POLISAHARĪDI: RAKSTUROJUMS, STRUKTŪRA, KLASIFIKĀCIJA, PIEMĒRI - BIOLOĢIJA - 2025

The polisaharīdus , bieži sauc glikānus ir ķīmiski savienojumi augstas molekulmasas ar vairāk nekā 10 vienībām atsevišķu cukuru (monosaharīdiem) izdalīšanas. Citiem vārdiem sakot, tie ir monosaharīdu polimēri, kas savienoti kopā caur glikozīdiskām saitēm.

Šīs ir ļoti izplatītas molekulas dabā, jo tās ir sastopamas visās dzīvajās būtnēs, kur tās veic ļoti dažādas funkcijas, no kurām daudzas vēl tiek pētītas. Tie tiek uzskatīti par lielāko atjaunojamo dabas resursu avotu uz zemes.

Celulozes, homopolisaharīda struktūra (Avots: http://www.monografias.com/trabajos46/celulosa-madera/celulosa-madera2.shtml / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa) /4.0), izmantojot Wikimedia Commons)

Augu šūnu sienu, piemēram, veido viens no biosfēras bagātīgākajiem polisaharīdiem: celuloze.

Šis savienojums, kas sastāv no atkārtotām monosaharīdu vienībām, ko sauc par glikozi, kalpo kā barība tūkstošiem mikroorganismu, sēnīšu un dzīvnieku, papildus funkcijām augu struktūras uzturēšanai.

Cilvēkam laika gaitā ir izdevies izmantot celulozes priekšrocības praktiskiem mērķiem: apģērba izgatavošanai viņš izmanto kokvilnu, papīra ražošanai - koku "mīkstumu" utt.

Cits ļoti bagātīgs polisaharīds, ko ražo arī augi un ir ļoti svarīgs cilvēkam, ir ciete, jo tā ir viens no galvenajiem oglekļa un enerģijas avotiem. Tas atrodas graudaugu graudos, bumbuļos utt.

Polisaharīdu raksturojums

- Tās ir makromolekulas ar ļoti lielu molekulmasu

- Tie galvenokārt sastāv no oglekļa, ūdeņraža un skābekļa atomiem

- Tie ir ļoti dažādi strukturāli un funkcionāli

- Tie pastāv praktiski visās dzīvās būtnēs uz zemes: augos, dzīvniekos, baktērijās, vienšūņos un sēnītēs

- Daži polisaharīdi labi šķīst ūdenī, bet citi ne, tas parasti ir atkarīgs no filiāļu klātbūtnes to struktūrā

- Viņi strādā enerģijas uzkrāšanā, šūnu komunikācijā, šūnu un audu strukturālajā atbalstīšanā utt.

- Tās hidrolīzes rezultātā parasti izdalās atsevišķas atliekas (monosaharīdi)

- Tos var atrast kā daļu no sarežģītākām makromolekulām, piemēram, daudzu glikoproteīnu, glikolipīdu utt. Ogļhidrātu daļai.

Uzbūve

Kā mēs apspriedām sākumā, polisaharīdi ir polimēri no vairāk nekā 10 cukura vai monosaharīdu atlikumiem, kas ir savstarpēji saistīti caur glikozīdiskām saitēm.

Lai arī tās ir ārkārtīgi dažādas molekulas (iespējamo strukturālo tipu ir bezgalīgi daudz), polisaharīda struktūrā visbiežāk sastopamie monosaharīdi ir pentozes un heksozes cukuri, tas ir, attiecīgi 5 un 6 oglekļa atomu cukuri.

Daudzveidība

Šo makromolekulu daudzveidība ir saistīta ar faktu, ka papildus dažādiem cukuriem, kas tos veido, katrs cukura atlikums var būt divās dažādās cikliskās formās: furanozes vai piranozes (tikai tie cukuri ar 5 un 6 oglekļa atomiem).

Turklāt glikozīdiskās saites var būt α- vai β-konfigurācijā, un, it kā ar to nebūtu pietiekami, šo saišu veidošanās varētu ietvert vienas vai vairāku hidroksilgrupu (-OH) aizvietošanu blakus esošajā atlikumā.

Tos var veidot arī cukuri ar sazarotām ķēdēm, cukuri bez vienas vai vairākām hidroksilgrupām (-OH) un cukuri ar vairāk nekā 6 oglekļa atomiem, kā arī dažādi monosaharīdu atvasinājumi (kopīgi vai nav).

