Wykład III

Systematyka węglowodanów i ich rola w żywieniu.

Węglowodany

• związki organiczne z C, O i H

• powstają w roślinach zielonych z CO₂ i wody w procesie fotosyntezy

• są głownym składnikiem roślin

• stanowią główne źródło energii

• są prekursorami w syntezie białek i tłuszczów

• niektóre są biologicznie aktywne

Podział węglowodanów

(monosacharydy, oligosacharydy, polisacharydy)

MONOSACHARYDY:

• ogólny wzór cząsteczkowy: C_nH_2nO_n

• 3 atomy C -> triozy

• 4 atomy C -> tetrozy

• 5 atomów C-> pentozy

• 6 atomów C -> heksozy

• bezbarwne

• łatwo krystalizują

• mają słodki smak

TRIOZY

• dwie odmiany: aldehyd D-glicerynowy i oligohydroksyaceton

• metabolity szlaku glikolitycznego

• występują w stanie wolnym w każdym organizmie

TETROZY

• powstają w wyniki przekształceń heksoz w pentozy w cyklu pentozofosforanowym

• główny metabolit tego szlaku to D- erytrozo-4-fosforan

PENTOZY

• D-ryboza

• Tworzy wiązanie N-glikozydowe z zasadami purynowymi i pyrimidowymi w kwasach rybonukleinowych

• 2-deoksy-D-ryboza

• wiąże się z zasadami w kwasach deoksyrybonukleinowych

• D - ksylopiranoza

• Najbardziej rozpowszechniona, występuje w ziarnach zbóż, nasionach motylkowatych

• Arabioza

HEKSOZY

• D-glukoza

• Zwana cukrem pronowym

• Występuje w stanie wolnym oraz jako w postaci dwu-, trój- i wielocukrów

• Najważniejszy cukier krwi

• Pierwszoplanowa w wewnątrzkomórkowej przemianie węglowodorów

• Substrat w syntezie witaminy C

• D-fruktoza

• Występuje głównie w świecie roślinnym

• W stanie wolnym występuje w owocach, miodzie, krwi płodowej, plazmie nasienia zwierząt

• W stanie wolnym występuje w owocach

• W formie związanej występuje w sacharozie

• Najsłodszy cukier występujący w przyrodzie

• D- galaktoza

• Rzadko występuje w stanie wolnym

• Galaktozemia i galaktozuria to choroby u osobników z defektem genetycznym gdzie brak enzymów przekształcających ją do glukozy

• W formie wolnej występuje w laktozie, rafinozie, stachiozie, polisacharydach takich jak galaktozy, chemicelulozy, niekiedy gumy i śluzy roślinne, a także w pektynach

• D-mannoza

• Rzadko występuje w stanie wolnym

• Tworzy mannozy, galaktozy, galaktomanny występujące w ścianach komórkowych i gumach roślinnych

• U zwierząt wchodzi w skład glikolipidów i glukoprotein

• Jest bardzo źle przyswajalna przez organizm zwierzęcy

OLIGOSACHARYDY

• Powstają poprzez łączenie 2, 3, 4 cukrów prostych

• Wiązanie między jednostkami cukrów nazywa się 0-glikozydowym

ALDOZY

• łączenie następuje przez atom C-1

KETOZY

• łączenie następuje przez atom C-2

ROZRÓŻNIAMY 2 TYPY DWUCUKROWCÓW:

• powstałe przez połączenie się aldechydowych grup OH obu cukrów prostych

• sacharoza

• inaczej cukier trzcinowy lub buraczany jest w tych roślinach materiałem zapasowym

• podstawowy składnik energetyczny diety ludzi i zwierząt

• poddawana hydrolizie daje glukoze i ruktozę

• główny składnik miodu pszczelego

• trehaloza

• rafinoza

• trójcukier

• nie ma właściwości redukujących

• występuje powszechnie w soku wielu roślin

• powstałe przez połączenie się grup aldehydowych OH jednego cukrowca z grupą Alkoholową drugiego

