Třídění podle molekulární velikosti nebo DP skupin sacharidy na monosacharidy, disacharidy, oligosacharidy a polysacharidy . Monosacharidy jsou chirální, polyhydroxylované aldózy nebo ketózy, které nelze hydrolyzovat na menší sacharidové jednotky ., Mohou být klasifikovány podle počtu atomů uhlíku v jejich struktuře, které se pohybují od tří do devíti atomů uhlíku (tj. triosa, tetrose, pentóza, hexóza, heptóza, októza a nonosa), podle typu karbonylové skupiny, kterou obsahují (tj. Aldózy jsou označovány jako redukční cukry kvůli jejich redukčnímu účinku na určité ionty nebo sloučeniny, oxidující jejich aldehydovou skupinu na karbonylovou skupinu ., Nejjednodušší aldóza cukr s chirální atom je glyceraldehyd, s jeho druhou C molekula připojena k čtyři různé skupiny, dává možnost pro tento C mají dvě prostorové konfigurace, a glyceraldehyd-proto existují v obou d – a ʟ – formy . Chirální atomy uhlíku mají každý ze svých čtyř čtyř čtyř čtyř čtyř čtyřstěnných vazeb spojených s jinou skupinou . Chiralita cukrů a AA je běžně označována systémem d / ʟ a je pojmenována ve vztahu ke struktuře glyceraldehydu .,
Monosacharidy
nejběžnější monosacharidy se 6-C aldohexoses, které zahrnují aldohexose d-glukózy, a jsou obvykle přítomny v jejich kruhu struktur nazývá pyranosové prsten, spíše než v otevřeném řetězci struktur (Obr. 1) . U oligo-a polysacharidů se aldopentózy mohou objevit jako 5-C kruhová struktura známá jako furanózový kruh . D-glukóza, s ohledem na všechny její kombinované formy, je nejhojnějším monosacharidem, který se přirozeně vyskytuje v přírodě . Nejhojnější ketózou je d-arabino-hexulóza, známá častěji svým triviálním názvem, D-fruktóza ., Mezi tři triózy patří ketóza dihydroxyaceton a obě enantiomerní formy glyceraldehydu . Erythrose a threose jsou příklady tetrózy, a pentoses patří ribózy, arabinózy, xylózy a apiose .
Chemické struktury monosacharidů, které jsou běžně spojené s stravitelných sacharidů a vlákniny. Upraveno z Albersheim et al.,
Cukry, např. glukózu, galaktózu, manózu a fruktózu, které mají různé struktury, ale mají stejný chemický vzorec, C6H12O6, se nazývají izomery . Cukry, které se liší konfigurací kolem pouze jednoho atomu uhlíku, se nazývají epimery, jako je D-glukóza a D-manóza, které se liší ve svých strukturách kolem C-2 . Pár enantiomerů je speciální typ izomerie, kde oba členové páru jsou zrcadlové obrazy jeden druhého a jsou označeny jako d – nebo ʟ – strukturu (tj.,, D-glukóza nebo ʟ-glukóza), v závislosti na poloze skupiny –OH spojené s asymetrickým uhlíkem nejdále od karbonylové skupiny .
jiné typy monosacharidů zahrnují alditoly nebo polyoly, což jsou aldózy nebo ketózy, které měly své karbonylové skupiny redukované na alkohol . Příkladem přirozeně se vyskytujícího alditolu v rostlinách a jiných organismech je D-glucitol, známý běžně jako sorbitol, který je produktem redukce D-glukózy . Absorpce a metabolismus polyolů se liší mezi typy, ale většina z nich je fermentována v tlustém střevě .,
Deoxy cukrů jsou chybí jeden nebo více hydroxylových skupin připojených k jejich atomy uhlíku, jako je například 6-deoxy-ʟ-manóza (ʟ-rhamnosy), která je často spojena s pektin, 2-deoxy – d-ribóza, cukr, součást DNA, a 6-deoxy-ʟ-galaktózy (ʟ-fucose), součást glykoproteinů a glykolipidů v buněčných stěnách a buňky savců .
uronové kyseliny jsou cukrové kyseliny, ve kterých koncová skupina CH2OH podléhá oxidaci za účelem získání karboxylové kyseliny ., Uronové kyseliny, které přispívají k dietní vlákniny patří složek non-stravitelné polysacharidy rostlin a řas, jako je d-glukuronové kyseliny d-galakturonové kyseliny, d-mannuronic kyseliny, a ʟ-guluronic kyselin . Cukr z aktivovanou formu kyseliny glukuronové, které se používá při syntéze glykosaminoglykanů u savců, a ʟ-iduronických kyselina je syntetizován z d-glukuronové kyseliny, poté byla začleněna do sacharidového řetězce .
