6.8: پلی ساکاریدها
- Page ID
- 216526
\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \)
\( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)
\( \newcommand{\dsum}{\displaystyle\sum\limits} \)
\( \newcommand{\dint}{\displaystyle\int\limits} \)
\( \newcommand{\dlim}{\displaystyle\lim\limits} \)
\( \newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)
( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\)
\( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\)
\( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\)
\( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\)
\( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)
\( \newcommand{\id}{\mathrm{id}}\)
\( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)
\( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\)
\( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\)
\( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\)
\( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\)
\( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\)
\( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\)
\( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\)
\( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\AA}{\unicode[.8,0]{x212B}}\)
\( \newcommand{\vectorA}[1]{\vec{#1}} % arrow\)
\( \newcommand{\vectorAt}[1]{\vec{\text{#1}}} % arrow\)
\( \newcommand{\vectorB}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \)
\( \newcommand{\vectorC}[1]{\textbf{#1}} \)
\( \newcommand{\vectorD}[1]{\overrightarrow{#1}} \)
\( \newcommand{\vectorDt}[1]{\overrightarrow{\text{#1}}} \)
\( \newcommand{\vectE}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash{\mathbf {#1}}}} \)
\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \)
\(\newcommand{\longvect}{\overrightarrow}\)
\( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)
\(\newcommand{\avec}{\mathbf a}\) \(\newcommand{\bvec}{\mathbf b}\) \(\newcommand{\cvec}{\mathbf c}\) \(\newcommand{\dvec}{\mathbf d}\) \(\newcommand{\dtil}{\widetilde{\mathbf d}}\) \(\newcommand{\evec}{\mathbf e}\) \(\newcommand{\fvec}{\mathbf f}\) \(\newcommand{\nvec}{\mathbf n}\) \(\newcommand{\pvec}{\mathbf p}\) \(\newcommand{\qvec}{\mathbf q}\) \(\newcommand{\svec}{\mathbf s}\) \(\newcommand{\tvec}{\mathbf t}\) \(\newcommand{\uvec}{\mathbf u}\) \(\newcommand{\vvec}{\mathbf v}\) \(\newcommand{\wvec}{\mathbf w}\) \(\newcommand{\xvec}{\mathbf x}\) \(\newcommand{\yvec}{\mathbf y}\) \(\newcommand{\zvec}{\mathbf z}\) \(\newcommand{\rvec}{\mathbf r}\) \(\newcommand{\mvec}{\mathbf m}\) \(\newcommand{\zerovec}{\mathbf 0}\) \(\newcommand{\onevec}{\mathbf 1}\) \(\newcommand{\real}{\mathbb R}\) \(\newcommand{\twovec}[2]{\left[\begin{array}{r}#1 \\ #2 \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\ctwovec}[2]{\left[\begin{array}{c}#1 \\ #2 \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\threevec}[3]{\left[\begin{array}{r}#1 \\ #2 \\ #3 \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\cthreevec}[3]{\left[\begin{array}{c}#1 \\ #2 \\ #3 \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\fourvec}[4]{\left[\begin{array}{r}#1 \\ #2 \\ #3 \\ #4 \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\cfourvec}[4]{\left[\begin{array}{c}#1 \\ #2 \\ #3 \\ #4 \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\fivevec}[5]{\left[\begin{array}{r}#1 \\ #2 \\ #3 \\ #4 \\ #5 \\ \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\cfivevec}[5]{\left[\begin{array}{c}#1 \\ #2 \\ #3 \\ #4 \\ #5 \\ \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\mattwo}[4]{\left[\begin{array}{rr}#1 \amp #2 \\ #3 \amp #4 \\ \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\laspan}[1]{\text{Span}\{#1\}}\) \(\newcommand{\bcal}{\cal B}\) \(\newcommand{\ccal}{\cal C}\) \(\newcommand{\scal}{\cal S}\) \(\newcommand{\wcal}{\cal W}\) \(\newcommand{\ecal}{\cal E}\) \(\newcommand{\coords}[2]{\left\{#1\right\}_{#2}}\) \(\newcommand{\gray}[1]{\color{gray}{#1}}\) \(\newcommand{\lgray}[1]{\color{lightgray}{#1}}\) \(\newcommand{\rank}{\operatorname{rank}}\) \(\newcommand{\row}{\text{Row}}\) \(\newcommand{\col}{\text{Col}}\) \(\renewcommand{\row}{\text{Row}}\) \(\newcommand{\nul}{\text{Nul}}\) \(\newcommand{\var}{\text{Var}}\) \(\newcommand{\corr}{\text{corr}}\) \(\newcommand{\len}[1]{\left|#1\right|}\) \(\newcommand{\bbar}{\overline{\bvec}}\) \(\newcommand{\bhat}{\widehat{\bvec}}\) \(\newcommand{\bperp}{\bvec^\perp}\) \(\newcommand{\xhat}{\widehat{\xvec}}\) \(\newcommand{\vhat}{\widehat{\vvec}}\) \(\newcommand{\uhat}{\widehat{\uvec}}\) \(\newcommand{\what}{\widehat{\wvec}}\) \(\newcommand{\Sighat}{\widehat{\Sigma}}\) \(\newcommand{\lt}{<}\) \(\newcommand{\gt}{>}\) \(\newcommand{\amp}{&}\) \(\definecolor{fillinmathshade}{gray}{0.9}\)- برای مقایسه و کنتراست ساختارها و کاربردهای نشاسته، گلیکوژن و سلولز.
