Sacharidy, známé také jako cukry, hrají klíčovou roli ve fungování všech živých organismů. Ačkoliv jsou někdy nesprávně označovány jako uhlovodany nebo karbohydráty, sacharidy tvoří největší podíl organické hmoty na Zemi. V lidském těle slouží jako hlavní zdroj energie pro buňky a jsou nezbytné pro řadu metabolických procesů. Tento článek si klade za cíl vysvětlit rozdíly mezi sacharidy a cukry, jejich klasifikaci, funkci v těle a dopad na zdraví.

Úvod do sacharidů

Sacharidy (z latinského saccharum, řeckého sákcharon, cukr) jsou základní složkou všech živých organismů a současně nejrozsáhlejší skupinou organických látek, tvoří největší podíl organické hmoty na Zemi. Zatímco rostliny obsahují 85 až 90 % sacharidů v sušině, živočišné tkáně a jejich buňky obsahují méně sacharidů než bílkovin a lipidů (např. tělo člověka obsahuje asi 2 % sacharidů v sušině). Pro pochopení role sacharidů v lidském organismu je klíčové znát jejich strukturu a vlastnosti.

Denní příjem sacharidů u člověka se pohybuje mezi 300 a 500 gramy. Organismus je získává převážně ve formě polysacharidů (60 % tvoří škrob), disacharidů (30 % tvoří sacharóza) a zbytek tvoří ostatní disacharidy a monosacharidy. Tělo člověka je schopno sacharidy syntetizovat, s výjimkou vitaminu C, zejména z aminokyselin.

Klasifikace sacharidů

Sacharidy se dělí do několika skupin podle složitosti jejich molekulární struktury:

• Monosacharidy: Představují nejjednodušší cukry, které jsou aldehydovými nebo ketonovými deriváty polyhydroxyalkoholů s nevětveným řetězcem. Obsahují nejméně 3 a maximálně 9 atomů uhlíku. Mezi nejznámější monosacharidy patří glukóza, fruktóza a galaktóza.
• Oligosacharidy: Obsahují v molekule 2-10 monosacharidových jednotek kovalentně vázaných O-glykosidovou vazbou. Jsou důležitou součástí složitých lipidů a proteinů, kde fungují jako glykolipidy, resp. glykoproteiny.
• Polysacharidy (glykany): Jsou tvořené velkým počtem kovalentně vázaných monosacharidových jednotek, dosahují molekulové hmotnosti až několik milionů daltonů (Da). Slouží jako základní složka buněčných stěn rostlin a bakterií (např. celulóza, chitin), kde plní podpůrnou funkci.

Fischerovy vzorce a cyklické formy sacharidů

Fischerovy vzorce sice vystihují typické reakce karbonylové skupiny monosacharidů, ale nevysvětlují vznik 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.

Čtěte také: Rozdíly Mezi Cukry a Sacharidy

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 α-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 a reakce sacharidů

Sacharidy podléhají různým chemickým reakcím, které jsou důležité pro jejich funkci v organismu. Mezi tyto reakce patří:

• Oxidace: Hydroxylové skupiny aldóz a ketóz umožňují jejich další oxidaci. Oxidací aldóz se aldehydová skupina mění na karboxylovou a vznikají tzv. kyseliny aldonové (např. oxidací glukózy vzniká kyselina glukonová). Při oxidaci obou koncových skupin vznikají kyseliny aldarové.
• Redukce: Karbonylová skupina aldóz a ketóz může být redukována na polyhydroxyalkoholy, tzv. alkoholové cukry - alditoly. Tvoří se tak, že se přidá koncovka -tol ke kořenu názvu příslušné aldózy.
• Tvorba glykosidů: Poloacetálové hydroxylové skupině (t.j. na C1 uhlíku aldóz a C2 uhlíku ketóz) umožňuje reakci s další molekulou za vzniku glykosidů. Vazba se nazývá glykosidová vazba a může být nahrazená organickou složkou (např. heterocyklů) a vznikají heteroglykosidy. Typ glykosidové vazby je velmi důležitý, protože enzymy ji velmi striktně rozlišují. Glykosidová vazba je vytvářena glykosidázami.
• Esterifikace: Hydroxylové skupiny v molekulách monosacharidů se i esterifikují (např. organickými kyselinami, H3PO4, CH3COOH). Důležitá je esterifikace s kyselinou fosforečnou, která je součástí metabolických drah. K dalším významným esterům patří např. kyselina mukoitinsírová a kyselina chondroitinsírová, které jsou důležitými součástmi bakteriálních buněčných stěn a některých polysacharidů, především proteoglykanů.
• Aminocukry: Hydroxylová skupina na druhém uhlíku je často acetylovaná a vznikají aminocukry resp. aminosacharidy. Mezi nejznámější patří D-glukosamin (např. některých antibiotikách) a D-galaktosamin (např. chondroitinsulfát).

