ГОМОПОЛИСАХАРИДЫ: ХАРАКТЕРИСТИКА, СТРОЕНИЕ, ФУНКЦИИ, ПРИМЕРЫ - БИОЛОГИЯ - 2025

В homopolysaccharides или homoglycans представляют собой группу сложных углеводов , классифицируемых в группе полисахаридов. К ним относятся все углеводы, содержащие более десяти единиц одного и того же типа сахара.

Полисахариды - это важные макромолекулы, состоящие из нескольких мономеров сахаров (моносахаридов), многократно связанных вместе гликозидными связями. Эти макромолекулы представляют собой крупнейший источник возобновляемых природных ресурсов на Земле.

Пример базовой единицы гомополисахарида глюкана (Источник: Homopolysaccharide.svg: * Homopolysaccharide.jpg: Производная работа Ccostell: Odysseus1479 (обсуждение) производная работа: Odysseus1479 через Wikimedia Commons)

Хорошими примерами гомополисахаридов являются крахмал и целлюлоза, присутствующие в больших количествах в тканях растений и животных, а также гликоген.

Наиболее распространенные и наиболее важные гомополисахариды в природе состоят из остатков D-глюкозы, однако есть гомополисахариды, состоящие из фруктозы, галактозы, маннозы, арабинозы и других подобных сахаров или их производных.

Их структуры, размеры, длина и молекулярная масса сильно различаются и могут определяться как типом моносахарида, из которого они состоят, так и связями, которыми эти моносахариды связываются друг с другом, а также наличием или отсутствием разветвлений.

Они выполняют множество функций в организмах, в которых они находятся, среди которых выделяются запас энергии и структурирование клеток и макроскопических тел многих растений, животных, грибов и микроорганизмов.

Характеристики и состав

Что касается большинства полисахаридов, гомополисахариды представляют собой очень разнообразные биополимеры как по функциям, так и по структуре.

Это макромолекулы, большая молекулярная масса которых существенно зависит от количества мономеров или моносахаридов, составляющих их, и может варьироваться от десяти до тысяч. Однако молекулярная масса обычно не определена.

Наиболее распространенные в природе гомополисахариды состоят из остатков глюкозы, связанных вместе глюкозидными связями α-типа или β-типа, от которых во многом зависит их функция.

В резервных гомополисахаридах преобладают α-глюкозидные связи, так как они легко ферментативно гидролизуются. С другой стороны, β-глюкозидные связи трудно гидролизовать и они обычны в структурных гомополисахаридах.

Характеристики входящих в состав моносахаридов

В природе часто обнаруживается, что полисахариды, включая гомополисахариды, состоят из мономеров сахаров, структура которых является циклической и где один из кольцевых атомов почти всегда является атомом кислорода, а другие - атомами углерода.

Наиболее распространенными сахарами являются гексозы, хотя также можно найти пентозы, и их кольца различаются по структурной конфигурации в зависимости от рассматриваемого полисахарида.

Классификация углеводов

Как упоминалось ранее, гомополисахариды являются частью группы полисахаридов, которые представляют собой сложные углеводы.

Сложные полисахариды включают дисахариды (два остатка сахара, обычно связанные друг с другом гликозидными связями), олигосахариды (до десяти остатков сахара, связанных вместе) и полисахариды (которые имеют более десяти остатков).

Полисахариды делятся по составу на гомополисахариды и гетерополисахариды. Гомополисахариды состоят из сахара одного типа, а гетерополисахариды представляют собой сложные смеси моносахаридов.

Полисахариды также можно классифицировать в соответствии с их функциями, и существует три основные группы, которые включают как гомополисахариды, так и гетерополисахариды: (1) структурные, (2) резервные или (3) образующие гели.

Помимо сложных углеводов, существуют простые углеводы, которые представляют собой моносахаридные сахара (одну молекулу сахара).

Как гомополисахариды, так и гетерополисахариды, олигосахариды и дисахариды могут быть гидролизованы до составляющих их моносахаридов.