• maltoza

• dwucukier redukujący

• nie występuje w stanie wolnym

• powstaje w wyniku hydrolizy enzymatycznej skrobi w przewodzie pokarmowym zwierząt monogastrycznych i człowieka

• powstaje w kiełkujących ziarnach i nasionach

• celebioza

• dwucukier redukujący

• nie występuje w stanie wolnym

• można go otrzymać podczas hydrolizy celulozy

• różni się od maltozy typem wiązania glikozydowego

• w przewodzie pokarmowym powstaje w przed żołądkach, jelicie grubym pod wpływem celulaz bakteryjnych

• rozkładana jest do glukozy i stanowi dodatkowe źródło energii

• laktoza.

• Występuje w mleku ssaków

• Syntetyzuje ją gruczoł mlekowy z D-galaktozy i D-glukozy

• Dwucukier redukujący

• W przewodzie pokarmowym zwierząt i ludzi ulega rozkładowi do monoz? Pod wpływem beta-galaktozydazy - enzym ten jest syntetyzowany w jelicie cienkim w obecności laktozy

POLISACHARYDY

• związki organiczne zbudowane z wieli cząsteczek cukrów prostych połączonych za pomocą wiązań glikozydowych

• związki trudno rozpuszczalne

• niektóre tworzą z wodą roztwory koloidalne

• hemoglikany - polisacharydy zbudowane z cząsteczek jednego cukrowca

• heteroglikany - zbudowane z cząsteczek różnych monosacharydów

WIELOCUKRY JEDNOSKŁADNIKOWE DZIELĄ SIĘ NA:

• rozpuszczalne w wodzie

• skrobia

• zbudowana z wielu jednostek alfa-D-glukozydowych

• w jej skład wchodzą 2 podjednostki: amyloza i amylopektyna

• stosunek amylozy do amylopektyny jest uwarunkowany genetycznie, skrobia kukurydziana zawiera do 98% amylopektyny

• najbardziej rozpowszechniona w świecie roślin jako węglowodan zapasowy

• w komórkach roślinnych tworzy ziarna skrobiowe

• najwięcej skrobi zawierają ziarna zbóż i kukurydzy oraz bulwy ziemniaków

• skrobię zawierają też niektóre nasiona roślin strączkowych: soja, groch, bobik, bub, fasola.

• Pokrywa ponad 50% zapotrzebowania na energię u ludzi i zwierząt

• Łatwo przyswajalna przez przewód pokarmowy

• Świnia trawi skrobię w 90%

• glikagen

• inulina

• wielocukier zapasowy roślin - występuje głównie w kłączach kosaćca, bulwach topinamburu, korzeniach mniszka pospolitego i cykorii.

• Niewielkie ilości zawierają trawy

• Odgrywa pewną rolę w zakiszaniu zielonych traw - stanowi podłoże dla procesów fermentacyjnych bakterii kwasów mlekowych

• nierozpuszczalne w wodzie

• celuloza

• najbardziej rozpowszechniony polisacharyd w świecie roślinnym o charakterze szkieletowym

• stanowi połowę materiału, z którego zbudowane są ściany komórkowe, w tym drzew

• bawełna jest prawie w 100% celulozą

• nierozpuszczalna w wodzie ani w żadnym innym rozpuszczalniku organicznym

• odporna na działanie słabych kwasów mineralnych i zasad

• główny składnik włókna surowego

• człowiek i większość zwierząt monogastrycznych nie wykorzystuje energii ze skrobii ponieważ nie posiadają enzymu do jej rozkładu

• rozkład celulozy odbywa się tylko w wyniku działania mikroorganizmów jelitowych

• u przeżuwaczy ulega rozkładowi do glukozy i fermentacji do krótkołańcuchowych kwasów tłuszczowych