Disacharidy

V přírodě se kromě glukózy nejčasteji vyskytují disacharidy a trisacharidy. Jsou to krystalické a sladké látky, které jsou dobře rozpustné ve vodě. Disacharidy vznikají spojením dvou monosacharidů glykosidovou vazbou. Například spojením glukózy s galaktózou vzniká laktóza. 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. Sacharóza se nachází ve všech rostlinných plodech a rostlinných šťávách. Vyrábí se z cukrové řepy a třtiny a používá se jako sladidlo do potravin a nápojů a jako přísada do různych likérů. Vodný roztok sacharózy stáčí rovinu polarizovaného světla doprava, ale po hydrolýze se stáčí doleva vlivem silné levotočivé D-fruktózy. Proto se hydrolyzovaná sacharóza označuje jako invertní cukr.
• Laktóza: Je disacharid mléka, tvořený galaktózou a glukózou spojenými β-1,4-glykosidovými vazbami.

Polysacharidy

Polysacharidy jsou tvořeny mnoha monosacharidovými jednotkami spojenými glykosidovými vazbami. Podle struktury je rozdělujeme na homopolysacharidy (např. glykogén, celulóza, fruktan, inulin) a heteropolysacharidy (např. kyselina hyaluronová, chondroitinsulfát). Dále je můžeme dělit na základě toho, či jsou složené z jednoho nebo více typů monosacharidů a podle biologické funkce rozlišujeme stavební (např. celulóza, chitin) a zásobní polysacharidy (např. škrob, glykogén). Podle výskytu můžeme rozdělit polysacharidy na zoopolysacharidy (např. glykogén, chondroitinsulfát) a fytopolysacharidy (např. škrob, celulóza, inulin).

Metabolismus sacharidů

Sacharidy sa dostávají do těla v potravě. Jsou zdrojem energie a stavebním kamenem pro biosyntézu dalších necukerných sloučenin. Většina tkání živého organizmu má aspoň minimální spotřebu glukózy, což platí zejména pro mozek a erytrocyty. Glukóza je zdrojem acetylCoA, jako substrátu pro citrátový cyklus, pro některé tkáně - př. mozek - je glukóza nenahraditelným zdrojem energie. Glukóza nemůže být syntetizovaná z mastných kyselin vzhledem k nevratnosti pyruvátdehydrogenázové reakce.

Čtěte také: Cukry vs. Sacharidy: Co byste měli vědět

Regulace metabolismu glukózy

Metabolismus glukózy je regulován enzymami metabolizmu glukózy, syntézy glykogenu a rozkladu glykogenu. Regulace probíhá prostřednictvím alosterických efektorů, jako je ATP, AMP, Glc-6-P a glukóza, a také prostřednictvím hormonální regulace syntézy enzymů, které se podílí na tomto metabolizmu.

Glykogen

Glykogen představuje zásobní formu sacharidů pro živočichy a člověka. Je syntetizován a ukládán v játrech a svalech. Když se hladina krevní glukózy sníží, z glykogenu se uvolní glukóza do krve.

Poruchy metabolismu sacharidů

Poruchy metabolismu sacharidů mohou vést k různým onemocněním. Některé z nich jsou vrozené, jiné získané.