Disacharidy
Dva monosacharidy spojeny acetalový nebo ketal vazba se označuje jako disacharid ., Glykosidická vazba spojení 2 jednotek monosacharidů, a to může být buď α-glykosidickou vazbou-li anomerní hydroxylové skupiny cukr je v α konfiguraci nebo β-glykosidickou vazbou, pokud je v β konfiguraci . Glykosidická vazba je pojmenována podle polohy atomu uhlíku jsou spojeny, například, α-glykosidické vazby spojující C-1 molekuly glukózy a C-4 další molekuly glukózy v maltóza, se nazývá α-(1,4) glykosidickou vazbou (Obr. 2) . Tři nejčastější disacharidy jsou maltóza, laktóza a sacharóza ., Maltóza je redukční cukr, který je produktem hydrolýzy škrobu enzymem α-amylázy . Laktóza je redukující cukr, který se skládá z d-glucosyl jednotky a α-d-galactopyranosyl jednotka spojeny β-(1,4) glykosidickou vazbou a je přítomen v mléce a mléčných výrobků, jako je odstředěného mléka a syrovátky . Sacharóza se skládá z glukózy a fruktózy Spojené α – (1,2) glykosidickou vazbou ., V rozporu s obecným head-to-tail linkage (anomerní atom uhlíku na atom uhlíku obsahující hydroxylové skupiny) ve struktuře oligo – a polysacharidy, sacharóza, glykosidické vazby spojující α-d-glukopyranosyl jednotky a β-d-fructofuranosyl jednotka je v hlava-k-hlava módní (anomerní atom uhlíku na anomerní atom uhlíku), takže je neredukující cukr . Sacharóza je syntetizována procesem fotosyntézy, aby poskytla atomy energie a uhlíku pro syntézu jiných sloučenin v rostlině .
Chemická struktura di – a oligosacharidů. Převzato z Bach Knudsen et al.
Maltóza, laktóza a sacharóza jsou hydrolyzovány na své základní monosacharidy pomocí enzymů maltáza, laktáza, sacharáza, resp., Α-glucosidases maltáza-glukoamyláza a sacharázy-izomaltázy komplexy, které jsou přítomny v kartáčový lem tenkého střeva štěpí glykosidické vazby v maltóza a sacharóza, respektive s většinou maltáza aktivity přicházející z sacharázy-izomaltázy komplexu . Monosacharidy, které jsou výsledkem trávení těchto disacharidů, jsou snadno absorbovány v tenkém střevě . Laktáza, β-galaktosidáza, je také vyjádřena mladými savci, kteří tráví laktózu do svých monosacharidů, které jsou následně absorbovány v tenkém střevě .,
Mezi další disacharidy, které jsou v přírodě přítomny, patří trehalóza, celobióza a gentiobióza . Trehalóza je neredukující disacharid složený ze dvou α-d-glukopyranosylových jednotek spojených dohromady α-(1,1) glykosidickou vazbou . Trehalóza se vyskytuje v malých množstvích v houbách, kvasinkách, medu, některých mořských řasách a bezobratlých, jako je hmyz, krevety a humři . Trehalóza je trávena enzymem α-glukosidázy trehalázy, který je exprimován v tenkém střevě lidí a většiny zvířat ., Dvě molekuly glukózy jsou spojeny β-(1,4) a β-(1,6) glykosidickými vazbami tvoří cellobiose a gentiobiose, respektive, a tyto disacharidy mohou být využity pouze po mikrobiální fermentací, protože prasata nemají enzymy schopné trávení těchto dluhopisů . Celobióza je produktem degradace celulózy, zatímco předpokládá se, že gentiobióza hraje roli při zahájení zrání rajčatového ovoce .,
Oligosacharidy
