Материал: Строение дисахаридов, их химические и физические свойства

Мальтоза

Мальтоза - дисахарид (солодовый сахар, лат. malt - солод) - обнаружена во многих растениях в небольших количествах, в больших количествах накапливается в солоде - обычно в семенах ячменя, проросших в определенных условиях. Поэтому мальтозу часто называют солодовым сахаром. Мальтоза образуется в растительных и животных организмах в результате гидролиза крахмала под действием амилаз; если долго жевать хлеб можно почувствовать сладковатый вкус мальтозы, образующейся из крахмала хлеба под действием амилазы слюны. Мальтоза содержится в большом количестве в солоде и сусле.

Солод, продукт проращивания зерен злаков (ячменя, ржи, пшеницы, овса). Применяется в производстве пива. Сусло - сладкий водный экстракт солода, предназначенный к сбраживанию. Продуктом сбраживания сусла является пиво.

Мальтоза содержит два остатка Д-глюкопиранозы, соединенных между собой a (1>4) гликозидной связью (рис. 3).

Рис. 3 Строение мальтозы

Мальтоза обладает восстанавливающими свойствами и является восстанавливающим дисахаридом, что используется при ее количественном определении. Она легко растворима в воде. Раствор обнаруживает мутаротацию.

Под действием фермента a-глюкозидазы (мальтазы) солодовый сахар гидролизуется с образованием двух молекул глюкозы (рис. 4):

Рис. 4 Гидролиз солодового сахара под действием фермента мальтазы

Мальтоза сбраживается дрожжами. Эта способность мальтозы используется в технологии бродильных производств при производстве пива, спирта этилового и т.д. из крахмалсодержащего сырья /2/.

Лактоза

Лактоза - дисахарид (молочный сахар) - содержится только в молоке млекопитающих (2-8%) и получается в сыроваренной промышленности из молочной сыворотки после отделения творога, идёт на производство лактулозы и как инертный наполнитель для лекарственных препаратов. Сбраживается лишь особыми лактозными дрожжами, содержащимися в кефире и кумысе.

В организме гидролиз лактозы происходит под действием фермента лактазы. При недостаточности выработки лактазы наблюдается лактазный дефицит и неспособность переваривать лактозу. Поэтому при потреблении молока людьми с лактазным дефицитом, лактоза не переваривается, а начинает сбраживаться кишечной микрофлорой с различными неприятными последствиями (метеоризм, диаррея). Это явление носит также следующие названия непереносимость лактозы, мальабсорбция лактозы, гиполактазия.

У большинства людей и млекопитающих ген лактазы выключается по мере взросления. Это объясняется тем, что млекопитающие потребляют молоко только в младенчестве, и в дальнейшем нет смысла тратить энергию и аминокислоты на синтез лактазы. Однако, в результате мутации в одном из регуляторных генов, чей продукт выключал ген лактазы, этот фермент (лактаза) стал синтезироваться на протяжении всей жизни. Примерно 70% европейцев усваивают молоко (то есть переносят лактозу) в зрелом возрасте, тогда как в Африке, Океании и Центральной Азии только 30% населения умеют вырабатывать лактозу. Однако, отдельные народы Африки с традиционно высоким потреблением молока (тутси, фуланы, туареги и др.) не имеют проблем с перевариванием лактозы.

Лактоза построена из остатков b-Д-галактопиранозы и a-Д-глюкопиранозы, соединенных между собой b-(1>4)-гликозидной связью (рис. 5). Лактоза является восстанавливающим дисахаридом, причем свободный полуацетальный гидроксил принадлежит остатку глюкозы, а кислородный мостик связывает первый углеродный атом остатка галактозы с четвертым атомом углерода остатка глюкозы.

Рис. 5 Строение лактозы

Лактоза гидролизуется под действием фермента b-галактозидазы (лактазы) (рис. 6):

Рис. 6 Гидролиз лактозы под действием фермента лактазы

Лактоза отличается от других сахаров отсутствием гигроскопичности - она не отсыревает. Молочный сахар применяется как фармацевтический препарат и как питательное средство для грудных детей. Водные растворы лактозы мутаротируют, лактоза имеет в 4-5 раз менее сладкий вкус, чем сахароза.