• bardzo dobrze wykorzystują ją koniowate

• beta-glukany (np. beta-1-3-glukan)

• budową zbliżony do celulozy

• związek hydrofilny

• pęcznieje w środowisku wodnym

• zwiększa lepkość

• w stanie wolnym występuje jedynie w roślinach - biorą udział w budowie ścian komórkowych lub tworzą materiał zapasowy

• najwięcej glukanu zawierają ziarna zbóż, zwłaszcza jęczmień, owies, żyto

• zwierzęta monogastryczne nie trawią glukanów z powodu braku enzymu beta-glukanowego

• glukan chłonąć wodę zwiększa lepkość treści jelit, utrudnia perystaltykę, następuje depresja w trawieniu i wchłanianiu tłuszczu oraz innych składników pokarmowych

• jest to związek anty żywieniowy zmniejszający wykorzystywanie paszy, zwłaszcza u zwierząt młodych

• wchodzi w skład tzw. włókna pokarmowego

• chityna

• stanowi składnik podstawowy szkieletu zewnętrznego wielu bezkręgowców

• buduje pancerz skorupiaków i owadów

• spotykana w grzybach

• w organizmach zwierząt występuje tylko w połączeniach z białkiem lub innymi cukrowcami

• ślimaki mają zdolność rozkładania chityny

HETEROSACHARYDY

• inaczej zwane heteroglukanami

• wielocukry pochodzenia nie skrobiowego (NSP)

• są mieszaniną różnych glikanów, których podstawowy materiał budulcowy stanowią heksozy i pentozy

• większość heterosacharydów przejawia powinowactwo do wody i tworzy z nią żele powodujące wzrost lepkości środowiska

• stanowią tworzywo w budowie ścian komórkowych

• niektóre należą do substancji zapasowych

HEMICELULOZA

• są to wszystkie wielocukry występujące obok celulozy i pektyn w ścianach komórkowych roślin

• spełniają rolę substancji nośnych i sklejających

• są niejednorodne chemicznie

• monosacharydy najczęściej występujące w hemicelulozach to D-ksyloza, D-mannoza, D-galaktoza, alfa-arabioza i kwas 4-0-metyloglukuronowy

• hemicelulozy nierozpuszczalne tworzą masę włókna surowego i pokarmowego

PEKTYNY

• mieszanina wielocukrów, główny składnik to kwas D-galakturanowy

• występują w miękiszu owoców mięsistych

• niektóre tworzą z jonami dwuwartościowymi sole nierozpuszczalne w wodzie zwane pektynianami

• protopektyna jest nierozpuszczalna w wodzie i w współtworzy ścianę komórkową

• obok celulozy są głównym składnikiem włókna surowego

LIGNINA

• nie jest cukrowcem ale ma duże powinowactwo do cukrowców

• substancja o dużej zawartości...?

• jest polimerem zbudowanym z fenoli

• nie jest rozpuszczalna w wodzie ani w rozcieńczonych kwasach mineralnych i zasadach

• ulega trawieniu w przewodzie pokarmowym zwierząt

• stanowi materiał podporowy drewna

• wchodzi w połączenia z celulozą, arabinoksylanami, przyłącza cukry proste

włókno pokarmowe - polisacharydy roślinne wraz z ligniną, które są odporne na działanie trawienia enzymatycznego w przewodzie pokarmowym człowieka

inna definicja - suma polisacharydów i ligniny, które nie są trawione przez organizm

jeszcze inna - suma węglowodanów nie skrobiowych i ligniny

GLUKOIDY

włókno pokarmowe to nie: woski, kutyna, części skrobi (tylko jeśli chodzi o niektóre pasze)

WIELOCUKRY można podzielić na:

• nierozpuszczalne w wodzie

• celuloza

• ligniny

• niektóre hemicelulozy

• rozpuszczalne w wodzie

• pektyny

• większość hemiceluloz

• polisacharydy zapasowe

• arabinoksylazy

• beta-glukany

• skrobia odporna na trawienie

CZYNNIKI WPŁYWAJĄCE NA POCHODZENIE RÓŻNYCH FRAKCJI

• pochodzenie paszy, rodzaj paszy

• struktura roślin, liczba liści, ile łodyg i jakie długie są w stosunku do ilości liści itp. Itd.

