二糖類：特性、構造、例、機能 - 生物学 - 2025

二糖類は、炭水化物であるされても、二重糖と呼ばれます。それらは主なエネルギー源として人間の食事において重要な機能を持っています。これらは、サトウキビのスクロースおよび存在するマルトースなどの植物起源のものであり得、とりわけ、哺乳動物の乳中に存在するラクトースなどの動物起源のものであり得る。

炭水化物または糖は、いわゆる炭水化物または炭水化物であり、一般化学式（CH2O）nの炭素、酸素、および水素で構成される水溶性物質です。

二糖類ラクトースの構造の表現（出典：英語版ウィキペディアのWikimedia CommonsのTelliott）

炭水化物は自然界で最も豊富な有機物質であり、すべての植物に存在します。植物細胞壁の構造を構成するセルロースは、穀物や塊茎の澱粉のような炭水化物です。

それらはまた、哺乳類の血液や牛乳などのすべての動物組織にも見られます。

炭水化物は次のように分類されます。（2）二糖類で、加水分解すると2つの単糖類が生成されます。（3）加水分解により3-10の単糖を与えるオリゴ糖、および（4）加水分解により10を超える単糖が得られる多糖。

デンプン、セルロース、グリコーゲンは多糖類です。ヒトおよび他の動物において生理学的に重要な二糖類は、スクロース、マルトース、およびラクトースです。

特徴と構造

二糖類は炭水化物であるため、炭素、酸素、水素で構成されています。一般に、ほとんどの炭水化物の構造における酸素と水素は、水中と同じ比率です。つまり、酸素ごとに2つの水素が存在します。

それが「炭水化物または炭水化物」と呼ばれる理由です。化学的には、炭水化物はポリヒドロキシル化アルデヒド（R-CHO）またはケトン（R-CO-R）として定義できます。

アルデヒドとケトンはカルボニル基（C = O）を持っています。アルデヒドでは、この基は少なくとも1つの水素に結合され、ケトンでは、このカルボニル基は水素に結合されません。

二糖類は、グリコシド結合によって結合された2つの単糖類です。

マルトース、スクロース、ラクトースなどの二糖類は、希酸と一緒に、または酵素作用によって加熱されると、加水分解して単糖類成分を生成します。スクロースはグルコースとフルクトースを生成し、マルトースは2つのグルコースとラクトースをガラクトースとグルコースに生成します。

例

しょ糖

スクロースは自然界で最も豊富な砂糖であり、単糖類のグルコースとフルクトースで構成されています。ビート、サトウキビ、モロコシ、パイナップル、メープルなどの植物のジュースに含まれています。熟した果物と多くの野菜のジュース。この二糖は、酵母の働きで簡単に発酵します。

乳糖

乳糖、または乳糖は、ガラクトースとグルコースで構成されています。哺乳類の乳は乳糖が豊富で、赤ちゃんに栄養素を提供します。

ほとんどの哺乳動物は乳児として乳糖しか消化できず、成熟するとこの能力を失います。実際、成人期に乳製品を消化できる人間には、それを可能にする突然変異があります。

これが、非常に多くの人々が乳糖不耐症である理由です。人間は、他の哺乳類と同様に、この変異が約10,000年前に特定の集団に存在するようになるまで、乳児期に乳糖を消化する能力を持っていませんでした。

今日、乳糖不耐症である人々の数は、人口によって大きく異なり、北ヨーロッパの10％からアフリカとアジアの一部の95％に及んでいます。異なる文化の伝統的な食生活は、消費される乳製品の量にこれを反映しています。

マルトース

マルトースは2つのグルコース単位で構成され、酵素アミラーゼが植物に存在するデンプンを加水分解するときに形成されます。消化プロセスでは、唾液アミラーゼと膵臓アミラーゼ（アミロペプシン）がデンプンを分解し、マルトースである中間生成物を生成します。

この二糖類は、コーンシュガーシロップ、麦芽糖、発芽大麦に含まれており、酵母の働きで簡単に発酵させることができます。

トレハロース

トレハロースもマルトースのような2つのグルコース分子で構成されていますが、分子の結合は異なります。特定の植物、菌類、エビや昆虫などの動物に含まれています。

ミツバチ、バッタ、蝶など、多くの昆虫の血糖値はトレハロースで構成されています。彼らはそれが壊れたときに飛行のための速いエネルギーを提供する効率的な貯蔵分子としてそれを使用します。