Содержание лактозы в женском молоке достигает 8%. Из женского молока выделено более 10 олигосахаридов, структурным фрагментом которых служит лактоза. Эти олигосахариды имеют большое значение для формирования кишечной флоры новорожденных, некоторые из них подавляют рост болезнетворных кишечных бактерий, в частности - лактулоза /4/.

Целлобиоза. Лактулоза. Трегалоза

Целлобиоза. в-D -глюкопиранозил-(1>4)-D-глюкопираноза.

Остатки глюкозы связаны в -1,4 - гликозидной связью. Является строительной единицей клетчатки (целлюлозы). В свободном виде содержится в соке некоторых деревьев. Целлобиоза - восстанавливающий дисахарид, но в отличие от лактозы при полном гидролизе даёт только D-глюкозу. Высшие животные не в состоянии усваивать целлюлозу, так как не обладают разлагающим ее ферментом. Однако улитки, гусеницы и черви, содержащие ферменты целлобиазу и целлюлазу, способны расщеплять (и тем самым утилизовать) содержащие целлобиозу растительные остатки.

Лактулоза. в-D-галактопиранозил-(1>4)-D-фруктофураноза. Лактулоза не встречается в природе. В промышленности получают из лактозы. Используется в медицине для лечения и предотвращения запоров. Иногда добавляется в детские молочные продукты. Лактулоза является восстанавливающим дисахаридом.

Трегалоза (грибной сахар). a-D-глюкопиранозил-a-D-глюкопиранозид.

Два остатка глюкозы связаны друг с другом за счёт полуацетальных гидроксильных групп, поэтому трегалоза не является восстанавливающим дисахаридом. Содержится в грибах и некоторых растениях. В дрожжах содержание трегалозы достигает 18% на сухое вещество.

Другие дисахариды, такие как мелибиоза, гентибиоза, тураноза, примвероза и т.д. встречаются редко /5/.

Химические свойства дисахаридов

Дисахариды вступают в большинство реакций, характерных для моносахаридов: образуют простые и сложные эфиры, гликозиды, производные по карбонильной группе. Восстанавливающие дисахариды окисляются до гликобионовых кислот. Гликозидная связь в дисахаридах расщепляется под действием водных растворов кислот и ферментов. В разбавленных растворах щелочей дисахариды устойчивы. Ферменты действуют селективно, расщепляя только ?- или только ?-гликозидную связь /6/.

Последовательность реакций - окисление, метилирование, гидролиз, позволяет установить строение дисахарида (рис.7).

Рис. 7 Строение дисахарида

Окисление дает возможность определить, остаток какого моносахарида находится на восстанавливающем конце. Метилирование и гидролиз дают информацию о положении гликозидной связи и размерах цикла моносахаридных звеньев. Конфигурация гликозидной связи (??или ?? может быть определена с помощью ферментативного гидролиза /1/.

Биологическая роль дисахаридов

Сахароза в желудочно-кишечном тракте распадается на глюкозу и фруктозу. Сахароза - наиболее распространенный сахар. Источники сахарозы: сахарная свекла (14-18%) и сахарный тростник (10-15%). Содержание сахарозы: в сахарном песке - 99,75%, в сахаре-рафинаде - 99,9%.

Сахароза обладает способностью превращаться в жир. Избыточное поступление этого углевода в пищевом рационе вызывает нарушение жирового и холестеринового обмена в организме человека, оказывает отрицательное воздействие на состояние и функцию кишечной микрофлоры, повышая удельный вес гнилостной микрофлоры, усиливая интенсивность гнилостных процессов в кишечнике, приводит к развитию метеоризма кишечника. Избыточное количество сахарозы в питании детей приводит к развитию кариеса зубов.

Лактоза - углевод животного происхождения. При гидролизе расщепляется на глюкозу и галактозу. Гидролиз протекает медленно, ограничивая процесс брожения, что имеет большое значение в питании детей грудного возраста. Поступление лактозы в организм способствует развитию молочнокислых бактерий, подавляющих развитие гнилостных микроорганизмов. Лактоза в наименьшей степени используется для жирообразования и при избытке не повышает содержание холестерина в крови. Источник лактозы: молоко и молочные продукты, в которых содержание этого дисахарида может достигать 4-6%.