پلی ساکاریدها فراوانترین کربوهیدراتهای موجود در طبیعت هستند و عملکردهای مختلفی مانند ذخیره انرژی یا به عنوان اجزای دیواره سلولی گیاه را انجام می دهند. پلی ساکاریدها پلیمرهای بسیار بزرگی هستند که از ده ها تا هزاران مونوساکارید تشکیل شده اند که توسط پیوندهای گلیکوزیدی به هم متصل شده اند. سه پلی ساکارید فراوان نشاسته، گلیکوژن و سلولز هستند. این سه به عنوان هموپلیمر نامیده می شوند زیرا هر کدام پس از هیدرولیز کامل تنها یک نوع مونوساکارید (گلوکز) تولید می کنند. هتروپلیمرها ممکن است علاوه بر مونوساکاریدها حاوی اسیدهای قند، قندهای آمینه یا مواد غیر کربوهیدرات باشند. هتروپلیمرها در طبیعت رایج هستند (لثه ها، پکتین ها و سایر مواد) اما در این کتاب بیشتر مورد بحث قرار نمی گیرند. پلی ساکاریدها کربوهیدرات های غیر کاهنده هستند، مزه شیرینی ندارند و تحت جهش قرار نمی گیرند.
نشاسته
نشاسته مهمترین منبع کربوهیدرات در رژیم غذایی انسان است و بیش از 50٪ از مصرف کربوهیدرات ما را تشکیل می دهد. این در گیاهان به شکل گرانول رخ می دهد، و این به ویژه در دانه ها (به ویژه دانه های غلات) و غده ها فراوان است، جایی که آنها به عنوان یک فرم ذخیره سازی کربوهیدرات ها عمل می کنند. تجزیه نشاسته به گلوکز گیاه را در طول دوره های کاهش فعالیت فتوسنتزی تغذیه می کند. ما اغلب از سیب زمینی به عنوان یک ماده غذایی «نشاسته ای» فکر می کنیم، با این حال گیاهان دیگر حاوی درصد بسیار بیشتری نشاسته هستند (سیب زمینی 15٪، گندم 55٪، ذرت 65٪ و برنج 75٪). نشاسته تجاری یک پودر سفید است.
نشاسته مخلوطی از دو پلیمر است: آمیلوز و آمیلوپکتین. نشاسته طبیعی از حدود 10٪ - 30٪ آمیلوز و 70٪ - 90٪ آمیلوپکتین تشکیل شده است. آمیلوز یک پلی ساکارید خطی است که به طور کامل از واحدهای D-گلوکز تشکیل شده است که توسط پیوندهای α-1،4-گلیکوزیدی که ما در مالتوز دیدیم (قسمت (a) شکل) متصل شده است. \(\PageIndex{1}\) شواهد تجربی نشان می دهد که آمیلوز یک زنجیره مستقیم از واحدهای گلوکز نیست، بلکه به جای آن مانند یک فنر پیچ خورده است، با شش مونومر گلوکز در هر نوبت (قسمت (b) شکل\(\PageIndex{1}\)). هنگامی که به این روش پیچیده می شود، آمیلوز فقط فضای کافی در هسته خود برای قرار دادن یک مولکول ید دارد. رنگ آبی بنفش مشخصه ای که هنگام درمان نشاسته با ید ظاهر می شود، به دلیل تشکیل کمپلکس آمیلوز-ید است. این تست رنگ به اندازه کافی حساس است تا حتی مقدار کمی نشاسته را در محلول تشخیص دهد.
