לטיפול בעצירות.

טורנוזה

תרכובת אורגנית מפחיתה דיסכריד שיכולה לשמש כמקור פחמן על ידי חיידקים ופטריות.

מליביוסה

סוכר דיסכרידי (C12H22O11) הנוצר על ידי הידרוליזה חלקית של רפינוזה.

קסילוביוזה

דיסכריד המורכב משני שאריות קסילוזה.

חונק

דיסכריד שנמצא בסופורוליפיד.

ג'נטיוביוסה

ג'נטיוביוזה היא דיסכריד המורכב משתי יחידות גלוקוזה D המקושרות על ידי קשר גליקוזידי מסוג β (1 → 6). לגנטיוביוזה יש איזומרים רבים הנבדלים זה מזה באופי הקשר הגליקוזידי המחבר בין שתי יחידות הגלוקוזה.

ליוקראוז

זהו גליקוזילפרוקטוז המורכב משאריות α-D-glucopyranosyl המקושרות ל- D-fructopyranose דרך קשר (1 → 5). איזומר של סוכרוז.

שגרה

זהו דיסכריד הקיים בגליקוזידים.

קרוליניאסייד א

אוליגוסכרידים המכילים שתי יחידות מונוסכרידים המקושרים על ידי קשר גליקוזידי.

קְלִיטָה

אצל בני אדם, דיסכרידים שנבלעים או פוליסכרידים כמו עמילן וגליקוגן מונעים על ידי הידרוליזה ונספגים כמונוסכרידים במעי הדק. מונוזכרידים משובטים נספגים ככאלה.

פרוקטוז למשל, מתפזר באופן פסיבי לתא המעי והרוב מומר לגלוקוז לפני הכניסה לזרם הדם.

לקטאז, מלטאז וסוכרז הם האנזימים הנמצאים בגבול הלומיני של תאי המעי הדק האחראים להידרוליזה של לקטוז, מלטוז וסוכרוז בהתאמה.

לקטאז מיוצר על ידי תינוקות שזה עתה נולדו, אך באוכלוסיות מסוימות הוא כבר לא מסונתז על ידי האנטוזיט במהלך חיי הבוגרים.

כתוצאה מהיעדר לקטאז, נשארת לקטוז במעי וגוררת מים על ידי אוסמוזה לכיוון לומן המעי. עם הגעת המעי הגס, הלקטוז מושפל על ידי תסיסה על ידי חיידקים בדרכי העיכול עם ייצור CO2 וחומצות שונות. כאשר צורכים חלב שילוב זה של מים ו- CO2 גורם לשלשול וזה מכונה חוסר סובלנות ללקטוז.

גלוקוז וגלקטוז נספגים על ידי מנגנון נפוץ תלוי בנתרן. ראשית, יש הובלה פעילה של נתרן שמסיר נתרן מתא התא במעי דרך הממברנה הבסיסית לדם. זה מוריד את ריכוז הנתרן בתא המעי, המייצר שיפוע נתרן בין לומן המעי לבין פנים האנטוזיט.

כאשר נוצר שיפוע זה, מתקבל הכוח שיניע נתרן יחד עם גלוקוז או גלקטוז לתא. בדפנות המעי הדק ישנו Na + / גלוקוזה, Na + / galactose טרנספורטר (סימפורטור) התלוי בריכוזי נתרן לכניסה של גלוקוז או גלקטוז.

ככל שריכוז Na + גבוה יותר בלומן של מערכת העיכול, כך גדל זרם הגלוקוזה או הגלקטוזה. אם אין נתרן או שריכוזו בלומן הצינור נמוך מאוד, לא הגלוקוזה וגם הגלקטוזה לא תיספג כראוי.

בחיידקים כמו E. Coli, למשל, שמקבלים בדרך כלל את האנרגיה שלהם מגלוקוז, בהיעדר פחמימות זו במדיום הם יכולים להשתמש בלקטוז ולשם כך הם מסנתזים חלבון האחראי להובלה פעילה של לקטוז המכונה permase lactose, ובכך נכנס לקטוז מבלי שהייתה בעבר הידרוליזה.

