POLISACHARIDAI: CHARAKTERISTIKOS, STRUKTŪRA, KLASIFIKACIJA, PAVYZDŽIAI - BIOLOGIJA - 2025

Kad polisacharidų , dažnai vadinamų glikanų, yra cheminiai junginiai iš didelės molekulinės masės, sudarytos iš daugiau nei 10 vienetų atskirų cukrų (monosacharidų). Kitaip tariant, jie yra monosacharidai polimerai, sujungti per glikozidinius ryšius.

Tai labai paplitusios molekulės iš prigimties, nes randamos visose gyvose būtybėse, kur jos atlieka labai įvairias funkcijas, iš kurių daugelis vis dar tiriamos. Jie laikomi didžiausiu atsinaujinančių gamtos išteklių šaltiniu žemėje.

Celiuliozės, homopolizacharido struktūra (Šaltinis: http://www.monografias.com/trabajos46/celulosa-madera/celulosa-madera2.shtml / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa) /4.0) per „Wikimedia Commons“)

Pavyzdžiui, augalų ląstelių sienelę sudaro vienas gausiausių biosferos polisacharidų: celiuliozė.

Šis junginys, sudarytas iš pakartotinių monosacharidų, vadinamų gliukoze, vienetų, be funkcijų, susijusių su augalų struktūros palaikymu, tarnauja ir tūkstančiams mikroorganizmų, grybelių ir gyvūnų.

Žmogus laikui bėgant sugebėjo išnaudoti celiuliozės pranašumus praktiniams tikslams: drabužius jis naudoja medvilnei, medžių „minkštimą“ popieriui gaminti ir pan.

Kitas labai gausus polisacharidas, taip pat gaminamas augalų ir labai svarbus žmogui, yra krakmolas, nes jis yra vienas iš pagrindinių anglies ir energijos šaltinių. Tai yra javų grūduose, gumbuose ir kt.

Polisacharidų charakteristikos

- Tai yra labai didelės molekulinės masės makromolekulės

- Jie daugiausia sudaryti iš anglies, vandenilio ir deguonies atomų

- Jie struktūriškai ir funkciškai yra labai įvairūs

- Jie egzistuoja praktiškai visose gyvose būtybėse žemėje: augaluose, gyvūnuose, bakterijose, pirmuoniuose ir grybuose

- Kai kurie polisacharidai gerai tirpsta vandenyje, o kiti ne, o tai dažniausiai priklauso nuo to, ar jų struktūroje yra šakelių

- Jie dirba kaupdami energiją, palaikydami ryšį su ląstelėmis, palaikydami ląstelių ir audinių struktūrą ir kt.

- Dėl jos hidrolizės paprastai išsiskiria atskiri likučiai (monosacharidai).

- Jų galima rasti kaip sudėtingesnių makromolekulių, tokių kaip daugelio glikoproteinų, glikolipidų ir kt. Angliavandenių dalis.

Struktūra

Kaip mes aptarėme pradžioje, polisacharidai yra daugiau nei 10 cukraus arba monosacharidų liekanų polimerai, sujungti per gliukozidinius ryšius.

Nors jie yra nepaprastai skirtingos molekulės (galimų struktūrinių tipų yra be galo daug), dažniausiai polisacharido struktūroje randami monosacharidai yra pentozės ir heksozės cukrūs, tai yra, atitinkamai, 5 ir 6 anglies atomų cukrūs.

Įvairovė

Šių makromolekulių įvairovė yra ta, kad be skirtingų cukrų, galinčių sudaryti juos, kiekviena cukraus liekana gali būti dviejų skirtingų ciklinių formų: furanozės arba piranozės (tik tie cukrūs, kurių 5 ir 6 anglies atomai yra).

Be to, glikozidiniai ryšiai gali būti α- arba β-konfigūracijoje ir, tarsi to nepakaktų, šių jungčių susidarymas gali apimti vienos ar daugiau hidroksilo grupių (-OH) pakaitą gretimoje liekanoje.

Juos taip pat gali sudaryti cukrai su šakotomis grandinėmis, cukrūs be vienos ar daugiau hidroksilo grupių (-OH) ir cukriai, turintys daugiau kaip 6 anglies atomus, taip pat iš skirtingų monosacharidų darinių (bendrų ar ne).

Grafinis linijinio ir šakoto polisacharido vaizdas (Šaltinis: jphwang / Public domain, per Wikimedia Commons), modifikuotas Raquel Parada Puig

Linijinės grandinės polisacharidai paprastai yra geriau „supakuoti“ į standžias ar nelanksčias struktūras ir netirpūs vandenyje, priešingai nei šakotosios polisacharidai, kurie gerai tirpsta vandenyje ir sudaro „pastos“ struktūras vandeniniuose tirpaluose.