Oligosacharidy se skládají z galaktooligosacharidů-oligosacharidy, frukto-oligosacharidy a mannan-oligosacharidů, které nemohou být stravitelné, pankreatické a střevní enzymy, ale jsou rozpustné v 80% ethanolu . Galaktooligosacharidů, nebo α-galactosides, které jsou přítomny ve velkém množství v luštěninách, jsou složené z rafinóza, stachyóza, a verbascose, které mají strukturu, skládající se z jednotky sacharóza spojeny do jedné, dvou, nebo tří jednotek d-galaktosy, respektive (Obr. 2) ., Tyto oligosacharidy způsobit nadýmání u prasat a člověka vzhledem k nedostatku enzymu α-galaktosidázy, který hydrolyzuje glykosidické vazby spojující monosacharidy, které představují tyto α-galactosides a jsou proto využívány bakteriemi v tlustém střevě . V rafinóza, d-galaktosa je vázána na sacharóza prostřednictvím α-(1,6) dluhopisů, vzhledem k tomu, že dvě jednotky a tři jednotky d-galaktóza jsou spojeny s sacharóza, také prostřednictvím α-(1,6) glykosidickými vazbami, v stachyóza a verbascose, resp., Transgalacto-oligosacharidy jsou dalším typem galaktooligosacharidů, které mohou mít prebiotické účinky, u mladých prasat a jsou komerčně syntetizované z transglycosylation akce β-glycosidases na laktózu, vytváří β-(1,6) polymery galaktózy spojené do terminální jednotky glukózy prostřednictvím α-(1,4) glykosidickou vazbou . Transgalakto-oligosacharidy však nejsou přirozeně syntetizovány .
Frukto-oligosacharidy, nebo fruktanů, jsou řetězce fruktózy monosacharidy s terminálem glukózové jednotky, a jsou klasifikovány jako inulins nebo levans ., Inulin se většinou vyskytuje u dvouděložných, zatímco levany se vyskytují hlavně v monokotyledonech . Frukto-oligosacharidy nejsou hydrolyzovány v tenkém střevě vzhledem k β-vazeb mezi monomery, ale mohou být fermentovány na kyselinu mléčnou a SCFA v tlustém střevě . Inulín se přirozeně vyskytuje v cibuli, česnek, chřest, banány, topinambur, pšenice, a čekanky jako úložiště sacharidů . Inulin se skládá z β-d-fruktofuranosylových jednotek Spojených β-(2,1) glykosidickými vazbami a má DP, který se pohybuje od 2 do 60 ., Polymer je složen z fruktózy reziduí přítomných v furanose prsten formě a často mají terminál sacharóza jednotky na snížení . Levans jsou fruktanů, které mají průměrnou délku 10 až 12 fruktóza jednotky spojené β-(2,6) vazeb, ale může mít DP více než 100.000 fruktóza jednotky a nacházejí se v bakteriální fruktanů a v mnoha jednoděložných rostlin ., Levans jsou odvozeny od transglycosylation reakce katalyzované enzymem levansucrase, který je vylučován některé bakterie a plísně, které přednostně používat d-glykosyl jednotka sacharózy, čímž konverzi sacharózy na levans s β-(2,1) spojené vedlejší řetězce . Polysacharidy obsahující významný počet β-(2,1) vazeb lze také označit jako „levan“ . Třetí typ fruktanů, nazývaný graminan-Typ fruktany, obsahuje kombinaci obou β-(2,1) A β-(2,6) vazeb a jsou přítomny v pšenici a ječmeni .,
Mannan-oligosacharidy se skládají z polymerů manóza, které jsou odvozeny z kvasinkové buněčné stěny a jsou umístěny na vnějším povrchu kvasinkové buněčné stěny připojené k β-glukany inner matrix prostřednictvím β-(1,6) a β-(1,3) glykosidickými vazbami . Mannan-oligosacharidy a frukto-oligosacharidy se mohou chovat jako prebiotika díky své zdraví prospěšné účinky na hostitele stimulací růstu nebo aktivity určitých bakterií v tlustém střevě ., Bylo navrženo, že mannan-oligosacharidy regulují reakci na imunologické výzvy prasat a mohou zabránit nadměrné stimulaci imunitního systému hostitelského zvířete po infekci .