מאפיינים

דיסכרידים משובצים נכנסים לגוף של בעלי חיים הצורכים אותם כמונוסכרידים. בגוף האדם, בעיקר בכבד, אף שהוא מופיע גם באיברים אחרים, מונוזכרידים אלה משולבים בשרשראות המטבוליות של סינתזה או קטבוליזם לפי הצורך.

באמצעות קטבוליזם (פירוק) הפחמימות האלה משתתפות בייצור ATP. בתהליכי הסינתזה הם משתתפים בסינתזה של פוליסכרידים כמו גליקוגן וכך הם יוצרים את מאגרי האנרגיה הקיימים בכבד, בשרירי השלד ובאיברים רבים אחרים.

הם גם משתתפים בסינתזה של גליקופרוטאינים רבים וגליקוליפידים בכלל.

אף כי דיסכרידים, כמו כל הפחמימות שנבלעות, יכולים להוות מקור אנרגיה לאדם ובעלי חיים, הם משתתפים בתפקודים אורגניים מרובים על ידי היותם חלק ממבני ממברנות התא והגלוקופרוטאינים.

גלוקוזמין, למשל, הוא מרכיב בסיסי בחומצה היאלורונית והפרין.

של לקטוז ונגזרותיו

הלקטוז הקיים בחלב ונגזרותיו הוא המקור החשוב ביותר לגלקטוז. לגלקטוז חשיבות רבה מכיוון שהיא חלק ממוחין מוחי, גנגליוזידים ומוקופרוטאינים, המהווים מרכיבים חיוניים בממברנות תאי עצב.

לקטוז ונוכחות סוכרים אחרים בתזונה מעדיפים את התפתחות פלורת המעיים, החיונית לתפקוד העיכול.

הגלקטוז משתתף גם במערכת החיסון מכיוון שהוא אחד המרכיבים בקבוצת ABO בדופן כדוריות הדם האדומות.

גלוקוז, תוצר של עיכול לקטוז, סוכרוז או מלטוז, יכול להיכנס לגוף למסלול הסינתזה של פנטוזות, ובמיוחד לסינתזה של ריבוז הנחוצה לסינתזה של חומצות גרעין.

בצמחים

ברוב הצמחים הגבוהים יותר, מסנכרנים דיסכרידים מפוספט טריוס ממחזור הפחתת הפחמן הפוטוסינתטי.

צמחים אלה מסנתזים בעיקר סוכרוז ומעבירים אותו מהציטוזול לשורשים, זרעים ועלים צעירים, כלומר לאזורים של הצמח שאינם משתמשים בפוטוסינתזה בצורה מהותית.

לפיכך, הסוכרוז המסונתז על ידי מחזור הפחתת הפחמן הפוטוסינתטי וזה שמקורו בשפלת העמילן המסונתז על ידי פוטוסינתזה והצטבר בכלורופלסטים, הם שני מקורות אנרגיה ליליים לצמחים.

תפקיד ידוע נוסף של כמה דיסכרידים, ובמיוחד מלטוז, הוא להשתתף במנגנון ההולכה של אותות כימיים למנוע ה flagellum של כמה חיידקים.

במקרה זה המלטוז נקשר תחילה לחלבון וקומפלקס זה אחר כך נקשר למתמר; כתוצאה מכריכה זו, מופק אות תוך-תאי המופנה לפעילות המוטורית של המגן.

הפניות

1. אלברטס, ב., דניס, ב., הופקין, ק., ג'ונסון, א., לואיס, ג'., רף, מ., … וולטר, פ. (2004). ביולוגיה תאי חיונית. אבינגדון: גרלנד מדע, טיילור ופרנסיס.
2. פוקס, SI (2006). פיזיולוגיה אנושית (מהדורה 9). ניו יורק, ארה"ב: McGraw-Hill Press.
3. גייטון, א., והול, ג'יי (2006). ספר לימוד לפיזיולוגיה רפואית (מהדורה 11). Elsevier Inc.
4. מוריי, ר., בנדר, ד., בוטם, ק., קנלי, פ., רודוול, ו., וייל, פ. (2009). Harper's Illustrated Biochemistry (מהדורה 28). מקגרו היל רפואי.
5. ראון, ג'יי.די (1998). בִּיוֹכִימִיָה. ברלינגטון, מסצ'וסטס: הוצאת ניל פטרסון.