Lineāra un sazarota polisaharīda grafisks attēlojums (Avots: jphwang / Public domain, izmantojot Wikimedia Commons), modificējis Raquel Parada Puig

Lineāras ķēdes polisaharīdi parasti labāk iestiprinās stingrās vai neelastīgās struktūrās un nešķīst ūdenī pretstatā sazarotiem polisaharīdiem, kas labi šķīst ūdenī un veido "pastveida" struktūras ūdens šķīdumos.

Polisaharīdu klasifikācija

Polisaharīdu klasifikācija parasti balstās uz to dabisko sastopamību, tomēr arvien biežāk tos klasificē pēc to ķīmiskās struktūras.

Daudzi autori uzskata, ka labākais veids polisaharīdu klasificēšanai ir cukuru veids, kas tos veido, saskaņā ar kuriem ir definētas divas lielas grupas: homopolisaharīdi un heteropolisaharīdi.

Homopolisaharīdi vai homoglikāni

Šajā grupā ietilpst visi polisaharīdi, kas sastāv no identiskām cukura vai monosaharīdu vienībām, tas ir, tie ir viena veida cukura homopolimēri.

Vienkāršākie homopolisaharīdi ir tie, kuriem ir lineāra konformācija, kurā visi cukura atlikumi ir saistīti caur tāda paša veida ķīmiskajām saitēm. Celuloze ir labs piemērs: tas ir polisaharīds, kas sastāv no glikozes atlikumiem, kas savienoti ar β saitēm (1 → 4).

Tomēr ir arī sarežģītāki homopolisaharīdi, un tie ir tie, kuriem lineārajā ķēdē ir vairāk nekā viena veida saite un kuriem var būt pat zari.

Dabā ļoti izplatītu homopolisaharīdu piemēri ir celuloze, glikogēns un ciete, kas visi sastāv no atkārtotām glikozes vienībām; Šajā grupā ietilpst arī hitīns, kas sastāv no atkārtotām N-acetil-glikozamīna vienībām, kas ir glikozes atvasinājums.

Tad literatūrā ir arī citi mazāk populāri, piemēram, fruktāni (kas sastāv no fruktozes vienībām), pentosāni (sastāv no arabinozes vai ksilozes) un pektīni (kurus veido galakturonskābes atvasinājumi, kas, savukārt, iegūti no galaktozes).

Heteropolisaharīdi vai heteroglikāni

No otras puses, šajā grupā tiek klasificēti visi tie polisaharīdi, kas sastāv no diviem vai vairākiem dažādiem cukuru veidiem, tas ir, tie ir dažādu cukuru heteropolimēri.

Vienkāršākos heteropolisaharīdus veido divi atšķirīgi cukura atlikumi (vai cukuru atvasinājumi), kas (1) var būt vienā lineārā ķēdē vai (2) būt vienā veido galveno lineāro ķēdi, bet otrs - sānu ķēdēs.

Tomēr var būt arī heteropolisaharīdi, kas sastāv no vairāk nekā 2 veidu ļoti sazarotiem vai nesaldinātiem atlikumiem.

Daudzas no šīm molekulām asociējas ar olbaltumvielām vai lipīdiem, veidojot glikoproteīnus un glikolipīdus, kas ir ļoti bagātīgi dzīvnieku audos.

Ļoti bieži sastopami heteropolisaharīdu piemēri ir tie, kas ir daļa no mukopolisaharīdiem, piemēram, hialuronskābes, plaši izplatīti starp dzīvniekiem un sastāv no glikuronskābes atlikumiem, kas saistīti ar N-acetil-D-glikozamīna atlikumiem.

Skrimšļā, kas atrodas visiem mugurkaulniekiem, ir arī bagātīgi heteropolisaharīdi, īpaši hondroitīna sulfāts, ko veido atkārtotas glikuronskābes un N-acetil-D-galaktozamīna vienības.

Vispārīgs fakts par nomenklatūru

Polisaharīdus apzīmē ar vispārīgu terminu glikāns, tāpēc visprecīzākās nomenklatūras nosaukuma piešķiršanai izmanto prefiksu “mātes cukurs” un galotni “-ano”. Piemēram, polisaharīdu, kura pamatā ir glikozes vienības, var saukt par glikānu.

Polisaharīdu piemēri

Visā tekstā mēs esam minējuši visbiežāk sastopamos piemērus, kas neapšaubāmi pārstāv šo lielo makromolekulu grupu. Tālāk mēs nedaudz attīstīsim dažus no tiem, un mēs pieminēsim citus vienlīdz svarīgus.

