Sacharidy, známé také jako cukry, hrají klíčovou roli v živých organismech a představují nejrozsáhlejší skupinu organických látek na Zemi. Ačkoli se někdy nesprávně označují jako uhlovodany nebo karbohydráty (technicky nejsou hydráty uhlíku), sacharidy jsou nezbytnou součástí naší stravy a poskytují energii pro buňky. Tento článek se zaměřuje na klasifikaci sacharidů, jejich vlastnosti a význam v lidském těle.

Úvod do sacharidů

Sacharidy (saccharum z latiny a sákcharon z řečtiny, obojí znamenající cukr) jsou základní složkou všech živých organismů a zároveň nejrozsáhlejší skupinou organických látek. Tvoří největší podíl organické hmoty na Zemi, přičemž rostliny obsahují 85 až 90 % sacharidů v sušině. Živočišné tkáně a jejich buňky obsahují méně sacharidů než bílkovin a lipidů. V lidském těle tvoří sacharidy asi 2 % sušiny. Denní příjem sacharidů u člověka se pohybuje mezi 300 a 500 gramy.

Klasifikace sacharidů

Sacharidy se dělí do několika skupin podle počtu cukerných jednotek v molekule:

1. Monosacharidy: Nejjednodušší cukry, které jsou aldehydovými nebo ketonovými deriváty polyhydroxyalkoholů s nevětveným řetězcem. Obsahují 3 až 9 atomů uhlíku.
2. Oligosacharidy: Obsahují 2 až 10 monosacharidových jednotek kovalentně vázaných O-glykosidovou vazbou. Důležitou podskupinou jsou disacharidy, které se skládají ze dvou monosacharidů.
3. Polysacharidy (glykany): Tvořeny velkým počtem kovalentně vázaných monosacharidových jednotek, dosahují molekulové hmotnosti až několika milionů daltonů (Da).

Monosacharidy: Základní stavební kameny sacharidů

Monosacharidy, známé také jako jednoduché cukry, jsou nejjednodušší formou sacharidů. Jsou to jediné sacharidy, které se mohou vstřebávat ze střeva do krevního oběhu a být využity jako zdroj energie.

Příklady monosacharidů:

• Glukóza (hroznový cukr): Základní monosacharid využívaný jako zdroj energie. Cirkuluje v krvi a je klíčový pro fungování mozku a dalších orgánů.
• Fruktóza (ovocný cukr): Nachází se přirozeně v ovoci, kořenové zelenině a medu. V přirozených zdrojích je vždy v kombinaci s jinými monosacharidy.
• Galaktóza: Strukturou podobná glukóze, ale méně sladká. Je součástí mléčného cukru laktózy.

Monosacharidy se rychle vstřebávají do krve a poskytují rychlý zdroj energie. Doporučený denní příjem jednoduchých cukrů, včetně monosacharidů, by neměl přesáhnout 10 % celkového příjmu energie.

Čtěte také: Sacharidy v jídle

Oligosacharidy: Krátké řetězce monosacharidů

Oligosacharidy obsahují 2 až 10 monosacharidových jednotek spojených glykosidovými vazbami. Nejznámější skupinou jsou disacharidy, které se skládají ze dvou monosacharidů.

Příklady disacharidů:

• Sacharóza (řepný a třtinový cukr): Běžný cukr používaný ke slazení, získává se z cukrové řepy nebo cukrové třtiny. Přirozeně se nachází v ovoci a zelenině. Skládá se z glukózy a fruktózy.
• Laktóza (mléčný cukr): Nachází se přirozeně v mléku a mléčných výrobcích. Skládá se z glukózy a galaktózy.
• Maltóza (sladový cukr): Skládá se ze dvou molekul glukózy. Vzniká například rozštěpením škrobu.

Disacharidy se musí ve střevě rozštěpit na monosacharidy, což je rychlý proces. Stejně jako u monosacharidů, doporučený denní příjem disacharidů by neměl přesáhnout 10 % celkového příjmu energie.

Oligosacharidy s 3 až 9 jednotkami, které nejsou stráveny v tenkém střevě, slouží jako prebiotika v tlustém střevě a podporují růst prospěšných bakterií. Mezi potraviny bohaté na oligosacharidy patří luštěniny a košťálová zelenina.

Polysacharidy: Dlouhé řetězce energie a stavebních prvků

Polysacharidy, také nazývané komplexní sacharidy, se skládají z desítek až tisíců monosacharidových jednotek. Dělí se na homopolysacharidy (složené z jednoho typu monosacharidu) a heteropolysacharidy (složené z více typů monosacharidů).

