HOMOPOLISAHARIDI: ZNAČILNOSTI, STRUKTURA, FUNKCIJE, PRIMERI - BIOLOGIJA - 2025

V homopolysaccharides ali homoglycans skupina kompleksnih ogljikovih hidratov, razvrščene v skupino polisaharidov. Sem spadajo vsi ogljikovi hidrati, ki vsebujejo več kot deset enot iste vrste sladkorja.

Polisaharidi so bistvene makromolekule, sestavljene iz več sladkornih monomerov (monosaharidov), ki so večkrat povezani skupaj z glikozidnimi vezmi. Te makromolekule predstavljajo največji vir obnovljivih naravnih virov na zemlji.

Primer osnovne enote gluponovega homopolisaharida (Vir: Homopolysaccharide.svg: * Homopolysaccharide.jpg: Ccostellderivativno delo: Odysseus1479 (pogovor) izpeljano delo: Odysseus1479 via Wikimedia Commons)

Dobri primeri homopolisaharidov sta škrob in celuloza, ki sta prisotna v velikih količinah v rastlinskih in živalskih tkivih ter glikogen.

Najpogostejši in najpomembnejši homopolisaharidi v naravi sestavljajo ostanke D-glukoze, vendar obstajajo homopolizaharidi, ki jih sestavljajo fruktoza, galaktoza, manoza, arabinoza in drugi podobni sladkorji ali njihovi derivati.

Njihove strukture, velikosti, dolžine in molekulske mase so zelo spremenljive in jih je mogoče določiti tako glede na vrsto monosaharida, ki jih tvori, kot tudi glede na vezi, s katerimi se ti monosaharidi vežejo med seboj in prisotnost ali odsotnost vej.

V organizmih, kjer jih najdemo, imajo številne funkcije, med katerimi izstopajo rezerva energije in strukturiranje celic ter makroskopska telesa mnogih rastlin, živali, gliv in mikroorganizmov.

Značilnosti in struktura

Tako kot za večino polisaharidov so homopolizaharidi zelo raznoliki biopolimeri tako po funkciji kot po strukturi.

So makromolekule, katerih velika molekulska teža je v bistvu odvisna od števila monomerov ali monosaharidov, ki jih sestavljajo, ti pa se lahko spreminjajo od deset do tisoč. Vendar je molekulska teža na splošno nedoločena.

Najpogostejši homopolisaharidi v naravi so sestavljeni iz ostankov glukoze, povezanih z glukozidnimi vezmi tipa α ali β, od katerih je njihova funkcija močno odvisna.

V rezervnih homopolisaharidih prevladujejo α-glukozidne vezi, saj jih encimsko zlahka hidroliziramo. Po drugi strani je β-glukozidne vezi težko hidrolizirati in so pogoste v strukturnih homopolisaharidih.

Značilnosti sestavnih monosaharidov

V naravi je običajno ugotoviti, da so polisaharidi, vključno s homopolisaharidi, sestavljeni iz monomerjev sladkorja, katerih struktura je ciklična in kjer je eden od obročnih atomov skoraj vedno atom kisika, drugi pa ogljik.

Najpogostejši sladkorji so heksoze, čeprav jih lahko najdemo tudi pentoze in njihovi obroči se razlikujejo glede na njihovo strukturno konfiguracijo, odvisno od obravnavanega polisaharida.

Razvrstitev ogljikovih hidratov

Kot smo že omenili, so homopolisaharidi del skupine polisaharidov, ki so kompleksni ogljikovi hidrati.

Kompleksni polisaharidi vključujejo disaharide (dva ostanka sladkorja, ki sta običajno povezana z glikozidnimi vezmi), oligosaharide (do deset ostankov sladkorja, povezanih skupaj) in polisaharide (ki imajo več kot deset ostankov).

Polisaharidi so glede na njihovo sestavo razdeljeni na homopolisaharide in heteropolisaharide. Homopolisaharidi so sestavljeni iz iste vrste sladkorja, medtem ko so heteropolisaharidi kompleksne mešanice monosaharidov.

Polisaharide lahko razvrstimo tudi glede na njihove funkcije in obstajajo tri glavne skupine, ki vključujejo tako homopolisaharide kot heteropolizaharide: (1) strukturni, (2) rezervni ali (3) oblikovalni geli.

Poleg zapletenih ogljikovih hidratov obstajajo preprosti ogljikovi hidrati, ki so monosaharidni sladkorji (ena sama molekula sladkorja).