polysacharidy
polysacharidy jsou sacharidy s vysokou molekulovou hmotností, které jsou polymery monosacharidů . Polysacharidy jsou tvořeny cukrovými polymery, které se liší velikostí a mohou být buď lineární nebo rozvětvené . DP se liší podle typu polysacharidu a může se pohybovat od 7 000 do 15 000 v celulóze a až do více než 90 000 v amylopektinu ., Polysacharidy mohou být klasifikovány jako homopolysaccharides pokud obsahují pouze jeden typ cukru reziduí (např. škrob, glykogen a celulosa) nebo jako heteropolysacharidy pokud obsahují dva nebo více různých druhů cukru zbytků ve své struktuře (např. arabinoxylany, glucomannans, a kyseliny hyaluronové; 2). Polysacharidy jsou přítomny ve velkém množství v prasečí stravě a jsou rozděleny na škrob a glykogen a neškrobové polysacharidy (NSP) .,
škrob může být lineární nebo rozvětvený a je skladovací formou sacharidů v rostlinách, zatímco glykogen je vysoce rozvětvený a je přítomen pouze v živočišné tkáni, především ve svalu a játrech . Škrob je jedním z nejhojnějších sacharidů v přírodě . Je syntetizován pro ukládání energie pro růst rostlin a je uložen v semenech, hlízách, kořenech, stoncích, listech a některých plodech . Škrob je polymer D-glukózy, který se skládá ze dvou typů molekul, amylózy a amylopektinu(obr. 3) ., Amylóza je krátký lineární polymer glukózy s průměrným DP 1000 glukózových jednotek Spojených vazbami α-(1,4). Amylopektinu obsahuje větší řetězců glukózy s DP 10 000 do 100 000 s pobočkou bodů na α-(1,6) vazby na každých 20 až 25 glukosových jednotek . Celkový počet α-(1,6) vazeb je pouze asi čtyři až pět % celkových glykosidických vazeb v amylopektinu . Nativní škrob obsahuje obě formy jako semikrystalické granule různých poměrů amylózy a amylopektinu, v závislosti na zdroji rostliny ., Škrobové granule mají různé strukturální a chemické složení v závislosti na druhu rostliny a části rostliny, kde se nachází . Velikost škrobových zrn ovlivňuje povrch-k-poměr objemu a menší granule, větší povrch-k-poměr objemu což vede k větší plocha pro enzymové hydrolýze v trávicím traktu . Trávení škrobu začíná v ústech, kde slinná α-amyláza je vylučována, který působí pouze na α-(1,4) spojeny lineární řetězce amylosy a amylopektinu, dokud tento enzym je deaktivován nízké pH v žaludku ., Velké množství pankreatické α-amylázy specifické pouze pro α-(1,4) vazbami jsou vylučovány do dvanáctníku lumen, produkci maltózy a maltotriose jako produkty luminální obsah amylosy a amylopektinu trávení, spolu s rozvětveným oligosacharid α-dextrin vyplývající z částečné hydrolýze amylopektinu kvůli neschopnosti α-amyláza štěpí α-(1,6) vazeb . Trávení škrobu je dokončeno oligosacharidázami (tj. α-glukosidázami) vyjádřenými žlázami v tenkém střevě. Tyto α-glukosidázy zahrnují komplexy sacharóza-isomaltáza a maltáza-glukoamyláza ., Oba komplexy mají rozdíly v jejich míry specifičnosti produktů α-amyláza trávení a štěpí α-(1,4) a α-(1,6) dluhopisy v α-dextriny navzájem doplňovat, produkci volné glukosy, který je transportován do enterocytů .