آمیلوپکتین یک پلی ساکارید زنجیره ای شاخه ای است که از واحدهای گلوکز تشکیل شده است که عمدتا توسط پیوندهای α-1،4-گلیکوزیدی مرتبط هستند اما با پیوندهای گاه به گاه α-1،6-گلیکوزیدی، که مسئول شاخه شدن هستند. یک مولکول آمیلوپکتین ممکن است حاوی هزاران واحد گلوکز باشد که نقاط شاخه ای در هر 25 تا 30 واحد رخ می دهد (شکل). \(\PageIndex{2}\) ساختار مارپیچ آمیلوپکتین با انشعاب زنجیره مختل می شود، بنابراین به جای آمیلوز رنگ آبی بنفش عمیق با ید، آمیلوپکتین قهوه ای مایل به قرمز با شدت کمتری تولید می کند.
دکسترین ها پلی ساکاریدهای گلوکز با اندازه متوسط هستند. درخشش و سفتی که توسط نشاسته به لباس منتقل می شود به دلیل وجود دکسترین هایی است که هنگام اتو شدن لباس تشکیل می شوند. به دلیل چسبندگی مشخصه آنها با خیس شدن، دکسترین ها به عنوان چسب روی تمبر، پاکت و برچسب استفاده می شوند. به عنوان چسب برای نگه داشتن قرص ها و قرص ها در کنار هم؛ و به عنوان خمیر. دکسترین ها راحت تر از نشاسته هضم می شوند و بنابراین به طور گسترده ای در تهیه تجاری غذاهای نوزاد استفاده می شوند.
هیدرولیز کامل نشاسته، در مراحل متوالی، گلوکز را تولید می کند:
نشاسته → دکسترین → مالتوز → گلوکز
در بدن انسان، چندین آنزیم که به طور کلی به عنوان آمیلاز شناخته می شوند، نشاسته را به صورت متوالی به واحدهای گلوکز قابل استفاده تجزیه می کنند.
گلیکوژن
گلیکوژن کربوهیدرات ذخیره انرژی حیوانات است. تقریبا تمام سلول های پستانداران حاوی برخی از کربوهیدرات های ذخیره شده به شکل گلیکوژن هستند، اما به ویژه در کبد (4٪ - 8٪ وزن بافت) و در سلول های عضلانی اسکلتی (0.5٪ - 1.0٪) فراوان است. مانند نشاسته در گیاهان، گلیکوژن به صورت گرانول در سلول های کبدی و عضلانی یافت می شود. هنگام روزه داری، حیوانات در طول روز اول بدون غذا از این ذخایر گلیکوژن استفاده می کنند تا گلوکز مورد نیاز برای حفظ تعادل متابولیکی را بدست آورند.
گلیکوژن از نظر ساختاری کاملاً شبیه آمیلوپکتین است، اگرچه گلیکوژن بیشتر شاخه دار است (۸—۱۲ واحد گلوکز بین شاخهها) و شاخهها کوتاهتر هستند. هنگامی که با ید درمان می شود، گلیکوژن رنگ قهوه ای مایل به قرمز می دهد. گلیکوژن را می توان با هیدرولیز اسید یا همان آنزیم هایی که تجزیه نشاسته را کاتالیز می کنند، به زیر واحدهای D-گلوکز خود تجزیه کرد. در حیوانات، آنزیم فسفوریلاز تجزیه گلیکوژن به استرهای فسفات گلوکز را کاتالیز می کند.
حدود 70٪ از کل گلیکوژن در بدن در سلول های عضلانی ذخیره می شود. اگرچه درصد گلیکوژن (از نظر وزن) در کبد بیشتر است، اما توده بسیار بیشتر عضله اسکلتی مقدار کل گلیکوژن بیشتری را ذخیره می کند.
