אוליגוסכרידים

אוליגוסכרידים (מיוונית עתיקה: ὀλίγος – אוליגו ('מעט') ו-σάκχαρ – סכר ('סוכר')) הם פחמימות עם רמת פילמור נמוכה, ובהתאם מסה מולקולרית נמוכה, בעלי תפקידים מבניים ופיזיקליים רבים ומגוונים במערכות ביולוגיות. האוליגוסכרידים מורכבים מחד-סוכרים שנקשרים יחד בקשרים גליקוזידיים בתהליך פילמור של חד סוכרים. מקובל להגדיר את האוליגוסכרידים כפחמימות המכילות בין 2 עד 20 תתי יחידות של חד סוכר, אך בהתאם להגדרת מנחון IUPAC, הקריטריון להבחנה בין אוליגוסכרידים לפוליסכרידים הוא 10 תתי יחידות, אף על פי שאין בסיס כימי או פיזיולוגי להגדרה זו. כיוון שישנה מחלוקת לגבי ההגדרה המדויקת של אוליגוסכרידים, הוגדר המושג "שרשראות פחמתיות קצרות" אשר מתייחס לקבוצה חדשה של פחמימות המכילה הן את האוליגוסכרידים והן פוליסכרידים קצרים. לאוליגוסככרידים פוטנציאל סידור מרחבי (קונפיגורציות) גדול יותר ביחס לכל מקרומולקולה ביולוגית אחרת הודות למגוון הרחב של חד הסוכרים הקיים בטבע. מוכרים למעלה מ-100 חד סוכרים שונים (בהשוואה ל־21 חומצות האמינו המרכיבות את כל החלבונים). אפילו מספר קטן של חד סוכרים יכול לייצר מספר רב של אוליגוסכרידים, כולל מבנים ליניאריים ומבנים מסועפים שנחשבים לייחודיים בהשוואה לשאר המקרומולקולות. מספר האיזומרים המבניים האפשריים למבנים ליניאריים ומבנים מסועפים של היקסאסכריד (שרשרת של שישה סוכרים) הוא יותר מ-1012. לאוליגוסכרידים שונים תכונות פונקציונליות שונות ולכן נעשה בהם שימוש למטרות רבות ושונות בתעשייה כולל למטרות רפואיות, למזון, קוסמטיקה, חומרים מעוררים למערכת החיסון ועוד. העיכול של אוליגוסכרידים תלוי בסוג החד-סוכרים שמרכיבים אותם וכן בסוג הקשר בין תתי היחידות. במקרים רבים, מבנה זה מעכב את הפעילות ההידרוליטית של אנזימי העיכול, ועל כן חלק מן האוליגוסכרידים אינם ניתנים לעיכול על ידי אנזימי העיכול של האדם. אוליגוסכרידים בלתי ניתנים לעיכול נמצאים במוצרי מזון פחמימתיים בעיקר, ולרוב מורכבים מתת יחידות של חד–סוכרים כמו גלוקוז, גלקטוז, פרוקטוז וקסילוז. אנזימים ממקור חיידקי הנמצאים במעי מסוגלים לפרק חלק מהאוליגוסכרידים האלה כך שיוכלו להיספג בגוף האדם. אלו שאינם נספגים או מפורקים באופן חלקי מוצאים בצואה. אוליגוסכרידים בלתי ניתנים לעיכול מסיסים במים בקלות ומעניקים מתיקות, כאשר רמת המתיקות תלויה בצורה ישירה באורך השרשרת. ככל שהשרשרת של האוליגוסכריד ארוכה יותר, כך רמת המתיקות שלו נמוכה יותר. ישנן כמה שיטות להכנת אוליגוסכרידים בלתי ניתנים לעיכול. לדוגמה, הוצאת מולקולות מים מהשרשרת של האוליגוסכריד, הידרוליזה אנזימטית חלקית של האוליגוסכרידים או סינתזה אנזימטית מאחד או יותר (תערובת) של דו-סוכרים על ידי שימוש באוסיל-טראנספראזות (למשל, פרוקטו-אוליגוסכרידים המורכבים מסוכרוז). לאוליגוסכרידים תפקידים ביולוגיים רבים, כאלה הנחשבים לטריוויאליים ואחרים הנחשבים לתפקידים מהותיים בהתפתחות, גדילת ותפקוד האורגניזמים השונים. אותו האוליגוסכריד יכול להיות בעל תפקידים שונים באותו האורגניזים בזמנים שונים במהלך חייו, או במיקומים שונים בגוף האורגניזם. ממברנות של תאים בגוף כוללות גליקו-חלבונים או על ידי גליקו-ליפידים, כך ששני מרכיבים אלו מסייעים בהגדרת סוג התא ומהותו. חלבונים שקושרים פחמימות, למשל לקטין (חלבון הקושר סוכר בספיציפיות גבוהה) הם בעל יכולת לזיהוי אוליגוסכרידים ספיציים בהתבססות על הרצף שלהם ובכך מספקים מידע חשוב לזיהוי ביולוגי של התאים וכן, מידע דרוש לתאים עצמם. חלק מהאוליגוסכרידים מהווים מולקולת מטרה לאורגניזמים או לטוקסינים פתוגניים. המאפיינים המשותפים היחידים של התפקידים המגוונים של האוליגוסכרידים באורגניזמים השונים הם כי האוליגוסכרידים מתווכים תהליכי "זיהוי ספציפי" או שהם מספקים אפנון לתהליכם ביולוגיים שונים. בעשייתם זאת, האוליגוסכרידים מספקים את המגוון הרחב של התפקודים הנחוצים לאבולוציה והתפתחות סוגים שוניים של תאים, רקמות, איברים ואורגניזמים. ישנו מספר מוגבל של גנים בגנום המקודד למגוון כה רחב, ועל כן עובדת גיוון וריבוי התפקידים של אותו האוליגוסכריד במיקומים שונים ובזמנים שונים בחיי