Chemické struktury amylosy, amylopektinu a celulózy. Převzato z Bach Knudsen et al.,
Škrob lze rozdělit do tří typů: Typ škrobu má otevřenou strukturu a je přítomný v obilovinách; Typ B škrob je přítomen v hlízách a také se zdá být více kompaktní, a Typ C škrob je kombinace typů a a B škrobu a je přítomen v luštěninách . Škrob granulí na syrové brambory a zelené banány, které mají vysoký obsah amylosy výsledek ve více pevně zabalené granule, které jsou více nerozpustné a odolné vůči trávení ve srovnání s amylopektinu-obsahující granule, které jsou více větvené a méně pevně zabalené ., V kukuřici, pšenici a bramborách může škrob obsahovat přibližně 20% amylózy a 80% amylopektinu . Voskovitá kukuřice však může mít škrob obsahující téměř 100% amylopektinu, zatímco vysoká amylózová kukuřice může obsahovat až 75% amylózy . Proto, škrob nemusí být vždy štěpen α-amylázy, pokud obilná zrna jsou pozměněny fyzikálními procesy (např. broušení nebo válečkem frézování) a topení (např., peletování, rozšíření, nebo vytlačování) .,
podíl škrob není štěpen α-amylázy nebo enzymy štětce hranice a může podstoupit mikrobiální fermentace v tlustém střevě; to se označuje jako rezistentní škrob (RS) . Škrob může odolávat trávení, protože je fyzicky nepřístupný kvůli uzavřenému prostoru v celých rostlinných buňkách nebo matricích(tj. Nativní nebo nevařeného škrobu (RS-2) také odolává trávení, protože ungelatinized krystalické struktuře granule, a retrográdní škrob (RS-3) odolává trávení, protože to je rychle ochladí po želatinované přes topení., Pokud je škrob chemicky modifikován, může také odolávat trávení a je označován jako RS-4 . Rezistentní škrob slouží jako substrát pro střevní fermentace, ale bez ohledu na množství zadání hindgut, škrob je obvykle plně fermentovaný v hindgut . Složky obsahující škrob budou přirozeně obsahovat RS, ale množství a typ škrobu ovlivní podíl celkového škrobu, který je RS . Zpracování může ovlivnit podíl škrobu odolného vůči trávení a hodnoty RS se obvykle pohybují od 0 do 19% ve většině obilných zrn a 10% až 20% v luštěninách (Tabulka 1) ., Vaření nebo zrání snižuje množství RS v surovém nebo nezralém ovoci nebo zelenině, jako jsou zelené banány a brambory .
Glykogen, α-(1,4)-d-glukan a α-(1,6) propojených poboček, má vyšší stupeň větvení ve srovnání s amylopektinu a je přítomen v živočišných tkáních, hlavně v kosterním svalu a játrech . V důsledku toho budou glykogen konzumovat pouze prasata krmená dietou obsahující živočišné produkty., Body větví glykogenu se vyskytují v průměru po 8 až 10 glykosylových jednotkách . Polymer glykogenu může obsahovat až 100 000 jednotek glukózy . Trávení glykogenu je podobné trávení amylopektinu, což vede k absorpci glukózy v tenkém střevě . Rozsáhlé větvení glykogenu zvyšuje jeho rozpustnost, což umožňuje snadnější mobilizaci glukózy .,
Nonstarch polysacharidy
Nonstarch polysacharidy jsou obsaženy zejména v primární nebo sekundární rostlinné buněčné stěny a obsahují jak rozpustné a nerozpustné polysacharidy, že na rozdíl od škrobu, neobsahují α-(1,4)-souvisí glykosyl jednotek . Primární buněčné stěny okolních rostoucí buňky jsou převážně složeny z polysacharidů a některých strukturních proteinů, vzhledem k tomu, zralých buněk, které již diferencované jsou obklopeny sekundární buněčné stěny, které také obsahují polysacharidy a proteiny, spolu s lignin a větší množství celulózy ., Polysacharidy buněčné stěny se skládají z pentóz (tj. arabinózy a xylózy), hexóz (tj. glukózy, galaktózy a manózy), 6-deoxyhexóz (tj. Tyto komponenty mohou existovat v jejich pyranosové a furanose formy a tvoří α – nebo β – vazby na některý z jejich dostupných hydroxylových skupin, což vede k široké škále funkčních povrchů pomocí přijetí řady 3-rozměrné tvary . Fenolické zbytky ligninu nebo jeho hydroxylových postranních řetězců se mohou také spojit s glykosidickými vazbami NSP ., Nonstarch polysacharidy mohou získat hydrofobní vlastnosti propojením na lignin a suberin, vzhledem k tomu, stupeň esterifikace kyseliny uronové kyseliny mohou ovlivnit jeho iontové vlastnosti . Suberin, hydrofobní složitá směs hydroxylovaných mastných kyselin a mastné estery, je přítomen v cévní tkáně, které poskytují nerozpustné bariéru během normálního vývoje a v reakci na poranění nebo plísňové infekce . Nestarchové polysacharidy mohou být také klasifikovány jako rozpustné a nerozpustné, kde termín rozpustný označuje rozpustnost NSP ve vodě nebo slabých alkalických roztocích .,