Характеристики

Поскольку глюкоза является основной энергетической молекулой в клетках, гомополисахариды этого сахара особенно важны не только для немедленных метаболических функций, но также для резерва или хранения энергии.

У животных, например, запасные гомополисахариды превращаются в жиры, которые позволяют хранить гораздо большее количество энергии на единицу массы и являются более «жидкими» в клетках, что имеет значение для движения тела.

В промышленности структурные гомополисахариды, такие как целлюлоза и хитин, широко используются для различных целей.

Бумага, хлопок и дерево являются наиболее распространенными примерами промышленного использования целлюлозы, и они также должны включать производство этанола и биотоплива путем их ферментации и / или гидролиза.

Крахмал извлекается и очищается из множества растений и используется для различных целей, как в гастрономии, так и при производстве биоразлагаемых пластиков и других соединений, имеющих экономическое и коммерческое значение.

Примеры

Крахмал

Крахмал - это растворимый запасной гомополисахарид овощей, который состоит из единиц D-глюкозы в форме амилозы (20%) и амилопектина (80%). Картофель, рис, бобы, кукуруза, горох и различные клубни содержатся в муке.

Амилоза состоит из линейных цепей D-глюкоз, связанных между собой глюкозидными связями α-1,4-типа. Амилопектин состоит из цепочек D-глюкоз, связанных α-1,4-связями, но также имеет ответвления, соединенные α-1,6-связями примерно через каждые 25 остатков глюкозы.

Гликоген

Резервный полисахарид животных - это гомополисахарид, известный как гликоген. Как и крахмал, гликоген состоит из линейных цепей D-глюкозы, связанных вместе α-1,4-связями, которые сильно разветвлены благодаря наличию α-1,6-связей.

По сравнению с крахмалом, гликоген имеет ответвления на каждые десять (10) остатков глюкозы. Такая степень разветвления имеет важные физиологические эффекты у животных.

Целлюлоза

Целлюлоза - это нерастворимый структурный гомополисахарид, который составляет фундаментальную часть клеточных стенок растительных организмов. Его структура состоит из линейных цепей остатков D-глюкозы, связанных вместе β-1,4-глюкозидными связями вместо α-1,4-связей.

Благодаря наличию в своей структуре β-связей, целлюлозные цепи способны образовывать дополнительные водородные связи друг с другом, создавая жесткую структуру, способную выдерживать давление.

Хитин

Подобно целлюлозе, хитин представляет собой нерастворимый структурный гомополисахарид, состоящий из повторяющихся звеньев N-ацетилглюкозамина, связанных вместе глюкозидными связями β-1,4-типа.

Как и в случае с целлюлозой, этот тип связи придает хитину важные структурные характеристики, которые делают его идеальным компонентом экзоскелета членистоногих и ракообразных. Он также присутствует в клеточных стенках многих грибов.

декстран

Декстран - это резервный гомополисахарид, присутствующий в дрожжах и бактериях. Как и все предыдущие, этот также состоит из D-глюкоз, но преимущественно связан связями α-1,6.

Типичным примером полисахарида этого типа является тот, который внеклеточно присутствует в бактериях зубного налета.

Ссылки

1. Аспинал, Г. (1983). Классификация полисахаридов. В «Полисахаридах» (том 2, стр. 1–9). Academic Press, Inc.
2. Клейден, Дж., Гривс, Н., Уоррен, С., и Уотерс, П. (2001). Органическая химия (1-е изд.). Нью-Йорк: Издательство Оксфордского университета.
3. Дельгадо, LL, и Масуэлли, М. (2019). Полисахариды: понятия и классификация. Эволюция в журнале технологии полимеров, 2 (2), 2–7.
4. Гарретт Р. и Гришем К. (2010). Биохимия (4-е изд.). Бостон, США: Брукс / Коул. CENGAGE Обучение.
5. Хубер, KC, и BeMiller, JN (2018). Углеводы. В органической химии (стр. 888-928). Elsevier Inc.
6. Юрканис Брюс, П. (2003). Органическая химия. Пирсон.