האורגניזים אינה מפתיעה. התפקידים הביולוגיים השונים והמגוונים של האוליגוסכרידים מהווים חלק גדול מהמגוון התפקודי הנדרש להתפתחות והתמיינות של אורגניזמים מורכבים, ולאינטראקציות שלהם עם אורגניזמים אחרים בסביבה. מבין המגוון הרחב של התפקידים הביולוגיים של האוליגוסכרידים: ייצוב פיסקלי של רקמות, הגנה מפני מיקרואורגניזמים, תפקידים מבניים, היקשרות לפני השטח של התאים, השפעה על תפקוד החלבונים “on-off”, רצפטורים ספיציפיים למגוון מולקולות, תקשורת בין תאית ותקשורת תוך תאית. ערך מורחב – אוליגוסכרידים בחלב אם אוליגוסכרידים בחלב-אם מורכבים ממספרים קטנים של חד סוכרים, 3–10 או יותר, ומהווים פרמטר עיקרי בהתפתחות מערכת העיכול ומערכת החיסון של התינוק, שכן חלב-אם התפתח כמזון מלא להזנת יונקים במהלך הינקות. אוליגוסכרידים בחלב אם מורכבים מ-5 חד סוכרים עיקריים, גלוקוז, גלקטוז, N-acetylglucosamine, fucose עם חומצה סיאלית ו-N-acetylneuraminic acid. חלק מהאוליגוסכרידים בחלב-אם אינם יכולים להיספג בגוף התינוק בצורה ישירה והם עוברים פירוק על ידי אנזימים שמקורם בחיידקי המעי שמסייעים בהתפתחות התינוק. תוצרי הפירוק של אותם אוליגוסכרידים (למשל, פרוקטוז וחומצה סיאלית) זמינים לעיכול בגוף התינוק. בהשוואה לשאר היונקים, חלב האם של בני האדם נחשב לייחודי כיוון שהוא מכיל מגוון רחב של יותר מ-150 סוגים שונים של אוליגוסכרידים. קבוצות האוליגוסכרידים המיוצרות בגופה של האישה נבדלות בין אישה לאחרת. סינתזת אוליגוסכרידים בחלב האם משקפת את מאפייני קבוצות הדם של האישה אשר תלויה באופן ישיר בביטוי של גליקוזיל-טרנספראזות מסוימות. ספקטרומטר מסה הוא מכשיר רגיש מאוד ועוצמת הזיהוי שלו גבוהה והוא משמש ככלי להבהרת מבנה האוליגוסכרידים. המידע שספקטרומטר מסה מספק לגבי אוליגוסכרידים כולל מסה מולקולרית מדויקת, אורך השרשרת של האוליגוסכריד, חד הסוכרים המרכיבים את השרשראות, הקשרים ומיקום השינויים המתרחשים בשרשראות. מכשיר תהודה מגנטית גרעינית הוא מכשיר המבצע ניתוח מבני לאוליגוסכרידים. מכשיר זה מספק מידע על מבנה האוליגוסכרידים כולל חד הסוכרים המרכיבים את השרשרת, סוג הקשר (α או β) של האוליגוסכרידים, תכונות הקשרים בין חד הסוכרים וגם מספק מידע על סדר החד סוכרים. קביעה כמותית של אוליגוסכרידים בתמצית יכולה להתבצע באמצעות שלוש שיטות אפשריים: שיטה אנזימית, הפרדה באמצעות כרומטוגרפיית נייר ולאחר מכן הערכה כמותית של פרקציות האוליגוסכרידים הטהורים וכרומטוגרפיה נוזלית בביצוע גבוה לקביעה כמותית של אוליגוסכרידים טהורים. עם זאת, יש לזכור שיש להשתמש בדוגמאות טהורות של הסוכרים כסמנים.. מדיה וקבצים בנושא אוליגוסכרידים בוויקישיתוף אוליגוסכרידים, באתר אנציקלופדיה בריטניקה (באנגלית) Marcel Roberfroid, Joanne Slavin, Nondigestible Oligosaccharides, Critical Reviews in Food Science and Nutrition 40, 2000-11-01, עמ' 461–480 doi: 10.1080/10408690091189239 Anne Imberty, Serge Pérez, Structure, Conformation, and Dynamics of Bioactive Oligosaccharides:  Theoretical Approaches and Experimental Validations, Chemical Reviews 100, 2000-11-17, עמ' 4567–4588 doi: 10.1021/cr990343j Chao Zhao, Yijing Wu, Xiaoyan Liu, Bin Liu, Functional properties, structural studies and chemo-enzymatic synthesis of oligosaccharides, Trends in food science & technology 66, 2017-08, עמ' 135–145 doi: 10.1016/j.tifs.2017.06.008 M. Rivero-Urgëll, A. Santamaría-Orleans, Oligosaccharides: application in infant food, Early Human Development 65 Suppl, 2001-11, עמ' S43–52 doi: 10.1016/s0378-3782(01)00202-x Lars Bode, Human milk oligosaccharides: every baby needs a sugar mama, Glycobiology 22, 2012-09, עמ' 1147–1162 doi: 10.1093/glycob/cws074 Kit-Leong Cheong, Hua-Mai Qiu, Hong Du, Yang Liu, Oligosaccharides Derived from Red Seaweed: Production, Properties, and Potential Health and Cosmetic Applications, Molecules (Basel, Switzerland) 23, 2018-09-25, עמ' E2451 doi: 10.3390/molecules23102451