Раффиноза: Свойства, функции и роль в растениях и пищеварении.
Raffinose
Раффиноза: трисахарид в бобовых, овощах и злаках. Роль в защите растений от стресса и улучшении всхожести. Ферментативное расщепление α-галактозидазой.
Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Содержание
Введение
Рафиноза – трисахарид, состоящий из галактозы, глюкозы и фруктозы. Она содержится в бобах, капусте, брюссельской капусте, брокколи, спарже, других овощах и цельных злаках. Рафиноза может быть гидролизована до D-галактозы и сахарозы ферментом α-галактозидазой (α GAL) – ферментом, синтезируемым бактериями, обитающими в толстом кишечнике. α GAL также гидролизует другие α-галактозиды, такие как стахиоза, вербаскоза и галактинол, при их наличии. У растений рафиноза играет важную роль в реакциях на стресс, в частности, в температурной чувствительности, энергии прорастания семян, устойчивости к патогенам и обезвоживанию.
Raffinose is a trisaccharide composed of galactose, glucose, and fructose. It can be found in beans, cabbage, brussels sprouts, broccoli, asparagus, other vegetables, and whole grains. Raffinose can be hydrolyzed to D galactose and sucrose by the enzyme α galactosidase (α GAL), an enzyme synthesized by bacteria found in the large intestine. α GAL also hydrolyzes other α galactosides such as stachyose, verbascose, and galactinol, if present. In plants, raffinose plays a significant role in stress responses, particularly temperature sensitivity, seed vigour, resistance to pathogens, and desiccation.
Химические свойства
Олигосахариды рафинозного семейства (ОРФ) — это α-галактозильные производные сахарозы, наиболее распространенными из которых являются трисахарид рафиноза, тетрасахарид стахиоза и пентасахарид вербаскоза. ОРФ почти повсеместно распространены в растительном царстве и встречаются в большом разнообразии семян из многих различных семейств растений. По содержанию растворимых углеводов они уступают только сахарозе. Рафиноза обычно кристаллизуется в виде пентагидрата – белого кристаллического порошка. Она не имеет запаха и обладает сладким вкусом, примерно в 10% от сладости сахарозы.
The raffinose family of oligosaccharides (RFOs) are α galactosyl derivatives of sucrose, the most common being the trisaccharide raffinose, the tetrasaccharide stachyose, and the pentasaccharide verbascose. RFOs are almost ubiquitous across the plant kingdom, being found in a large variety of seeds from many different families. They rank second only to sucrose in abundance as soluble carbohydrates. Raffinose typically crystallises as a pentahydrate white crystalline powder. It is odorless and has a sweet taste approximately 10% that of sucrose.
Источник энергии
Он не переваривается у людей и других животных с одним желудком (свиней и птицы), поскольку у них отсутствует фермент α-галактозидаза, необходимый для расщепления раффиноз. Эти олигосахариды проходят непереваренными через желудок и тонкую кишку. В толстом кишечнике они ферментируются бактериями, которые обладают ферментом α-галактозидаза, и в результате образуются короткоцепочечные жирные кислоты (КЦЖК) (уксусная, пропионовая, масляная кислоты), а также газы, обычно возникающие при употреблении бобовых и других овощей. Недавно было установлено, что эти КЦЖК оказывают ряд полезных эффектов на здоровье. α-галактозидаза содержится в пищеварительных препаратах, таких как Beano.
It is non digestible in humans and other monogastric animals (pigs and poultry) who do not possess the α GAL enzyme to break down RFOs. These oligosaccharides pass undigested through the stomach and small intestine. In the large intestine, they are fermented by bacteria that do possess the α GAL enzyme and make short chain fatty acids (SCFA)(acetic, propionic, butyric acids), as well as the flatulence commonly associated with eating beans and other vegetables. These SCFAs have been recently found to impart a number of health benefits. α GAL is present in digestive aids such as the product Beano.
Здоровье растений
Было показано, что абиотические стрессы, такие как температура, засуха и засоление, повышают уровни RFO, особенно рафинозы, в растениях. Функциональная роль рафинозы в устойчивости к абиотическим стрессам изучена недостаточно, однако ее присутствие в качестве положительного регулятора этих стрессов установлено. Галактинолсинтаза (GolS) является ключевым ферментом в синтезе RFO. Исследования, направленные на изменение экспрессии GolS, проводились для понимания роли RFO в ответной реакции на стресс. Было обнаружено, что GolS индуцирует сигнальные пути салициловой кислоты и экспрессию генов, связанных с защитой, что указывает на участие RFO в устойчивости к патогенам. RFO способствуют прорастанию семян, служа источником энергии и углерода для этого процесса, а также защищая семена от высыхания в процессе созревания. Один из предложенных механизмов действия RFO против высыхания заключается в замене воды гидроксильными группами для поддержания гидрофильности в клетке, что стабилизирует структуру мембран и макромолекулы, необходимые для клеточной функции. Другой механизм, называемый "витрификацией", приводит к тому, что клетка приобретает высоковязкое состояние, подобное стекловидному твердому телу. Это поддерживает стабильность клеток, сохраняет водородные связи и предотвращает разрушение клеток. У многих растений RFO выступают в качестве альтернативы сахарозе для хранения и транспорта сахаров.
Cases of abiotic stress such as temperature, drought, and salinity have shown to increase RFO levels, especially raffinose, in plants. The functional role raffinose plays in abiotic stress tolerance is not well known, but its presence as a positive regulator of these stresses is established. Galactinol synthase (GolS) is an enzyme key in the synthesis of RFOs. Studies which modify the expression of GolS have been done to understand the role of RFOs in stress response. GolS has been found to induce salicylic acid signalling pathways and expression of defence related genes, showing RFOs to have a role in pathogen resistance. RFOs have been seen to assist in seed germination. They are used as a source of energy and carbon for germination, and protect the seed from desiccation during the maturation process. One proposed mechanism of RFOs working against desiccation details the hydroxyl groups replacing water to maintain hydrophilicity ion the cell, which stabilizes the membrane structure and macromolecules needed for cellular function. Another mechanism, called "vitrification", has the cell taking on a highly viscous form, like that of a plastic solid. This maintains cellular stability and hydrogen bonding in the cell, and prevents cellular collapse. In many plants, RFOs have been seen to act as an alternative to sucrose for sugar storage and transport.
Отношение к заболеванию
Исследования показали, что разная способность штаммов бактерии Streptococcus pneumoniae утилизировать рафинозу влияет на их вирулентность и характер вызываемых ими заболеваний.
Research has shown that the differential ability to utilize raffinose by strains of the bacteria Streptococcus pneumoniae, impacts their ability to cause disease and the nature of the disease.