キトビオサ

それは2つのリンクされたグルコサミン分子から成ります。構造的にはセロビオースと非常に似ていますが、セロビオースにヒドロキシル基があるN-アセチルアミノ基を持っている点が異なります。

一部の細菌に含まれており、生化学研究で酵素活性の研究に使用されています。

それはまた、菌類の壁、昆虫の外骨格、節足動物、および甲殻類を形成するキチンにも見られ、タコやイカなどの魚類や頭足類にも見られます。

セロビオース（グルコース+グルコース）

セロビオースは、セルロース、または紙や綿などのセルロースに富む材料の加水分解の産物です。2つのベータグルコース分子をβ結合で結合することにより形成されます（1→4）

ラクツロース（ガラクトース+フルクトース）

ラクツロースは体に吸収されない合成（人工）糖であり、結腸で分解されて結腸内の水分を吸収する製品になり、便を柔らかくします。その主な用途は便秘の治療です。

また、ラクツロースが大腸でアンモニアを吸収する（体から除去する）ため、肝疾患のある人の血中アンモニアレベルを下げるためにも使用されます。

イソマルトース（グルコース+グルコースイソマルターゼ）

トレハルロースは人工糖であり、グルコースとフルクトースがアルファ（1-1）グリコシド結合で結合した二糖です。

スクロースからイソマルツロースを製造する際に生産されます。小腸の内層では、酵素イソマルターゼがトレハルロースをグルコースとフルクトースに分解し、小腸で吸収されます。トレハルロースは虫歯を起こす可能性が低いです。

キトビオサ

これはキチンの二糖繰り返し単位であり、セロビオースとは水酸基の代わりに炭素2にN-アセチルアミノ基が存在する点でのみ異なります。しかしながら、非アセチル化型はしばしばキトビオースとも呼ばれます。

ラクチトール

乳糖を水素化した結晶性アルコールC12H24O11です。これは、甘味料として使用されるラクツロースの二糖類似物です。また、下剤であり、便秘の治療に使用されます。

ツラノース

細菌や真菌が炭素源として使用できる還元性二糖類有機化合物。

メリビオーザ

ラフィノースの部分加水分解によって形成された二糖（C12H22O11）。

キシロビオース

2つのキシロース残基からなる二糖。

窒息

ソフォロリピドに存在する二糖。

ゲンチオビオサ

ゲンチオビオースは、β型のグリコシド結合（1→6）によって連結された2つのD-グルコース単位からなる二糖です。ゲンチオビオースには、2つのグルコース単位を接続するグリコシド結合の性質が異なる多くの異性体があります。

ロイクロース

これは、結合を介してD-フルクトピラノースに結合したα-D-グルコピラノシル残基からなるグリコシルフルクトースです（1→5）。スクロースの異性体。

ルーチン

グリコシドに存在する二糖です。

カロニアニアA

グリコシド結合で結合された2つの単糖ユニットを含むオリゴ糖。

吸収

ヒトでは、摂取された二糖類またはデンプンやグリコーゲンなどの多糖類が加水分解され、小腸で単糖類として吸収されます。摂取した単糖類はそのまま吸収されます。

たとえば、フルクトースは腸の細胞に受動的に拡散し、血流に入る前にほとんどがグルコースに変換されます。

ラクターゼ、マルターゼ、スクラーゼは、それぞれ乳糖、マルトース、スクロースの加水分解に関与する小腸の細胞の管腔境界に位置する酵素です。

ラクターゼは新生児によって産生されますが、一部の集団では、成人期に腸細胞によって合成されなくなります。

ラクトースが欠如しているため、乳糖は腸内に残り、浸透によって水を腸管腔に引き寄せます。結腸に到達すると、乳糖は消化管内の細菌による発酵によって分解され、CO2とさまざまな酸が生成されます。牛乳を消費すると、この水とCO2の組み合わせにより下痢が起こり、これは乳糖不耐症として知られています。

グルコースとガラクトースは、一般的なナトリウム依存性メカニズムによって吸収されます。まず、腸の細胞から基底膜を通って血中にナトリウムを取り除くナトリウムの能動輸送があります。これにより、腸細胞内のナトリウム濃度が低下し、腸の内腔と腸細胞の内部との間にナトリウム勾配が生じます。