nejčastějšími NSP v buněčných stěnách jsou celulóza a ne-celulózové polysacharidy (NCP) . V průměru je obsah celulózy primárních buněčných stěn 20% až 30%, zatímco sekundární buněčné stěny mohou obsahovat až 50% celulózy . Primární buněčné stěny jsou uloženy mezi střední lamely a plazmatické membrány během buněčného růstu, zatímco některé specializované buňky, vklad silnější vnitřní vrstva nazývá sekundární buněčné stěny na počátku diferenciace . Celulóza se skládá z lineárních d-glukopyranosylových jednotek propojených β-(1,4) s DP, které se pohybují od 500 do 14 000., Lineární jednotky celulózy jsou stabilizovány pomocí vodíkových můstků mezi sousedními glukózových zbytků, které tvoří organizované uspořádání celulózových molekul v rámci mikrovlákna (Obr. 3) . Krystalické oblasti jsou tvořeny, když vysoce organizované celulózová mikrovlákna jsou vyrovnány rovnoběžně k sobě navzájem, aby umožňoval maximální vodíkové vazby, vzhledem k tomu, že paracrystalline nebo amorfní části jsou tvořeny v oblastech, které jsou méně organizované ., 3-dimenzionální mřížky tvořené z pečlivě zabaleny lineární a nevětvené struktury celulózy tvoří mikrovlákna, které dávají strukturu rostlinných buněčných stěn . Méně organizované amorfní oblasti celulózy jsou hydrolyzovány endoglukanázami, které produkují konce řetězců, které jsou hydrolyzovány exoglukanázami (tj. Výsledný disacharid, celobióza, je hydrolyzován β-glukosidázou za vzniku dvou glukózových monomerů .,
Vysoce rozvětvené NCP se skládají z heteropolymers z pentoses a hexoses, z nichž nejčastější je tzv. substrát, nebo řetězec β-(1,4) spojených d-xylopyranosyl jednotky s boční řetězce, které jsou běžně skládá z ʟ-arabinofuranosyl, d-galactopyranosyl, d-glucuronopyranosyl, a/nebo 4-O-methyl-d-glucuronopyranosyl jednotek . Ne-celulózové polysacharidy mohou také obsahovat kyseliny uronové, které jsou odvozeny z glukózy a galaktózy, což dává schopnost vytvářet soli S Ca a Zn ., Celulózové polysacharidy často slouží jako strukturální polysacharidy v rostlinných tkáních a jsou úzce spojeny s celulózou a ligninem .
Lignin není sacharid, ale je spojen s polysacharidy buněčné stěny . Je složena z polymerizovaného fenylpropanu jednotky (tj., coniferyl, p-coumaryl, a sinapyl alkoholu) souvisí do éteru a uhlík-uhlík v nepravidelném 3-dimenzionální vzor . Lignifikovaná buněčná stěna se může skládat z tenké primární vrstvy, následované silnou multilamelární sekundární vrstvou s vysokým obsahem celulózy a případně třetí vrstvou ., Lignin se může vázat na polysacharidy vytvářením kovalentních vazeb se zbytky cukru nebo ferulovými kyselinami, které jsou esterifikovány na tyto polysacharidy . Lignifikace nastává až po ukončení buněčného dělení, buněčné expanzi a prodloužení buněk, a proto představuje terminální diferenciaci, po které obvykle následuje programovaná buněčná smrt . Lignin zabraňuje biochemické degradace a fyzické poškození buněčné stěny tím, tmelení a kotvení celulózová mikrovlákna a jiné polysacharidy matrix, tedy prosazování strukturální integrity buněčné stěny ., Lignin také slouží jako bariéra proti patogenům a škůdcům . Rostlinné tkáně se stávají lignifikovanými nebo dřevitými, když je koncentrace ligninu vysoká . Lignin je více soustředěna ve vnější slupky vrstvě zrna ve srovnání s endospermu buněčné stěny jak je patrné ve zvýšené koncentrace složky, vedlejší produkty (Tabulka 2).