• Warunki wzrostu uprawianej rośliny, warunki wegetacji

• Metody zbioru i konserwacji

• Stopień rozdrobnienia materiału

MECHANIZM ANTYODŻYWCZEGO DZIAŁANIA SACHARYDÓW

• powodują wzrost lepkości treści pokarmowej

• utrudniają mieszanie się treści pokarmowej

• utrudniają kontakt między składnikami pokarmowymi a sokami trawiennymi

• powodują intensywne wydzielanie śluzu jelitowego

• utrudniają absorpcję składników pokarmowych z przewodu pokarmowego

• zwiększa się ilość treści pokarmowej izolującej dostęp do poszczególnych składników pokarmowych

• tworzą się kompleksy enzymów związanych z sokiem obniżających trawienie

• nadmierny wzrost mikroflory bakteryjnej?

• Dochodzi do obniżenia strawności innych składników pokarmowych

JAK NA TO WPŁYWAĆ

• limitowanie ilości tych frakcji

• dopasowywanie rodzaju paszy do gatunku zwierzęcia

• odpowiednie metody preparowania

Tłuszczowce

• cechują się najwyższą koncentracją energii spośród wszystkich związków organicznych

• najwięcej tłuszczowców odkłada się w nasionach roślin oleistych i nasionach niektórych roślin strączkowych i wilczomleczowatych

• u zwierząt najwięcej tłuszczowców gromadzi się pod skórą i powłokami brzusznym

• najwięcej gromadzi się u foki i wieloryba, a u zwierząt lądowych u świni.

DZIELĄ SIĘ NA 3 GRUPY

1. grupa - lipidy proste

• tłuszcze właściwe

• triacyliglicerole, czyli estry kwasów tłuszczowych i glicerolu

• woski - estry wyższych kwasów tłuszczowych i alkoholi jednowodorotlenowych o długich łańcuchach węglowodorowych

grupa - tłuszcze złożone

• lipidy proste połączone ze związkami pochodzenia organicznego i mineralnego

• fosfolipidy - zawierają kwas ortofosforowy

• glicerofosfolipidy - pochodne kwasu fosfoglicerynowego

• glikolipidy - zawierają resztę cukrową połączoną z częścią tłuszczową wiązaniem glikozydowym

• grupa - pochodne tłuszczowców

• lub związki im towarzyszące

• karotenoidy

• tetrole

• terpeny

• witaminy rozpuszczalne w tłuszczach

Kwasy tłuszczowe

• stałe składniki wszystkich tłuszczów

• większość zbudowana w postaci prostego łańcucha, zawiera 2-34 atomów C

• synteza w organizmach żywych przebiega poprzez łączenie się reszt acetylo-CoA

• naturalne kwasy tłuszczowe mają zazwyczaj jedną grupę karboksylową

• kwasy o budowie rozgałęzionej lub o nieparzystej liczbie węgli rzadko występują w przyrodzie, wyjątek to kwas propionowy, kwas pirogronowy, kwas masłowy - odgrywające istotną rolę w metabolizmie cukrów

• ważną grupę krótko łańcuchowych kwasów tłuszczowych powstających w wyniku fermentacji glikozy przez bakterie stanowią:

• kwas octowy

• kwas propionowy

• kwas masłowy

• kwas izowalerianowy

• nazewnictwo wprowadza się od nasyconych lub nienasyconych węglowodorów alifatycznych

• istnieje również nazewnictwo skrótowe w postaci dwóch liczb:

• pierwsza oznacza liczbę atomów węgla w łańcuchu

• druga liczbę wiązań nienasyconych

16:0 kwas heksadekanowy (palmitynowy)

16:1 kwas heksadekanowy (palmitoleinowy)

• przy kwasach wielo nienasyconych podaje się również numer atomu C, przy którym rozpoczyna się nienasycenie oraz typ izomerii geometrycznej cis i trans.