Příklady polysacharidů:

• Škrob: Hlavní polysacharid rostlin, nachází se v obilovinách, bramborách a luštěninách.
• Glykogen: Zásobní forma sacharidů u živočichů a člověka, ukládá se v játrech a svalech.
• Celulóza: Stavební polysacharid rostlinných buněk, tvoří vlákninu.

Polysacharidy se tráví a vstřebávají pomaleji než jednoduché cukry, což zajišťuje postupné uvolňování energie. Vláknina, nestravitelný polysacharid, má mnoho zdravotních benefitů, včetně podpory trávení a zdraví trávicího traktu.

Čtěte také: Průvodce sacharidy pro energii

Fischerovy vzorce a cyklické formy sacharidů

Fischerovy vzorce vystihují typické reakce karbonylové skupiny monosacharidů, nemohou však vysvětlit vznik tzv. hemiacetálů nebo hemiketálů a s tím spojený vznik glykosidové vazby. Karbonylová skupina je velmi reaktivní, a tak se při dostatečné délce uhlíkového řetězce (pentózy, hexózy) na ni může adovat hydroxylová skupina té dané molekuly, t.j. intramolekulárně, a vytvoří cyklickou hemiacetálovou nebo hemiketálovou formu. Sacharidy se šestičlenným kruhem, které jsou odvozené od pyranu, se označují jako pyranózy, (nejjednodušší sloučeniny obsahující takový kruh) přidáním přípony -óza. Podobné sacharidy s pětičlenným kruhem jsou označovány jako furanózy podle furanu. V přírodě převládá stoličková konformace. Z konformačních struktur vyplývá, že β-izomer je stálejší, protože má objemnější -OH skupinu v ekvatoriální poloze. Proto v roztocích oba dva anomery nejsou stejně stálé a α-anomer se může měnit na β-anomer. Cyklizací monosachridů se vytváří nové centrum asymetrie na uhlíku C1. Výsledné dva diastereoizomery se označují jako anomery a hemiacetálový nebo hemiketálový uhlík jako anomerný. V anomeru je skupina -OH na anomerním uhlíku v opačné poloze (pod rovinou) vzhledem k sacharidovému kruhu než skupina CH2OH chirálního centra, určující konfiguraci D nebo L- (u hexóz na C5). Druhý anomer je označovaný jako β-forma. Každý z obou anomerů D-glukózy, podobně jako u každé dvojice diastereoizomerů, má odlišné fyzikální a chemické vlastnosti.

Chemické vlastnosti sacharidů

Sacharidy podléhají různým chemickým reakcím, které ovlivňují jejich vlastnosti a funkci v organismech.

• Redukční vlastnosti: Monosacharidy a některé disacharidy mají redukční vlastnosti, což znamená, že mohou redukovat jiné chemické činidla (redukce Cu2+ Fehlingovým roztokem).
• Oxidace: Oxidací aldóz se aldehydová skupina mění na karboxylovou a vznikají tzv. kyseliny aldonové (např. oxidací glukózy vzniká kyselina glukonová). Oxidací obou koncových uhlíků vznikají kyseliny aldarové.
• Tvorba cyklických forem: Karbonylová skupina reaguje s hydroxylovou skupinou za vzniku cyklických (poloacetálových) forem.
• Redukce: Aldózy a ketózy mohou být redukované na polyhydroxyalkoholy, tzv. alkoholové cukry - alditoly. Názvy alditolů se tvoří připojením koncovky -tol ke kořenu názvu příslušné aldózy.
• Glykosidová vazba: Hydroxylová skupina na anomerním uhlíku reaguje s další molekulou za vzniku glykosidů a glykosidové vazby.

Modifikace sacharidů

Hydroxylové skupiny v molekulách monosacharidů mohou být esterifikovány (např. organickými kyselinami, H3PO4, CH3COOH) nebo nahrazeny jinými funkčními skupinami.

• Fosfáty cukrů: Vznikají esterifikací s kyselinou fosforečnou a hrají klíčovou roli v metabolických drahách.
• Aminocukry: Vznikají nahrazením hydroxylové skupiny aminoskupinou, často acetylovaná. Příkladem je D-glukosamin (např. některých antibiotikách) a D-galaktosamin.
• Kyseliny uronové: Vznikají oxidací koncové hydroxylové skupiny na karboxylovou skupinu a jako složka glykoproteinů (kyselina mukoitinsírová, kyselina chondroitinsírová).