Tako homopolizaharide, heteropolizaharide, oligosaharide in disaharide lahko hidroliziramo v svoje sestavne monosaharide.

Lastnosti

Ker je glukoza glavna energijska molekula v celicah, so homopolisaharidi v tem sladkorju še posebej pomembni ne le za takojšnje presnovne funkcije, temveč tudi za rezervo ali shranjevanje energije.

Pri živalih se na primer rezervni homopolisaharidi pretvorijo v maščobe, ki omogočajo, da se shranijo veliko večje količine energije na enoto mase in so bolj "tekoče" v celicah, kar ima posledice za gibanje telesa.

V industriji se strukturni homopolisaharidi, kot sta celuloza in hitin, pogosto uporabljajo za različne namene.

Papir, bombaž in les so najpogostejši primeri industrijske uporabe celuloze, ti pa bi morali vključevati tudi proizvodnjo etanola in biogoriv iz njihove fermentacije in / ali hidrolize.

Škrob se ekstrahira in očisti iz najrazličnejših rastlin in se uporablja za različne namene, tako na področju gastronomije kot pri proizvodnji biorazgradljive plastike in drugih spojin gospodarskega in komercialnega pomena.

Primeri

Škrob

Škrob je topni rastlinski rezervni homopolizaharid, ki je sestavljen iz enot D-glukoze v obliki amiloze (20%) in amilopektina (80%). V moki najdemo krompir, riž, fižol, koruzo, grah in različne gomolje.

Amilozo sestavljajo linearne verige D-glukoze, ki so povezane z glukozidnimi vezmi tipa α-1,4. Amilopektin je sestavljen iz verig D-glukoze, povezanih z α-1,4 vezmi, ima pa tudi veje, povezane z α-1,6 vezmi na vsakih 25 ostankov glukoze.

Glikogen

Rezervni polisaharid živali je homopolisaharid, znan kot glikogen. Tako kot škrob je tudi glikogen sestavljen iz linearnih verig D-glukoze, povezanih medsebojno z α-1,4 vezmi, ki so močno razvejane zahvaljujoč prisotnosti α-1,6 vezi.

V primerjavi s škrobom ima glikogen veje za vsakih deset (10) ostankov glukoze. Ta stopnja razvejenosti ima pri živalih pomembne fiziološke učinke.

Celuloza

Celuloza je netopni strukturni homopolisaharid, ki tvori temeljni del celičnih sten rastlinskih organizmov. Njegova struktura je sestavljena iz linearnih verig ostankov D-glukoze, povezanih med glukozidnimi vezmi β-1,4, namesto α-1,4 vezi.

Zahvaljujoč prisotnosti β vezi v njihovi strukturi lahko celulozne verige tvorijo dodatne vodikove vezi med seboj, kar ustvarja togo strukturo, ki lahko prenese pritisk.

Hitin

Podobno kot celuloza je tudi hitin netopni strukturni homopolizaharid, sestavljen iz ponavljajočih se enot N-acetil-glukozamina, povezanih skupaj z glukozidnimi vezmi tipa β-1,4.

Tako kot pri celulozi tudi ta vrsta vezi hitinu zagotavlja pomembne strukturne značilnosti, zaradi katerih je idealen sestavni del eksoskeleta členonožcev in rakov. Prisotna je tudi v celičnih stenah številnih gliv.

Dekstran

Dekstran je rezervni homopolisaharid, ki je prisoten v kvasu in bakterijah. Tako kot vse prejšnje je tudi ta sestavljena iz D-glukoze, vendar večinoma povezane z α-1,6 vezmi.

Pogost primer te vrste polisaharida je tisti, ki je zunajcelično prisoten v bakterijah zobnih oblog.

Reference

1. Aspinal, G. (1983). Razvrstitev polisaharidov. V polisaharidih (Vol. 2, str. 1–9). Academic Press, Inc.
2. Clayden, J., Greeves, N., Warren, S., & Wothers, P. (2001). Organska kemija (1. izd.). New York: Oxford University Press.
3. Delgado, LL in Masuelli, M. (2019). Polisaharidi: pojmi in klasifikacija. Evolucija v reviji Polymer Technology, 2 (2), 2–7.
4. Garrett, R., in Grisham, C. (2010). Biokemija (4. izd.). Boston, ZDA: Brooks / Cole. CENGAGE Učenje.
5. Huber, KC, & BeMiller, JN (2018). Ogljikovi hidrati. V organski kemiji (str. 888–928). Elsevier Inc.
6. Yurkanis Bruice, P. (2003). Organska kemija. Pearson.