ПОЛИСАХАРИДЫ: ХАРАКТЕРИСТИКА, СТРУКТУРА, КЛАССИФИКАЦИЯ, ПРИМЕРЫ - БИОЛОГИЯ - 2025

В полисахаридами , часто называемые гликаны, представляют собой химические соединения с высокой молекулярной массой , образованной более чем 10 единиц индивидуальных сахаров (моносахаридов). Другими словами, это моносахаридные полимеры, связанные вместе гликозидными связями.

Это очень распространенные молекулы в природе, поскольку они встречаются у всех живых существ, где они выполняют широкий спектр функций, многие из которых все еще изучаются. Они считаются крупнейшим источником возобновляемых природных ресурсов на Земле.

Структура целлюлозы, гомополисахарида (Источник: http://www.monografias.com/trabajos46/celulosa-madera/celulosa-madera2.shtml / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa) /4.0) через Wikimedia Commons)

Стенка растительных клеток, например, состоит из одного из самых распространенных полисахаридов в биосфере: целлюлозы.

Это соединение, образованное повторяющимися единицами моносахарида, называемого глюкозой, служит пищей для тысяч микроорганизмов, грибов и животных в дополнение к функциям, которые оно выполняет по поддержанию структуры растений.

Со временем человеку удалось использовать целлюлозу в практических целях: он использует хлопок для изготовления одежды, «мякоть» деревьев для производства бумаги и так далее.

Другой очень распространенный полисахарид, также производимый растениями и имеющий большое значение для человека, - это крахмал, поскольку он является одним из основных источников углерода и энергии. Он есть в зернах злаков, в клубнях и т. Д.

Характеристики полисахаридов

- Это макромолекулы очень высокой молекулярной массы.

- Они состоят в основном из атомов углерода, водорода и кислорода.

- Они очень разнообразны структурно и функционально.

- Они есть практически у всех живых существ на Земле: растений, животных, бактерий, простейших и грибов.

- Некоторые полисахариды хорошо растворяются в воде, а другие - нет, что обычно зависит от наличия в их структуре ответвлений.

- Они работают в накоплении энергии, в клеточной коммуникации, в структурной поддержке клеток и тканей и т. Д.

- Его гидролиз обычно приводит к высвобождению отдельных остатков (моносахаридов)

- Их можно найти в составе более сложных макромолекул, таких как углеводная часть многих гликопротеинов, гликолипидов и т. Д.

Структура

Как мы упоминали в начале, полисахариды представляют собой полимеры, состоящие из более чем 10 сахарных или моносахаридных остатков, которые связаны друг с другом посредством глюкозидных связей.

Хотя это чрезвычайно разнообразные молекулы (существует бесконечное множество возможных структурных типов), наиболее распространенными моносахаридами, встречающимися в структуре полисахаридов, являются пентозные и гексозные сахара, то есть сахара из 5 и 6 атомов углерода соответственно.

разнообразие

Разнообразие этих макромолекул заключается в том, что, помимо различных сахаров, которые могут их составлять, каждый сахарный остаток может быть в двух различных циклических формах: фураноза или пираноза (только сахара с 5 и 6 атомами углерода).

Кроме того, гликозидные связи могут иметь α- или β-конфигурацию, и, как если бы этого было недостаточно, образование этих связей могло включать замещение одной или нескольких гидроксильных групп (-ОН) в соседнем остатке.

Они также могут быть образованы сахарами с разветвленными цепями, сахарами без одной или нескольких гидроксильных групп (-ОН) и сахарами с более чем 6 атомами углерода, а также различными производными моносахаридов (обычными или нет).

Графическое изображение линейного и разветвленного полисахарида (Источник: jphwang / Public domain, через Wikimedia Commons), модифицированное Ракель Парада Пуиг

Полисахариды с линейной цепью обычно лучше «упакованы» в жесткие или негибкие структуры и нерастворимы в воде, в отличие от полисахаридов с разветвленной цепью, которые хорошо растворимы в воде и образуют «пастообразные» структуры в водных растворах.

Классификация полисахаридов

Классификация полисахаридов обычно основана на их естественном происхождении, однако все чаще их классифицируют в соответствии с их химической структурой.

Многие авторы считают, что лучший способ классификации полисахаридов основан на типе сахаров, из которых они состоят, в соответствии с которыми были определены две большие группы: группа гомополисахаридов и группа гетерополисахаридов.

Гомополисахариды или гомогликаны

В эту группу входят все полисахариды, которые состоят из идентичных сахарных или моносахаридных звеньев, то есть они являются гомополимерами одного и того же типа сахара.

Простейшие гомополисахариды - это гомополисахариды с линейной конформацией, в которых все сахарные остатки связаны химическими связями одного типа. Целлюлоза является хорошим примером: это полисахарид, состоящий из остатков глюкозы, связанных β-связями (1 → 4).

Однако существуют более сложные гомополисахариды, и это те, которые имеют более одного типа связи в линейной цепи и даже могут иметь разветвления.

Примерами очень распространенных в природе гомополисахаридов являются целлюлоза, гликоген и крахмал, все они состоят из повторяющихся единиц глюкозы; В эту группу также входит хитин, который состоит из повторяющихся единиц N-ацетилглюкозамина, производного глюкозы.

Кроме того, в литературе есть другие, менее популярные, такие как фруктаны (состоящие из единиц фруктозы), пентозаны (состоящие из арабинозы или ксилозы) и пектины (состоящие из производных галактуроновой кислоты, полученных, в свою очередь, из галактозы).