Glikogēns un celuloze, divi polisaharīdi (Avots: Sunshineconnelly vietnē en.wikibooks / CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by/2.5), izmantojot Wikimedia Commons, modificējis Raquel Parada Puig)

Celuloze un hitīns

Celuloze, glikozes atlikumu polimērs, kopā ar hitīnu ir N-acetil-glikozamīna atlikumu polimērs, viens no visbagātākajiem polimēriem uz zemes.

Hitīna molekula

Bijusī ir būtiska siena, kas pārklāj augu šūnas, un otrā ir sēnīšu šūnā un posmkāju, kas ir neticami daudzveidīgi un bagātīgi bezmugurkaulnieki, ieskaitot kukaiņus un kukaiņus, eksoskeletā. vēžveidīgie, piemēram.

Abi homopolisaharīdi ir vienlīdz svarīgi ne tikai cilvēkam, bet arī visām biosfēras ekosistēmām, jo ​​tie veido strukturālu daļu organismu, kas atrodas barības ķēdes pamatā.

Glikogēns un ciete

Polisaharīdi starp daudzfunkcijām kalpo kā enerģijas rezerves materiāls. Cieti ražo augos, bet glikogēnu - dzīvniekos.

Abi ir homopolisaharīdi, kas sastāv no glikozes atlikumiem, kas ir savienoti caur dažādām glikozīdiskām saitēm, veidojot daudzus zarus diezgan sarežģītā veidā. Ar dažu olbaltumvielu palīdzību divu veidu molekulas var veidot kompaktākas granulas.

Ciete ir komplekss, kas sastāv no diviem dažādiem glikozes polimēriem: amilozes un amilopektīna. Amiloze ir lineārs glikozes atlikumu polimērs, kas savienots ar α saitēm (1 → 4), savukārt amilopektīns ir sazarots polimērs, kas ar α saitēm (1 → 6) saistās ar amilozi.

Cietes graudi kartupeļu šūnā. Avots: Ganymede / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0)

Glikogēns, no otras puses, ir arī glikozes vienību polimērs, kas savienots ar α (1 → 4) saitēm un ar daudzām zarām, kuras savieno α (1 → 6) saites. Tam ir ievērojami lielāks filiāļu skaits nekā cietei.

Glikogēna struktūra

Heparīns

Heparīns ir glikozaminoglikāns, kas saistīts ar sulfātu grupām. Tas ir heteropolisaharīds, kas sastāv no glikuronskābes vienībām, no kurām daudzas ir esterificētas, un N-glikozamīna sulfāta vienībām, kurām pie 6-oglekļa ir papildu sulfāta grupa, kas savienota ar α (1 → 4) saitēm.

Heparīna struktūra. Attēla avots: Jü / CC0

Šo savienojumu parasti lieto kā antikoagulantu, parasti to ordinē sirdslēkmes un nestabilas stenokardijas ārstēšanai.

Citi polisaharīdi

Augi ražo daudzas vielas, kas bagātas ar sarežģītiem heteropolisaharīdiem, ieskaitot smaganas un citus lipīgus vai emulģējošus savienojumus. Šīs vielas bieži ir bagātas ar glikuronskābes un citu cukuru polimēriem.

Baktērijas ražo arī heteropolisaharīdus, kas daudzas reizes izdalās vidē, kas tos ieskauj, tāpēc tos sauc par eksopolisaharīdiem.

Daudzas no šīm vielām pārtikas rūpniecībā izmanto kā želejvielas, īpaši tās, kuras sintezē pienskābes baktērijas.

Atsauces

1. De Vuyst, L., & Degeest, B. (1999). Pienskābes baktēriju heteropolisaharīdi. FEMS mikrobioloģijas pārskati, 23. (2), 153.-177.
2. Aspinall, GO (Red.). (2014). Polisaharīdi. Akadēmiskā prese.
3. Encyclopaedia Britannica redaktori (2019). Enciklopēdija Britannica. Saņemts 2020. gada 18. aprīlī no vietnes www.britannica.com/science/polysaccharide
4. Dishe, ZACHABIAS (1955). Cukuri polisaharīdos. Bioķīmiskās analīzes metodēs (2. sēj., 313.-358. lpp.). Starpnozaru Ņujorka.
5. Brauns Jr, RM (2004). Celulozes struktūra un biosintēze: kas ir krājumā 21. gadsimtā? Polimēru zinātnes žurnāla A daļa: Polymer Chemistry, 42 (3), 487–495.
6. Roach, PJ (2002). Glikogēns un tā metabolisms. Pašreizējā molekulārā medicīna, 2 (2), 101–120. Al Polimēru zinātnes A daļa: Polymer Chemistry, 42 (3), 487–495.