• naturalne kwasy tłuszczowe nasycone mają 4-26 atomów C

• kwasy o wyższej zawartości C spotyka się w woskach

• w tłuszczach roślinnych, zwierzęcych, najczęściej występują

• kwas palmitynowy (16:0, w oleju palmitynowym 45%)

• kwas stearynowy (18:0, w łoju bydlęcym i baranim 30%)

• w tłuszczach występuje również kwas arachidowy (20:4)

• w tłuszczu mleka, oleju kokosowym i ... występuje: kwas lourynowy (12:0) i kwas mirystynowy (14:0)

• kwasy nienasycone występujące w lipidach naturalnie mają konformację typu cis - pod wpływem wysokiej temperatury przechodzi w formę trans i zmienia właściwości fizykochemiczne kwasu

• Nienasycone kwasy tłuszczowe zawierają 1-6 wiązań podwójnych

• 6 wiązań podwójnych jest w tzw. związkach polienowych

• wiązania nienasycone w związkach polienowych tworzą układy nie sprzężone, wyjątek to sprzężone dieny? Kwasu linolowego (18:2) w tłuszczu mleka krowiego - syntetyzowanego w przedżołądkach przez mikroflorę żwacza

KWAS OLEINOWY(18:0) - najbardziej rozpowszechniony kwas monodienowy w przyrodzie, stanowi 40% wszystkich kwasów tłuszczowych, tłuszczów roślinnych i zwierzęcych, jest syntetyzowany z kwasu stearynowego

KWAS ERUKOWY(22:1) - długo łańcuchowy kwas tłuszczowy, jest głównym składnikiem tłuszczu nieuszlachetnionego rzepaku, jest substancją antyodżywczą, występuje w roślinach z rodziny krzyżowych

• w tłuszczach naturalnych występują przeważnie kwasy o izolowanym układzie wiązań nienasyconych - ma to znaczenie w procesie ich utleniania

• prowadzi to do powstania rodników nadtlenkowych wzmagających proces autooksydacji w komórkach i tkankach zwierzęcych.

KWAS LINOLOWY(18:2) I LONELENOWY(18:3) - najpopularniejsze kwasy wielonasycone, są egzogenne dla organizmu zwierzęcego i człowieka

Wytwarzane jedynie w roślinach lądowych i morskich

Kwas linolowy - niemal we wszystkich tłuszczach, najwięcej zawierają go olej słonecznikowy 30-70%, soja 50-60%

Kwas linolenowy występuje tylko w nielicznych tłuszczach: olej lniany, tłuszcze ryb i ssaków morskich

• Wyróżnia się z rodziny kwasów wielonienasyconych

• Wywodzące się od kwasu linolowego (n-6) tzn pierwsze wiązanie nienasycone przy węglu 6

• Wywodzące się od kwasu linolenowego (n-3) tzn pierwsze wiązanie nienasycone przy węglu 3

Te dwie rodziny są prekursorami pozostałych niezbędnych wielonienasyconych kwasów tłuszczowych (NWKT - niezbedne wielonasycone kwasy tłuszczowe)

KWAS ORACHIDONOWY(20:4, N-6)

Jest prekursorem syntez prostaglandyn, prostacykin i innych hormonów tkankowych o działaniu anty miażdżycowym

Obecność NWKT w diecie ludzi i zwierząt zapewnia prawidłowe funkcjonowanie układu nerwowego i hormonalnego

Długość łańcucha difatycznego i stopień nasycenia kwasu tłuszczowego decyduje o ich właściwościach fizykochemicznych.

1

---