この勾配が生成されると、グルコースまたはガラクトースと共にナトリウムを細胞内に押し込む力が得られます。小腸の壁には、Na + /グルコース、Na + /ガラクトース共輸送体（シンポーター）があり、グルコースまたはガラクトースの侵入のためにナトリウム濃度に依存しています。

消化管の内腔におけるNa +の濃度が高いほど、グルコースまたはガラクトースの流入が大きくなります。ナトリウムがないか、管腔内のその濃度が非常に低い場合、グルコースもガラクトースも適切に吸収されません。

たとえば、通常はグルコースからエネルギーを得るE. Coliなどの細菌では、培地にこの炭水化物が存在しない場合、ラクトースを使用でき、このためにラクトースパーミアーゼと呼ばれるラクトースの能動輸送に関与するタンパク質を合成します。以前に加水分解されていないラクトース。

特徴

摂取された二糖類は、それらを単糖類として消費する動物の体内に入ります。人体では、主に肝臓で、他の臓器でも発生しますが、これらの単糖類は、必要に応じて合成または異化の代謝鎖に組み込まれます。

異化作用（分解）を通じて、これらの炭水化物はATPの生産に参加します。合成プロセスでは、それらはグリコーゲンなどの多糖類の合成に参加し、したがって肝臓、骨格筋、および他の多くの臓器に存在するエネルギー貯蔵を形成します。

彼らはまた、一般的に多くの糖タンパク質と糖脂質の合成に参加しています。

二糖類は、摂取されたすべての炭水化物と同様に、人や動物のエネルギー源になる可能性がありますが、細胞膜や糖タンパク質の構造の一部を形成するため、複数の有機機能に関与しています。

たとえば、グルコサミンはヒアルロン酸とヘパリンの基本成分です。

乳糖およびその誘導体の

牛乳およびその誘導体に含まれる乳糖は、ガラクトースの最も重要な供給源です。ガラクトースは、神経細胞膜の必須構成要素であるセレブロシド、ガングリオシド、およびムコタンパク質の一部であるため、非常に重要です。

乳糖と食事中の他の糖の存在は、消化機能に不可欠な腸内細菌叢の発達を促進します。

ガラクトースは、赤血球の壁にあるABOグループの構成要素の1つであるため、免疫系にも関与しています。

ラクトース、スクロースまたはマルトースの消化の産物であるグルコースは、ペントースの合成、特に核酸の合成に必要なリボースの合成の経路へと体内に入り込む可能性があります。

植物で

高等植物の大部分では、二糖類は、光合成炭素還元サイクルからのトリオースリン酸から合成されます。

これらの植物は主にスクロースを合成し、それを細胞質ゾルから根、種子および若い葉に、つまり、光合成を実質的に使用しない植物の領域に輸送します。

したがって、光合成炭素還元サイクルによって合成されたスクロースと、光合成によって合成されて葉緑体に蓄積されたデンプンの分解に由来するスクロースは、植物にとって夜間のエネルギー源です。

一部の二糖類、特にマルトースのもう1つの既知の機能は、一部の細菌の鞭毛モーターへの化学シグナルの伝達メカニズムに関与することです。

この場合、マルトースは最初にタンパク質に結合し、次にこの複合体がトランスデューサーに結合します。この結合の結果、べん毛の運動活動に向けられた細胞内シグナルが生成されます。

参考文献

1. アルバーツ、B。、デニス、B。、ホプキン、K。、ジョンソン、A。、ルイス、J。、ラフ、M。、…ウォルター、P。（2004）。Essential Cell Biology。アビンドン：Garland Science、Taylor&Francis Group。
2. Fox、SI（2006）。人間生理学（第9版）。アメリカ、ニューヨーク：McGraw-Hill Press。
3. Guyton、A.&Hall、J.（2006）。医学生理学の教科書（第11版）。エルゼビア
4. マレー、R。、ベンダー、D。、ボサム、K。、ケネリー、P。、ロッドウェル、V。、およびワイル、P。（2009）。Harper's Illustrated Biochemistry（28th ed。）McGraw-Hill Medical。
5. Rawn、JD（1998）。生化学。マサチューセッツ州バーリントン：Neil Patterson Publishers。