Glykogenózy

Při glykogenózách se glykogen nadměrně ukládá v tkáních (v játrech, srdci a ve svalech), čím se narušuje jejich funkce.

Diabetes mellitus (cukrovka)

Diabetes mellitus je onemocnění charakterizované nedostatečným přesunem glukózy z krve do buněk. Může být způsoben nízkou nebo žádnou sekrecí inzulínu pankreatem (1. typ) nebo rezistencí na inzulín (2. typ), kdy je inzulínu dostatek, ale porucha inzulínových receptorů brání jeho účinku. Mezi projevy diabetu patří hyperglykémie (zvýšená hladina glukózy v krvi) a glykosurie (přítomnost glukózy v moči, při překročení koncentrace glukózy v krvi nad 10 mmol/l - špatná resorpce glukózy v proximálním tubulu nestačí). Dalším důsledkem je nedostatočný přísun glukózy do buněk s následným náhradním využíváním tuků jako hlavního zdroje energie.

Čtěte také: Význam proteinů pro lidské tělo

Vrozené poruchy metabolismu fruktózy a galaktózy

Defekty najrůznejších enzymů sacharidového metabolizmu vedou k vrozeným chorobám s autozomálně recesivní dědičností.

Poruchy metabolizmu fruktózy

• Esenciální fruktosurie: Způsobená chyběním fruktokinázy, při které se po požití fruktózy objeví její zvýšené vylučovaní v moči.
• Vrozená intolerance fruktózy: Způsobená chyběním 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: Projeví se po podaní fruktózy hypoglykémií a laktátovou acidózou.

Galaktozémie

Galaktozémie jsou enzymové defekty s autozomálně recesivní dědičností.

• 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 je způsobena deficitem enzymů štěpících disacharidy na monosacharidy (např. laktáza, maltáza, izomaltáza, sacharáza). Aktivita narušených enzymů může kolísat. Při konzumaci daného disacharidu dochází k trávicím obtížím, jako je diskomfort (nadýmání, bolesti) a u dětí neprospívání.

Glykace proteinů

Glykace proteinů je neenzymová reakce mezi glukózou a aminokyselinami proteinů, za vzniku Schiffovy báze. Tímto způsobem je např. glykován hemoglobin. Měření glykovaného hemoglobinu (HbA1c) se používá k dlouhodobému sledování kompenzace diabetu. U zdravých jedinců se nachází glykovaných < 6 % hemoglobínu. Glykace je reverzibilní a % glykace je přímo úměrné hladinám glykémie přibližně za poslední měsíc. Důsledky neenzymové glykace proteinů jsou např. změny vlastností kolagenu.

Sacharidy v potravě a keto dieta

Sacharidy se přirozeně vyskytují takřka ve všech potravinách, tedy i tam, kde byste je nečekali - v mléku, v luštěninách i v zelenině. Na etiketách výrobků se často setkáme s formulací “sacharidy, z toho cukry” - cukry tady označují monosacharidy a disacharidy. Ty řadíme mezi tzv. rychlé cukry. To znamená, že je naše tělo umí velmi rychle vstřebat a dodat nám tak okamžitý přísun energie.

Při keto dietě je cílem snížit příjem sacharidů na minimum a dosáhnout stavu ketózy, kdy tělo jako zdroj energie využívá tuky. Proto je důležité omezit nejen rychlé cukry, ale všechny sacharidy ve stravě.

Sacharidy vs. cukry: Jaký je rozdíl?

Pojmy sacharidy a cukry se často zaměňují, ale není to tak docela správné. Pojmem „sacharidy” označujeme všechny sacharidy, které naše tělo dokáže dále metabolizovat. „Cukry” pak nazýváme jednoduché sacharidy - mono a disacharidy. Jednoduché cukry jsou snadno vstřebatelné, proto se jedná o pohotový zdroj energie. Složené sacharidy se v těle nejdříve musí strávit a pomáhají dodávat energii po delší čas.