POLISAHARIDI: ZNAČILNOSTI, STRUKTURA, RAZVRSTITEV, PRIMERI - BIOLOGIJA - 2025

V polisaharidi , ki so pogosto imenovani glikanov, so spojine z visoko molekulsko maso, ki jo sestavljajo več kot 10 enot sladkorjev (monosaharidi). Z drugimi besedami, gre za monosaharidne polimere, povezane med glikozidnimi vezmi.

To so v naravi zelo pogoste molekule, saj jih najdemo pri vseh živih bitjih, kjer opravljajo najrazličnejše funkcije, od katerih mnoge še vedno preučujemo. Štejejo za največji vir obnovljivih naravnih virov na zemlji.

Struktura celuloze, homopolisaharida (Vir: http://www.monografias.com/trabajos46/celulosa-madera/celulosa-madera2.shtml / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa /4.0) prek Wikimedia Commons)

Stena rastlinskih celic je na primer sestavljena iz enega najbolj obilnih polisaharidov v biosferi: celuloze.

Ta spojina, ki jo tvorijo ponavljajoče se enote monosaharida, imenovane glukoza, poleg funkcij, ki jih ima pri ohranjanju strukture rastlin, služi kot hrana za tisoče mikroorganizmov, gliv in živali.

Človeku je sčasoma uspelo izkoristiti celulozo v praktične namene: za izdelavo oblačil uporablja bombaž, "kašo" dreves za izdelavo papirja in podobno.

Drug zelo bogat polisaharid, ki ga proizvajajo tudi rastline in je za človeka zelo pomemben, je škrob, saj je eden glavnih virov ogljika in energije. Je v zrnih žit, v gomoljih itd.

Značilnosti polisaharidov

- So makromolekule z zelo visoko molekulsko maso

- Sestavljeni so predvsem iz atomov ogljika, vodika in kisika

- Strukturno in funkcionalno so zelo raznolike

- Obstajajo praktično vsa živa bitja na zemlji: rastline, živali, bakterije, protozoji in glive

- Nekateri polisaharidi so v vodi zelo topni, drugi pa ne, kar je običajno odvisno od prisotnosti vej v njihovi strukturi

- Delujejo pri shranjevanju energije, v celični komunikaciji, v strukturni podpori celic in tkiv itd.

- Njegova hidroliza na splošno povzroči sproščanje posameznih ostankov (monosaharidi)

- Najdemo jih kot del kompleksnejših makromolekul, kot je na primer ogljikov hidrat številnih glikoproteinov, glikolipidov itd.

Struktura

Kot smo že govorili na začetku, so polisaharidi polimeri z več kot 10 ostanki sladkorja ali monosaharida, ki so povezani z glukozidnimi vezmi.

Čeprav gre za izjemno raznolike molekule (obstaja neskončno veliko možnih strukturnih vrst), so najpogostejši monosaharidi, ki jih najdemo v strukturi polisaharida, sladkorji pentoze in heksoze, torej sladkorji s 5 in 6 atomi ogljika.

Raznolikost

Raznolikost teh makromolekul je v tem, da je poleg različnih sladkorjev, ki jih lahko sestavljajo, vsak ostanek sladkorja v dveh različnih cikličnih oblikah: furanozo ali piranozo (samo tisti sladkorji s 5 in 6 atomi ogljika).

Poleg tega so lahko glikozidne vezi v α- ali β- konfiguraciji in, če to ne bi bilo dovolj, lahko tvorba teh vezi vključuje substitucijo ene ali več hidroksilnih skupin (-OH) v sosednjem ostanku.

Lahko jih tvorijo tudi sladkorji z razvejanimi verigami, sladkorji brez ene ali več hidroksilnih skupin (-OH) in sladkorji z več kot 6 atomi ogljika, pa tudi različni derivati ​​monosaharidov (običajni ali ne).

Grafični prikaz linearnega in razvejanega polisaharida (Vir: jphwang / Javna domena, prek Wikimedia Commons), prirejal Raquel Parada Puig

Linearni verižni polisaharidi se navadno bolje spakirajo v toge ali neprožne strukture in so netopni v vodi, v nasprotju z razvejanimi polisaharidi, ki so v vodi zelo topni in v vodnih raztopinah tvorijo "pastozne" strukture.

