Засвоювані полісахариди

Крохмаль і глікоген є засвоюваними полісахаридами глюкози. Крохмаль міститься в рослинних клітинах як у лінійній, так і в розгалуженій формі. Глікоген має сильно розгалужену структуру і міститься в тканинах тварин, особливо в м’язах та печінці.

Крохмаль. Крохмаль - один із найпоширеніших полісахаридів у рослинах, де він зберігається в насінні, бульбах, корінні та деяких плодах. Він складається з двох сімейств полімерів, переважно лінійної амілози [(1— »4) -oH> глюкан] та розгалуженого амілопектину [(l-> 4) -a-D-глюкану з гілками, пов'язаними з C-6]. Крохмалі з різних джерел бувають різними за структурою, але зазвичай амілопектин має середню довжину ланцюга між точками відгалуження від 20 до 25 одиниць глюкози. Типові крохмалі містять від 20% до 30% амілози та від 70% до 80% амілопектину; однак також доступні високий амілопектин (воскова кукурудза, 98% амілопектину) та високий амілозний крохмаль. Крохмали для переробки продуктів харчування виробляються з багатьох джерел. Найважливішими джерелами є кукурудза (звичайна, воскоподібна та з високим вмістом амілози), картопля, рис, тапіока та пшениця. Фізичні властивості та, певною мірою, засвоюваність крохмалів змінюються залежно від їх тонкої структури та відображають їх джерело.

Молекули амілози та амілопектину закладаються під час біосинтезу у високоорганізовані частинки, які називаються гранулами. Гідроген-

Малюнок 1-12. Мультфільм, що ілюструє розгалужені структури полісахаридів, (а) Лінійний полісахарид. Кола представляють цукрові одиниці, пов'язані глікозидними зв'язками, (b) чергуються гілки, що складаються з однієї одиниці цукру, •; (c) блоки послідовних одиничних гілок одиниці цукру, •; (г) розгалужена структура (гілки на гілках). Нередукуючий кінець, •/редукційний кінець, 0/один цукор послідовності одиниць цукру, Q.

пов'язана структура компонентів крохмалю робить гранули нерозчинними у воді нижче приблизно 55 ° C. Вище цієї температури гранула вбирає воду, набрякає і врешті-решт піддається фрагментації, виділяючи амілопектин і амілозу. Набряклі гранули відповідають за високу в'язкість частково желатинизованих дисперсій крохмалю. Чиста амілоза та амілопектин мають обмежену розчинність у воді, і існує тенденція до того, що амілозні ланцюги та меншою мірою амілопектинові гілки агрегуються через водневий зв'язок та стають нерозчинними у холодній воді. Це може відбуватися в оброблених харчових продуктах, спричиняючи стійкість до травлення амілази.

Гідратований (желатинизований) крохмаль легко гідролізується різними амілазами, тоді як нативна крохмальна гранула більш стійка до ферментативного травлення. Желатизований крохмаль гідролізується до глюкози в шлунково-кишковому тракті спільною дією амілази слини та підшлункової залози та а-глюкозидази слизової оболонки кишечника (глюкоамілаза, сахараза /

а-декстриназа). А-амілази, які розщеплюють лише (al—> 4) -зв'язки, каталізують гідроліз крохмалю до мальтози, мальтотріози та мальто-тетраози, а також до олігосахаридів, які називаються граничними декстринами, що складаються з мінімум чотирьох одиниць глюкози, включаючи точка (al ^ 6), пов'язана з гілкою. Потім ці дисахариди та олігосахариди перетворюються в глюкозу за допомогою a-глюкозидаз. На малюнку 1-13 показано фрагмент структури амілопектину та (l- * 4) - та (1—> 6) -а-глюкозидні зв'язки, які можуть гідролізуватись травними ферментами людини. Верхній травний тракт людини не має ендогенного (1—> 4) - | 3-D-глюка-насе, і тому целюлоза з її віком р-зв’язку не засвоюється.

Глікоген. Глікоген, як і амілопектин крохмалю, являє собою (1 ^ 4) -a-D-глюкан з гілками на гілках, які пов'язані (al— * 6). Середня довжина (1— »4) -зв’язаного ланцюга між точками відгалуження становить від 10 до 14 одиниць глюкози. Через це збільшується розгалуження порівняно

Малюнок 1-13. (а) Сегмент структури амілопектину крохмалю, що показує a-d-глюкозидні зв'язки та точки відгалуження. Глікоген має подібну структуру, фунт.) Конформаційна структура целюлози показує, що змінні/3-d-глюкозилові одиниці перевертаються на 180 °, утворюючи плоску стрічкоподібну структуру, стабілізовану водневими зв’язками (• • •). Глюкозидні зв’язки позначені маленькими стрілками.

з амілопектином глікоген добре розчиняється в холодній воді і дає розчини відносно низької в’язкості, що полегшує його використання як легкодоступного ендогенного джерела енергії. Структура розгалуження перешкоджає внутрішньо- та міжмолекулярному водневому зв’язку ланцюгів глікогену, що дозволяє швидко розчинятись та легко отримувати доступ до ферментів. Низька в'язкість полегшує дифузію субстрату до ферментів і дифузію продуктів подалі від активних ділянок ферментів.