Disacharidy v přírodě

V přírodě se kromě glukózy nejčastěji vyskytují disacharidy a trisacharidy. Jsou to krystalické a sladké látky, dobře rozpustné ve vodě. V přírodě se volně vyskytují jen 3 disacharidy: sacharóza, laktóza a trehalóza. Sacharóza je tvořena glukózou a fruktózou, pričem O-glykosidová vazba (1→2) pojí C1 na glukózovém zbytku s C2 na fruktózovém zbytku. Vazbou ztrácí redukční schopnost, co v systematickém názvu označuje koncovka -id. Nachází se ve všech rostlinných plodech a rostlinných šťavách. Používá se k slazení potravin a nápojů a jako přísada do různych likérů. Směs glukózy a fruktózy vzniklá hydrolýzou sacharózy se nazývá invertní cukr, protože dochází ke změně optické otáčivosti vlivem silné levotočivé D-fruktózy.

Polysacharidy: Stavební a zásobní látky

Polysacharidy jsou tvořeny mnoha monosacharidovými jednotkami spojenými glykosidovými vazbami. Podle struktury je rozdělujeme na homopolysacharidy (např. glykogén, celulóza, fruktan, inulin) a heteropolysacharidy. Podle toho, či jsou složené z jednoho nebo více typů monosacharidů. Heteropolysacharidy jsou složené z několika málo typů monosacharidů, které jsou vázané v opakované sekvenci. Podle biologické funkci rozlišujeme stavební (např. celulóza, chitin) a zásobní (např. škrob, glykogén). Podle výskytu můžeme rozdělit polysacharidy na zoopolysacharidy (např. glykogén, chondroitinsulfát) a fytopolysacharidy (např. škrob, celulóza, inulin).

Čtěte také: Energie a zasycení s pomalými sacharidy

Sacharidy v potravě a jejich metabolismus

Sacharidy se dostávají do těla v potravě. Slouží jako zdroj energie a prekurzory pro biosyntézu dalších necukerných sloučenin. Většina tkání živého organizmu má aspoň minimální spotřebu glukózy. Zvláště významná je spotřeba glukózy v mozku a v erytrocytech. Glukóza je zdrojom acetylCoA, jako substrátu pro citrátový cyklus, pro některé tkáně - př. mozek, je to jediný substrát, který může být metabolizován. Glukóza nemůže být syntetizovaná z mastných kyselin vzhledem k nevratnosti pyruvátdehydrogenázové reakce. Stanovení koncentrace glukózy v krvi, tj. glykémie, se provádí v klinicko-biochemické laboratoři. Normální hodnota glykémie je 3,6-6,1 mmol/l. Zvýšená hladina glukózy v krvi (hyperglykémie) se objevuje např. u diabetes mellitus, akutního zánětu, otravy CO atd.

Glykogen: Zásobní forma sacharidů

Glykogen představuje zásobní formu sacharidů pro živočichy a člověka. Když se hladina krevní glukózy sníží, z glykogenu se uvolní glukóza do krve. Metabolizmus glykogenu je regulován enzymami metabolizmu glukózy, syntézy glykogenu a rozkladu glykogenu. Regulace je ovlivněna alosterickými efektory, jako je ATP, AMP, Glc-6-P a glukóza a hormonální regulací prostřednictvím kovalentných modifikací enzymů, které se podílí na tomto metabolizmu.

Glykogenózy: Poruchy metabolismu glykogenu

Genetické defekty enzymů glykogenového metabolizmu vedou k hromadění glykogenu v tkáních (glykogenózy). V důsledku toho se může glykogen nadměrně ukládat v tkáních (v játrech, srdci a ve svalech), čím se narušuje jejich funkce. Taková onemocnění se nazývají glykogenózy.

Glykosylace proteinů

Glykosylace je proces připojování sacharidů k proteinům. Rozlišujeme N-glykosylaci, kdy je sacharid vázán na dusík asparaginu v endoplazmatického retikula po flipe dolichol-P s navázaným oligosacharidem a O-glykosylaci, kdy je sacharid vázán na kyslík serinu nebo threoninu v Golgiho aparátu nebo lyzozomy (obr.

Diabetes mellitus: Porucha metabolismu sacharidů

Diabetes mellitus je onemocnění charakterizované hyperglykémií, způsobenou nedostatečným přesunem glukózy z krve do buněk (1. nízká nebo žádná sekrece inzulínu pankreatem, 2. dostatečná sekrece inzulínu, ale porucha inzulínových receptorů). Hyperglykémie vede ke glykosurii (při překročení koncentrace glukózy v krvi nad 10 mmol/l - špatná resorpce glukózy v proximálním tubulu nestačí) a k nedostatočný přísun glukózy do buněk s následným náhradním využíváním tuků jako hlavního zdroje energie.

Vrozené poruchy metabolismu sacharidů

Defekty najrůznejších enzymů sacharidového metabolizmu vedou k vrozeným chorobám. Většinou se jedná o autozomálně recesivní dědičnost.