سلولز
سلولز، یک کربوهیدرات فیبری که در همه گیاهان یافت می شود، جزء ساختاری دیواره سلول های گیاهی است. از آنجا که زمین با پوشش گیاهی پوشیده شده است، سلولز فراوان ترین کربوهیدرات است که بیش از 50٪ از کل کربن موجود در پادشاهی سبزیجات را تشکیل می دهد. الیاف پنبه و کاغذ فیلتر تقریباً به طور کامل سلولز (حدود 95٪)، چوب حدود 50٪ سلولز و وزن خشک برگها حدود 10٪ - 20٪ سلولز است. بیشترین کاربرد سلولز در ساخت کاغذ و محصولات کاغذی است. اگرچه استفاده از الیاف مصنوعی غیر سلولز در حال افزایش است، ریون (ساخته شده از سلولز) و پنبه هنوز بیش از 70٪ از تولید نساجی را تشکیل می دهند.
مانند آمیلوز، سلولز یک پلیمر خطی از گلوکز است. با این حال، متفاوت است که واحدهای گلوکز با پیوندهای β-1،4-گلیکوزیدی متصل می شوند و ساختار گسترده تری نسبت به آمیلوز (قسمت (a) شکل) تولید می کنند. \(\PageIndex{3}\) این خطی بودن شدید اجازه می دهد تا مقدار زیادی از پیوند هیدروژنی بین گروه های OH در زنجیره های مجاور، باعث بسته شدن آنها به الیاف (قسمت (b) شکل\(\PageIndex{3}\)) شود. در نتیجه، سلولز تعامل کمی با آب یا هر حلال دیگری از خود نشان می دهد. به عنوان مثال پنبه و چوب کاملاً در آب نامحلول هستند و مقاومت مکانیکی قابل توجهی دارند. از آنجا که سلولز ساختار مارپیچ ندارد، برای تشکیل یک محصول رنگی به ید متصل نمی شود.
سلولز پس از هیدرولیز کامل اسید، D-گلوکز تولید می کند، با این حال انسان قادر به متابولیسم سلولز به عنوان منبع گلوکز نیست. آب گوارشی ما فاقد آنزیم هایی است که می توانند پیوندهای β-گلیکوزیدی موجود در سلولز را هیدرولیز کنند، بنابراین اگرچه می توانیم سیب زمینی بخوریم، اما نمی توانیم چمن بخوریم. با این حال، برخی از میکروارگانیسم ها می توانند سلولز را هضم کنند زیرا آنزیم سلولاز را تولید می کنند که هیدرولیز سلولز را کاتالیز می کند. حضور این میکروارگانیسم ها در دستگاه گوارش حیوانات گیاهخوار (مانند گاو، اسب و گوسفند) به این حیوانات اجازه می دهد تا سلولز را از مواد گیاهی به گلوکز برای انرژی تجزیه کنند. موریانه ها همچنین حاوی میکروارگانیسم های ترشح کننده سلولاز هستند و بنابراین می توانند در رژیم غذایی چوب زندگی کنند. این مثال یک بار دیگر استریواختصاصیت شدید فرآیندهای بیوشیمیایی را نشان می دهد.
مربیان خبره دیابت از انواع حرفه های بهداشتی مانند پرستاری و رژیم های غذایی می آیند و در آموزش و درمان بیماران مبتلا به دیابت تخصص دارند. یک مربی دیابت با بیماران برای مدیریت دیابت خود کار خواهد کرد. این شامل آموزش بیمار برای نظارت بر سطح قند خون، انتخاب مواد غذایی مناسب، توسعه و حفظ یک برنامه ورزشی و مصرف دارو در صورت لزوم است.
مربیان دیابت همچنین با کارکنان بیمارستان یا خانه سالمندان برای بهبود مراقبت از بیماران دیابتی کار می کنند. مربیان باید مایل به صرف وقت در جلسات و خواندن ادبیات فعلی باشند تا دانش خود را در مورد داروهای دیابت، تغذیه و دستگاه های نظارت بر خون حفظ کنند تا بتوانند این اطلاعات را به بیماران خود منتقل کنند.
خلاصه
نشاسته یک شکل ذخیره انرژی در گیاهان است. این شامل دو پلیمر متشکل از واحدهای گلوکز است: آمیلوز (خطی) و آمیلوپکتین (شاخه ای). گلیکوژن یک شکل ذخیره انرژی در حیوانات است. این یک پلیمر شاخه ای است که از واحدهای گلوکز تشکیل شده است. این شاخه بیشتر از آمیلوپکتین است. سلولز یک پلیمر ساختاری از واحدهای گلوکز است که در گیاهان یافت می شود. این یک پلیمر خطی است که واحدهای گلوکز از طریق پیوندهای β-1,4-گلیکوزیدی به هم متصل می شوند.