Глікоген присутній у більшості тканин тварин, з найбільшим вмістом у печінці та скелетних м’язах. Він може становити до 10% (волога вага) печінки людини. Рівні глікогену в ссавцях сильно змінюються і на них впливають такі фактори, як стан харчування та час доби. Глікоген має високу молекулярну масу в діапазоні від 106 до 109 Да.

За допомогою електронної мікроскопії глікоген виглядає як однорідні сферичні частинки та агрегати з більшою молекулярною масою цих частинок ((3 і частинки відповідно). А-частинки складаються з декількох (3-частинні вуглеводні ланцюги, ковалентно пов'язані з білком, який є агрегуються дисульфідними зв'язками.

Неперетравлювані рослинні полісахариди

Полісахариди представляють основні компоненти клітинних стінок рослин та інтерстиціальних просторів.

Рослини також синтезують накопичувальні полісахариди, крім крохмалю, включаючи галактоманнани, (l- * 3) (l- »4) - | 3-D-глюкани зерен злаків та фруктани трав і деяких бульб. Всі ці некрахмальні полісахариди, а також ті, що додаються під час переробки їжі, складають харчові волокна (Таблиця 1-2).

Целюлоза - це лінійний (l-> 4) -3-D-глюкан з плоскою конфігурацією, схожою на стрічку, в якій змінні одиниці глюкози перевернуті на 180 ° і зв’язані воднем внутрішньомолекулярно (рис. 1-13). Ці стрічкоподібні ланцюжки вирівняні в паралельних масивах, які називаються мікрофібрилами, в яких ланцюги міцно зв’язані між собою воднем. Мікрофібрили подібним чином упаковані між собою у міцні волокна, які дуже нерозчинні і забезпечують жорсткість клітинної стінки рослини. У клітинній стінці з целюлозою пов’язано кілька інших нерозчинних полісахаридів - геміцелюлоз. Сюди входять ксилоглюкани, які мають целюлозноподібний каркас з одиницями ct-D-ксилози, пов'язаними з C-6 глюкозильної одиниці, та арабіноксилани, у яких (1—> 4) -pD-ксилановий ланцюг має a-арабінофуранозу та D -глюкуронова кислота розгалужується при С-2 або С-3.

У клітині присутні пектинові полісахариди [(1—> 4) -a-D-галацький-туронан із випадковими одиницями a-L-рамнози] та інші пов'язані з ним полісахариди (галакти-тани та арабіни)

Неперетравлювані харчові полісахариди рослинного, водорості та бактерій

Полісахаридні основні ланцюги або повторювачі *

Філії, інші замінники *

Целюлоза арабіноксилан ксилоглюкан пектин

Зернові ß-глюкан Галактоманнан Арабіногалактан

Альгінова кислота Карагенан Бактерії Ксантанова камедь

Glc (ßl-4) Glc - Xyl (ßl-l) Xyl - Glc (ßl-4) Glc-
GalA (a 1 -4)] „GaIA (a 1-2) L-Rha (a 1-4) - [Glc (ß 1-4)]„ Glc (ß 1-3) - Людина (ßl- 4) Людина - Гал (ßl-4) GaI-
ManA (ß 1-4)] „[L-GulA (a 1-4)]„ - [GaI (ßl-4) 3,6-ангідроГал (al-3)]-
Glc (ßl-4) Glcf немає

Ксил (аль-6) -ß-Гал-; a-L-Ara/або ct-L-Fuc, пов'язаний з ксилом

Pyr = піровиноградна кислота CHjCCOQ- при С-4 і С-6 людини

Цукри містять d у піранозній формі, якщо не вказано інше.
Група-заступник замінює протон —ОН цукрової одиниці в основному ланцюзі.

f Змінні одиниці глюкози заміщуються при C-3 гілкою трисахаридів. Нередукуючий кінцевий Людина несе замісник піровиноградної кислоти, а інший Людина заміщений при С-6 ацетильною групою.

стінки незрілих рослинних тканин і в інтерстиціальних просторах. Рідний пектиновий галактуронан у тканині рослини відносно нерозчинний, але ізольований комерційний пектин розчинний у гарячій воді. Іони кальцію утворюють комплекси з одиницями галактуронової кислоти пектину, зшиваючи ланцюги в гелеву мережу. Вважається, що це частково пояснює нерозчинність нативного пектину в рослинній тканині. Кальцієво-пектиновий комплекс також є основою для дієтичних низькокалорійних фруктових джемів та желе, тоді як желе, приготовані без кальцію, потребують високого вмісту цукру для формування гелевої структури. Більш вичерпні описи будови та властивостей полісахаридів, що складають харчові волокна, та їх організації в рослинній тканині наведені в оглядах Carpita (1990) та Selven-dran (1984).