Polisacharidų klasifikacija

Polisacharidai klasifikuojami paprastai atsižvelgiant į natūralų jų atsiradimą, tačiau vis dažniau klasifikuojami pagal jų cheminę struktūrą.

Daugelis autorių mano, kad geriausias polisacharidų klasifikavimo būdas yra pagrįstas juos sudarančių cukrų tipu, pagal kurį buvo apibrėžtos dvi didelės grupės: homopolisaharidai ir heteropolisaharidai.

Homopolisaharidai arba homoglikanai

Šiai grupei priklauso visi polisacharidai, sudaryti iš identiškų cukraus ar monosacharidų vienetų, tai yra, jie yra tos pačios rūšies cukraus homopolimerai.

Paprasčiausi homopolisaharidai yra linijinės struktūros, kuriuose visi cukraus likučiai yra sujungti per tos pačios rūšies cheminį ryšį. Celiuliozė yra geras pavyzdys: tai yra polisacharidas, sudarytas iš gliukozės liekanų, sujungtų β ryšiais (1 → 4).

Tačiau yra ir sudėtingesnių homopolisaharidų, ir jie turi tuos, kurie linijinėje grandinėje turi daugiau nei vieno tipo ryšį ir netgi gali turėti šakas.

Gamtoje labai paplitusių homopolisaharidų pavyzdžiai yra celiuliozė, glikogenas ir krakmolas, kurie visi yra sudaryti iš pasikartojančių gliukozės vienetų; Šiai grupei taip pat priklauso chitinas, kurį sudaro pakartotiniai N-acetil-gliukozamino, gliukozės darinio, vienetai.

Tada literatūroje yra ir kitų mažiau populiarių, tokių kaip fruktanai (sudaryti iš fruktozės vienetų), pentozanai (sudaryti iš arabinozės arba ksilozės) ir pektinai (sudaryti iš galakturono rūgšties darinių, gautų, savo ruožtu, iš galaktozės).

Heteropolisaharidai arba heteroglikanai

Kita vertus, šioje grupėje klasifikuojami visi tie polisacharidai, kuriuos sudaro du ar daugiau skirtingų rūšių cukrų, tai yra, jie yra skirtingų cukrų heteropolimerai.

Paprasčiausius heteropolisaharidus sudaro du skirtingi cukraus likučiai (arba cukraus dariniai), kurie (1) gali būti toje pačioje linijinėje grandinėje arba (2) vienas sudaryti pagrindinę tiesinę grandinę, o kiti - šonines grandines.

Tačiau gali būti ir heteropolisaharidų, sudarytų iš daugiau nei 2 rūšių labai šakotų ar ne saldžių liekanų.

Daugelis šių molekulių asocijuojasi su baltymais ar lipidais, sudarydamos glikoproteinus ir glikolipidus, kurių gyvūnų audiniuose labai gausu.

Labai paplitę heteropolisaharidų pavyzdžiai yra tie, kurie yra tokių mukopolisaharidų kaip hialurono rūgštis dalis, plačiai paplitę tarp gyvūnų ir susidedantys iš gliukurono rūgšties liekanų, sujungtų su N-acetil-D-gliukozamino liekanomis.

Kremzlė, esanti visiems stuburiniams gyvūnams, taip pat turi daug heteropolisaharidų, ypač chondroitino sulfato, kurį sudaro pasikartojantys gliukurono rūgšties ir N-acetil-D-galaktozamino vienetai.

Bendras faktas apie nomenklatūrą

Polisacharidai yra įvardijami bendruoju terminu glikanas, todėl tiksliausios nomenklatūros naudoja pavadinimą, priešdėlį „motininis cukrus“ ir galūnę „-ano“. Pavyzdžiui, polisacharidas, kurio pagrindą sudaro gliukozės vienetai, gali būti vadinamas gliukanu.

Polisacharidų pavyzdžiai

Visame tekste mes paminėjome dažniausiai pasitaikančius pavyzdžius, kurie neabejotinai atspindi šią didelę makromolekulių grupę. Kitas, mes parengsime kai kuriuos iš jų šiek tiek daugiau ir paminėsime kitus vienodai svarbius.

Glikogenas ir celiuliozė, du polisacharidai (Šaltinis: „Sunshineconnelly“ svetainėje en.wikibooks / CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by/2.5) per „Wikimedia Commons“, modifikuotas „Raquel Parada Puig“).

