[生活事件小科學]#6 明明一樣都是醣類-為什麼人類無法消化纖維素???

纖維素是醣類

所以在解釋為什麼纖維素不能被人類消化之前，先對醣類做個介紹

醣類分為單醣、雙醣、寡糖、多醣

而纖維素是屬於多醣

既然這一集是講到消化醣類

就來補充一下人體可以消化吸收利用的醣類是D-form醣

什麼是D-form醣呢?

醣類可以分為右式醣和左式醣

英文叫做D-form和L-form

那要怎麼判斷一個單醣是D-form還是L-form呢

以醣類來說

這個時候就要利用Fischer Projection

在Fischer Projection[註1]表示醣類的方法下

最後一個不對稱碳上的氫氧基(-OH)朝的方向

如果是朝向右邊的話就是右式醣 D-form

朝向左邊的話就是左式醣 L-form

那什麼又是不對稱碳呢

一個碳可以有四個鍵結

如果一個碳有四個單鍵和其他東西鍵結 

這四個單鍵又分別連接不同東西的話 

這個碳就是不對稱碳

來實際舉個例子

現在我們看到的是一個以Fischer Projection表示的葡萄糖

先讓我們看看最上面的1號碳

有兩個單鍵和一個雙鍵

所以這個碳不是不對稱碳

接下來看看2號碳 有四個單鍵 四個單鍵也分別連接不同的東西

所以2號碳就是不對稱碳

接下來都是用一樣的方法判斷

一直到我們的6號碳

6號碳有四個單鍵 但是同時和兩個氫鍵結

所以6號碳不是不對稱碳

最後我們就可以知道5號碳就是最後一個不對稱碳

所以如果5號碳上的氫氧基像圖中一樣是朝向右邊的話 就是D-form

如果是像這樣朝向左邊的話 就是L-form

 

接下來要講到這一集的重點

醣類的鍵結方式

在探討鍵結之前 先把醣類分成α型和β型兩種

沒錯 又要來分類了

這一次要利用的是Haworth Projection[註2]表示醣類的方法

這個就是Haworth Projection下的葡萄糖

判斷α型和β型就比較簡單了

只要判斷1號碳上的氫氧基是朝上還是朝下就好了

如果是朝下的話就是α型

朝上的話就是β型

嗯  很簡單ㄅ

這個α型和β型的醣互相鍵結方法就是決定我們人體能不行自行消化吸收利用的關鍵

鍵結方式要先看是哪一種形式的醣還有哪兩個碳互相連接

Haworth Projection中 一號碳的位置是最右邊的個碳

像這個是兩個α型的葡萄糖

如果是前一個的1號碳和下一個的4號碳連接我們就稱為α(1→4)醣苷鍵

順帶一提這個就是直鏈型澱粉[註3]的鍵結方法

如果是支鏈澱粉[註4]的話，支鏈的接點會是α(1→6)醣苷鍵

講了這麼多終於要講到纖維素了

形成纖維素的單醣是β-葡萄糖

鍵結方式是用β(1→4)醣苷鍵

這個差別就是纖維素不能被人體自行分解的原因

人體所產生的澱粉酶內 含有可以將α(1→4)醣苷鍵和α(1→6)醣苷鍵切斷的醣苷水解酶

所以可以將澱粉切斷形成葡萄醣供人體吸收利用

但是人體內缺乏可以將纖維素的β(1→4)醣苷鍵切開的酵素

所以無法將纖維素切開形成葡萄糖利用

至於草食動物[註5]或是反芻動物可以消化吸收利用纖維素是因為他們消化道內的共生菌

這些共生菌會分泌出纖維素酶 可以將纖維素的β(1→4)醣苷鍵切斷形成葡萄醣

這些葡萄糖就可以讓草食動物或是反芻動物吸收作為能量來源

以上就為什麼人類自己無法消化纖維素的原因了

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[註1]Fischer Projection
費雪投影法，由直鏈的型式表示醣類，為醣類的晶體構型，但是無法用此投影法表示醣類的化學反應

[註2]Haworth Projection
哈沃斯投影法，由環狀的形式表示醣類，為醣類分子在水中環化的構型，此方法可以用來表示醣類的化學反應

[註3]直鏈澱粉沒有任何的分支，構型應該會是直線，但是因為分子內氫鍵，所以會使直鏈澱粉形成螺旋狀

[註4]支鏈澱粉具有許多分支，若穀物中的支鏈澱粉含量越高則黏性會越大，糯米中還有較多的支鏈澱粉，所以比一般吃的白米還要黏

[註5]草食動物為泛稱，指主要食物為植物的動物。吃草、葉子、水果、穀物、木頭、花蜜、花粉等等的動物均泛稱"草食動物"。但並非所有的草食動物都可以消化纖維素，僅以草、葉為主食的動物才可以消化纖維素。

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https://youtu.be/M971ooXlSOQ

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