Poruchy metabolismu fruktózy

Poruchy metabolizmu fruktózy můžu mít různou medicínsku závažnost.

• Esenciální fruktosurie: Chybění fruktokinázy, při které se po požití fruktózy objeví její zvýšené vylučovaní v moči.
• Vrozená intolerance fruktózy: Chybění fruktózo-1-fosfátaldolázy, spojená s hromaděním Fru-1-P. Po podaní fruktózy (i ve formě sacharózy) výrazně stoupá v krvi, dochází k závažné hypoglykémii (může ji doprovázet i křeče a kóma). Neléčená má vážné důsledky na centrální nervový systém a může končit smrtí.
• Deficience fruktóza-1,6-bisfosfatázy: Se projeví po podaní fruktózy hypoglykémií a laktátovou acidózou.

Poruchy metabolismu galaktózy

Galaktóza se získává z laktózy (mléčný cukr), proteoglykany, laktóza) nebo se přemění na glukózu. Galaktozémie jsou enzymové defekty s autozomálně recesivní dedičností.

• Deficience galaktokinázy: Galaktóza neni fosforylovaná na Gal-1-P a hromadí se v krvi. Už za několik měsíců po narození způsobuje vážné poškození zraku - kataraktu.
• Deficience galaktóza-1-fosfát-uridyltransferázy: Nedochází k přeměně Gal-1-P + UDP-Glu na Glu-1-P + UDP-Gal. Následkem je akumulace Gal-1-P, galaktózy a galaktitolu v různých orgánech (oko, játra, ledviny, srdce, mozek, střevo) a v erytrocytoch, což je spojené s jejich poškozením.
• Deficience UDP-galaktóza-4-epimerázy: Porucha tohto enzymu má oproti předcházejícím poruchám klinický projev benigní. Spojená je s mírně zvýšenou hladinou galaktózy v krvi.

Intolerance disacharidů

Intolerance disacharidů jsou způsobené nedostatkem enzymů štěpících disacharidy na monosacharidy (maltáza, izomaltáza, sacharáza). Aktivita narušených enzymů může kolísat. Klinické projevy se objevují po konzumaci některý disacharid. Projevují se gastrointestinálním diskomfortem (nadýmání, bolesti) a u dětí neprospívání. Nejčastěji se vyskytuje deficience laktázy, dědičná autozómálně recesivně. Intolerance laktózy může být vrozená a generalizované.

Neenzymová glykace proteinů

Glukóza reaguje s aminoskupinami proteinů za vzniku Schiffovy báze. Tímto způsobem je např. glykovaných < 6 % hemoglobínu. Tato reakce je reverzibilní a % glykace je přímo úměrné hladinám glykémie přibližně za poslední měsíc. Důsledky neenzymové glykace proteinů jsou např. komplikace diabetu.

Glykemický index a glykemická nálož

Glykemický index (GI) je hodnota, která udává, jak rychle se určitá potravina vstřebá ze střeva do krve. Potraviny s vysokým GI způsobují rychlý nárůst hladiny cukru v krvi, zatímco potraviny s nízkým GI způsobují pomalejší a stabilnější nárůst.

Glykemická nálož (GL) zohledňuje jak GI potraviny, tak i množství sacharidů v porci. GL poskytuje komplexnější obraz o vlivu potraviny na hladinu cukru v krvi.

Role sacharidů v těle

Sacharidy hrají v těle řadu důležitých rolí:

• Zdroj energie: Sacharidy, zejména glukóza, jsou hlavním zdrojem energie pro tělo. Pro některé orgány a buňky (např. mozek, červené krvinky) jsou dokonce jediným zdrojem energie.
• Zásobní látka: Nadbytečné množství glukózy se ukládá ve formě glykogenu v játrech a svalech.
• Stavební funkce: Sacharidy jsou součástí mnoha tkání a molekul, které jsou nezbytné pro fungování organismu (např. glykolipidy, glykoproteiny).
• Podpora trávení: Vláknina, nestravitelný polysacharid, podporuje trávení a zdraví trávicího traktu.
• Ochrana svalové hmoty: Při dostatečném příjmu sacharidů tělo nemusí využívat aminokyseliny z bílkovin pro tvorbu glukózy, čímž se chrání svalová hmota.

Doporučený příjem sacharidů

Podle doporučení EFSA (Evropský úřad pro bezpečnost potravin) by sacharidy měly tvořit 45-60 % celkového denního energetického příjmu. V jídelníčku by měly převažovat komplexní sacharidy (polysacharidy). Jednoduché cukry by neměly tvořit více než 10 % celkového příjmu energie, což je 50 g při referenčním příjmu. Co se týká vlákniny, té bychom měli do sebe denně dostat minimálně 25 g.