Celiuliozė ir chitinas

Celiuliozė, gliukozės liekanų polimeras, kartu su chitinu yra N-acetil-gliukozamino liekanų polimeras, vienas gausiausių polimerų žemėje.

Chitino molekulė

Pirmasis yra pagrindinė sienos, dengiančios augalų ląsteles, dalis, o antroji - grybų ir nariuotakojų, neįtikėtinai įvairių ir gausių bestuburių gyvūnų, įskaitant vabzdžius ir vabzdžius, ląstelių sienoje. pavyzdžiui, vėžiagyviai.

Abu homopolisaharidai yra vienodai svarbūs ne tik žmogui, bet ir visoms biosferos ekosistemoms, nes jie sudaro struktūrinę organizmų, esančių maisto grandinės dalyje, dalį.

Glikogenas ir krakmolas

Polisacharidai, be daugelio jų funkcijų, yra energijos atsargų medžiaga. Krakmolas gaminamas augaluose, o glikogenas - gyvūnuose.

Jie abu yra homopolisaharidai, sudaryti iš gliukozės liekanų, sujungtų per skirtingus glikozidinius ryšius, pateikiant daugybę šakų gana sudėtingais modeliais. Kai kurių baltymų pagalba dviejų rūšių molekulės gali sudaryti kompaktiškesnes granules.

Krakmolas yra kompleksas, sudarytas iš dviejų skirtingų gliukozės polimerų: amilozės ir amilopektino. Amilozė yra linijinis gliukozės liekanų polimeras, sujungtas α ryšiais (1 → 4), o amilopektinas yra šakotas polimeras, jungiantis amiloze per α ryšius (1 → 6).

Krakmolo grūdeliai bulvių ląstelėje. Šaltinis: Ganymede / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0)

Kita vertus, glikogenas taip pat yra gliukozės vienetų polimeras, sujungtas α (1 → 4) ryšiais ir daugybe šakų, sujungtų α (1 → 6) ryšiais. Tai turi žymiai daugiau šakų nei krakmolas.

Glikogeno struktūra

Heparinas

Heparinas yra glikozaminoglikanas, susijęs su sulfato grupėmis. Tai yra heteropolisaharidas, susidedantis iš gliukurono rūgšties vienetų, iš kurių daugelis yra esterinti, ir N-gliukozamino sulfato vienetų, turinčių papildomą sulfato grupę savo 6-anglies atomo, sujungto α (1 → 4) ryšiais.

Heparino struktūra. Vaizdo šaltinis: Jü / CC0

Šis junginys paprastai naudojamas kaip antikoaguliantas, paprastai skiriamas širdies priepuoliams ir nestabiliai krūtinės anginai gydyti.

Kiti polisacharidai

Augalai gamina daugybę medžiagų, kuriose gausu sudėtingų heteropolisaharidų, įskaitant dervas ir kitus lipnius ar emulsinius junginius. Šiose medžiagose dažnai gausu gliukurono rūgšties ir kitų cukrų polimerų.

Bakterijos taip pat gamina heteropolisaharidus, kurie daug kartų išsiskiria į juos supančią aplinką, todėl jie yra žinomi kaip egzopolisaharidai.

Daugelis šių medžiagų yra naudojamos kaip gelį gerinančios medžiagos maisto pramonėje, ypač tos, kurias sintezuoja pieno rūgšties bakterijos.

Nuorodos

1. De Vuyst, L. ir Degeest, B. (1999). Pieno rūgšties bakterijų heteropolisaharidai. FEMS mikrobiologijos apžvalgos, 23 (2), 153–177.
2. Aspinall, GO (Red.). (2014). Polisacharidai. Akademinė spauda.
3. „Encyclopaedia Britannica“ redaktoriai (2019). Enciklopedija „Britannica“. Gauta 2020 m. Balandžio 18 d. Iš www.britannica.com/science/polysaccharide
4. Dische, ZACHABIAS (1955). Cukrus polisachariduose. In Biocheminės analizės metodai (2 tomas, p. 313-358). Interscience Niujorkas.
5. Brownas jaunesnysis, RM (2004). Celiuliozės struktūra ir biosintezė: kas yra XXI a. Journal of Polymer Science A dalis: Polymer Chemistry, 42 (3), 487-495.
6. Roach, PJ (2002). Glikogenas ir jo apykaita. Dabartinė molekulinė medicina, 2 (2), 101–120. Al Polimer Science A dalis: Polymer Chemistry, 42 (3), 487–495.