Razvrstitev polisaharidov

Razvrstitev polisaharidov običajno temelji na njihovem naravnem pojavljanju, vse pogosteje pa je, da jih razvrščamo glede na njihovo kemijsko strukturo.

Številni avtorji menijo, da je najboljši način za razvrstitev polisaharidov zasnovan na vrsti sladkorjev, ki jih sestavljajo, v skladu s katerimi smo opredelili dve veliki skupini: homopolizaharidi in heteropolizaharidi.

Homopolisaharidi ali homoglikani

V to skupino spadajo vsi polisaharidi, ki so sestavljeni iz enakih enot sladkorja ali monosaharida, to je homopolimerov iste vrste sladkorja.

Najpreprostejši homopolisaharidi so tisti z linearno konformacijo, pri kateri so vsi ostanki sladkorja povezani z isto vrsto kemijske vezi. Celuloza je dober primer: je polisaharid, sestavljen iz ostankov glukoze, povezanih z β vezmi (1 → 4).

Vendar pa obstajajo bolj zapleteni homopolisaharidi in ti so tisti, ki imajo več kot eno vrsto vezi v linearni verigi in imajo lahko celo veje.

Primeri homopolisaharidov, ki so v naravi zelo pogosti, so celuloza, glikogen in škrob, sestavljeni iz ponavljajočih se glukoznih enot; V to skupino spada tudi hitin, ki je sestavljen iz ponavljajočih se enot N-acetil-glukozamina, derivata glukoze.

Potem so v literaturi še drugi manj priljubljeni, na primer fruktani (sestavljeni iz enot fruktoze), pentozani (sestavljeni iz arabinoze ali ksiloze) in pektini (sestavljeni iz derivatov galaktoronske kisline, ki izvirajo iz galaktoze).

Heteropolisaharidi ali heteroglikani

Po drugi strani so v to skupino razvrščeni vsi tisti polisaharidi, ki so sestavljeni iz dveh ali več različnih vrst sladkorjev, torej so heteropolimeri različnih sladkorjev.

Najenostavnejši heteropolisaharidi tvorijo dva različna ostanka sladkorja (ali derivati ​​sladkorja), ki sta lahko (1) v isti linearni verigi ali (2) ena, ki tvori glavno linearno verigo, druga pa stranske verige.

Lahko pa obstajajo tudi heteropolisaharidi, sestavljeni iz več kot 2 vrste močno razvejanih ali ne sladkornih ostankov.

Mnoge od teh molekul se povezujejo z beljakovinami ali lipidi, ki tvorijo glikoproteine ​​in glikolipide, ki jih v živalskih tkivih zelo obilo.

Zelo pogosti primeri heteropolisaharidov so tisti, ki so del mukopolisaharidov, kot je hialuronska kislina, široko porazdeljeni med živalmi in sestavljeni iz ostankov glukuronske kisline, vezanih na ostanke N-acetil-D-glukozamina.

Hrustanec, ki je prisoten pri vseh vretenčarjih, ima tudi obilo heteropolisaharidov, zlasti hondroitin sulfata, ki ga sestavljajo ponavljajoče se enote glukuronske kisline in N-acetil-D-galaktozamina.

Splošno dejstvo o nomenklaturi

Polisaharidi so poimenovani s splošnim izrazom glikan, zato najtančnejše nomenklature uporabljajo za določitev imena, predpone "starševskega sladkorja" in konča "-ano". Na primer, polisaharid, ki temelji na glukoznih enotah, lahko imenujemo glukan.

Primeri polisaharidov

V celotnem besedilu smo navedli najpogostejše primere, ki nedvomno predstavljajo to veliko skupino makromolekul. Nato bomo nekatere od njih še malo razvili in omenili bomo druge enako pomembne.