Гетерополисахариды или гетерогликаны

В этой группе, с другой стороны, классифицируются все те полисахариды, которые состоят из двух или более различных типов сахаров, то есть они являются гетерополимерами разных сахаров.

Простейшие гетерополисахариды образованы двумя разнородными остатками сахара (или производными сахаров), которые могут (1) находиться в одной линейной цепи или (2) быть одним, образующим основную линейную цепь, а другим - боковыми цепями.

Однако также могут быть гетерополисахариды, состоящие из более чем 2 типов сильно разветвленных или несахарных остатков.

Многие из этих молекул связываются с белками или липидами, образуя гликопротеины и гликолипиды, которых очень много в тканях животных.

Очень распространенными примерами гетерополисахаридов являются те, которые входят в состав мукополисахаридов, таких как гиалуроновая кислота, широко распространены среди животных и состоят из остатков глюкуроновой кислоты, связанных с остатками N-ацетил-D-глюкозамина.

Хрящи, присутствующие у всех позвоночных животных, также содержат большое количество гетерополисахаридов, особенно хондроитинсульфата, который состоит из повторяющихся единиц глюкуроновой кислоты и N-ацетил-D-галактозамина.

Общий факт о номенклатуре

Полисахариды названы общим термином гликан, поэтому в наиболее точных номенклатурах для обозначения имени используется префикс «родительский сахар» и окончание «-ано». Например, полисахарид на основе единиц глюкозы можно назвать глюканом.

Примеры полисахаридов

На протяжении всего текста мы приводили наиболее распространенные примеры, которые, несомненно, представляют эту большую группу макромолекул. Далее мы немного расширим некоторые из них и упомянем другие, не менее важные.

Гликоген и целлюлоза, два полисахарида (Источник: Sunshineconnelly на en.wikibooks / CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by/2.5) через Wikimedia Commons, изменено Ракель Парада Пуиг)

Целлюлоза и хитин

Целлюлоза, полимер остатков глюкозы, вместе с хитином является полимером остатков N-ацетилглюкозамина, одним из самых распространенных полимеров на Земле.

Молекула хитина

Первые являются фундаментальной частью стенок, покрывающих клетки растений, а вторые находятся в клеточной стенке грибов и экзоскелете членистоногих, невероятно разнообразных и многочисленных беспозвоночных животных, включая насекомых и насекомых. ракообразные, например.

Оба гомополисахарида одинаково важны не только для человека, но и для всех экосистем биосферы, поскольку они составляют структурную часть организмов, которые составляют основу пищевой цепи.

Гликоген и крахмал

Полисахариды, помимо своих многочисленных функций, служат запасом энергии. Крахмал вырабатывается растениями, а гликоген - животными.

Оба являются гомополисахаридами, состоящими из остатков глюкозы, которые связаны различными гликозидными связями, представляя многочисленные разветвления в довольно сложных структурах. С помощью некоторых белков два типа молекул могут образовывать более компактные гранулы.

Крахмал - это комплекс, состоящий из двух разных полимеров глюкозы: амилозы и амилопектина. Амилоза представляет собой линейный полимер, состоящий из остатков глюкозы, связанных α-связями (1 → 4), а амилопектин - разветвленный полимер, который связывается с амилозой через α-связи (1 → 6).

Крахмальные зерна в картофельной ячейке. Источник: Ganymede / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0)

Гликоген, с другой стороны, также представляет собой полимер из единиц глюкозы, связанных α-связями (1 → 4) и с многочисленными ответвлениями, соединенными α-связями (1 → 6). У него значительно больше ветвей, чем у крахмала.

Структура гликогена

гепарин

Гепарин - это гликозаминогликан, связанный с сульфатными группами. Это гетерополисахарид, состоящий из звеньев глюкуроновой кислоты, многие из которых этерифицированы, и звеньев сульфата N-глюкозамина, которые имеют дополнительную сульфатную группу у своих 6-углеродных атомов, связанных α (1 → 4) связями.

Состав гепарина. Источник изображения: Jü / CC0

Это соединение обычно используется в качестве антикоагулянта, обычно назначается для лечения сердечных приступов и нестабильной стенокардии.

Другие полисахариды

Растения производят множество веществ, богатых сложными гетерополисахаридами, включая камеди и другие адгезивные или эмульгирующие соединения. Эти вещества часто богаты полимерами глюкуроновой кислоты и других сахаров.

Бактерии также производят гетерополисахариды, которые во многих случаях выделяются в окружающую их среду, поэтому они известны как экзополисахариды.

Многие из этих веществ используются в качестве желирующих агентов в пищевой промышленности, особенно те, которые синтезируются молочнокислыми бактериями.

Ссылки

1. Де Вуйст, Л., и Дегест, Б. (1999). Гетерополисахариды из молочнокислых бактерий. Обзоры микробиологии FEMS, 23 (2), 153-177.
2. Аспиналл, Г.О. (ред.). (2014). Полисахариды. Академическая пресса.
3. Редакторы Энциклопедии Британника (2019). Британская энциклопедия. Получено 18 апреля 2020 г. с сайта www.britannica.com/science/polysaccharide.
4. Диш, Закабиас (1955). Сахара в полисахаридах. В «Методы биохимического анализа» (т. 2, стр. 313-358). Interscience New York.
5. Браун-младший, Р.М. (2004). Строение целлюлозы и биосинтез: что нас ждет в 21 веке? Журнал науки о полимерах, часть A: химия полимеров, 42 (3), 487-495.
6. Роуч, П.Дж. (2002). Гликоген и его метаболизм. Современная молекулярная медицина, 2 (2), 101-120.Al of Polymer Science Part A: Polymer Chemistry, 42 (3), 487-495.