Glikogen in celuloza, dva polisaharida (Vir: Sunshineconnelly v en.wikibooks / CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by/2.5) prek Wikimedia Commons, priredil Raquel Parada Puig)

Celuloza in hitin

Celuloza, polimer ostankov glukoze, je skupaj s hitinom polimer ostankov N-acetil-glukozamina, eden najbolj obilnih polimerov na zemlji.

Hitinova molekula

Prva je temeljni del stene, ki pokriva rastlinske celice, zadnja pa je v celični steni gliv in eksoskeleta členonožcev, neverjetno raznolikih in številnih nevretenčarskih živali, vključno z žuželkami in žuželkami. raki, na primer.

Oba homopolisaharida sta enako pomembna, ne le za človeka, temveč za vse ekosisteme v biosferi, saj tvorijo strukturni del organizmov, ki so na dnu prehranjevalne verige.

Glikogen in škrob

Polisaharidi med svojimi več funkcijami služijo kot rezerva energije. Škrob se proizvaja v rastlinah, glikogen pa v živalih.

Obe sta homopolisaharidi, sestavljeni iz ostankov glukoze, ki so povezani z različnimi glikozidnimi vezmi in predstavljajo številne veje v precej zapletenih vzorcih. S pomočjo nekaterih beljakovin lahko dve vrsti molekul tvorita bolj kompaktna zrnca.

Škrob je kompleks, sestavljen iz dveh različnih polimerov glukoze: amiloze in amilopektina. Amiloza je linearni polimer ostankov glukoze, povezanih z α vezmi (1 → 4), medtem ko je amilopektin razvejen polimer, ki se veže na amilozo preko α vezi (1 → 6).

Škrobna zrna v krompirjevi celici. Vir: Ganymede / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0)

Glikogen je na drugi strani tudi polimer glukoznih enot, povezanih z α (1 → 4) vezmi in s številnimi vejami, povezanimi z α (1 → 6) vezmi. Ta ima znatno večje število vej kot škrob.

Struktura glikogena

Heparin

Heparin je glikozaminoglikan, povezan s sulfatnimi skupinami. Gre za heteropolisaharid, sestavljen iz enot glukuronske kisline, od katerih so mnoge esterificirane, in N-glukozamin sulfatne enote, ki imajo dodatno 6-ogljikovo skupino, povezano z α (1 → 4) vezmi.

Struktura heparina. Vir slike: Jü / CC0

Ta spojina se običajno uporablja kot antikoagulant, običajno predpisan za zdravljenje srčnih napadov in nestabilne angine pektoris.

Drugi polisaharidi

Rastline proizvajajo številne snovi, bogate s kompleksnimi heteropolisaharidi, vključno z dlesni in drugimi lepilnimi ali emulgirajočimi spojinami. Te snovi so pogosto bogate s polimeri glukuronske kisline in drugimi sladkorji.

Bakterije proizvajajo tudi heteropolisaharide, ki se mnogokrat sprostijo v okolje, ki jih obdaja, zato so znani kot eksopolisaharidi.

Mnoge od teh snovi se uporabljajo kot železna sredstva v prehrambeni industriji, zlasti tiste, ki jih sintetizirajo mlečnokislinske bakterije.

Reference

1. De Vuyst, L., in Degeest, B. (1999). Heteropolisaharidi iz mlečnokislinskih bakterij. FEMS mikrobiološki pregledi, 23 (2), 153–177.
2. Aspinall, GO (ur.). (2014). Polisaharidi. Akademski tisk.
3. Uredniki Encyclopaedia Britannica (2019). Enciklopedija Britannica. Pridobljeno 18. aprila 2020 z www.britannica.com/science/polysaccharide
4. Dische, ZACHABIAS (1955). Sladkorji v polisaharidih. In Metode biokemijske analize (letnik 2, str. 313–358). Interscience New York.
5. Brown Jr, RM (2004). Celulozna zgradba in biosinteza: kaj je na voljo za 21. stoletje? Časopis za polimerno znanost, del A: Polimerna kemija, 42 (3), 487-495.
6. Roach, PJ (2002). Glikogen in njegova presnova. Trenutna molekularna medicina, 2 (2), 101–120. Al of Polymer Science Del A: Polimerna kemija, 42 (3), 487–495.