POLYSAKKARIDIT: OMINAISUUDET, RAKENNE, LUOKITTELU, ESIMERKIT - BIOLOGIA - 2025

Polysakkaridit, jota usein kutsutaan glykaanit, ovat kemiallisia yhdisteitä, joilla on suuri molekyylipaino muodostaa yli 10 yksikköä yksittäisten sokereiden (monosakkaridit). Toisin sanoen, ne ovat monosakkaridipolymeerejä, jotka on kytketty toisiinsa glykosidisidosten kautta.

Nämä ovat luonteeltaan hyvin yleisiä molekyylejä, koska niitä on kaikissa elävissä olennoissa, joissa ne suorittavat monenlaisia ​​toimintoja, joista monia tutkitaan edelleen. Niitä pidetään suurimpana uusiutuvien luonnonvarojen lähteenä maan päällä.

Selluloosan, homopolysakkaridin rakenne (Lähde: http://www.monografias.com/trabajos46/celulosa-madera/celulosa-madera2.shtml / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa) /4.0) Wikimedia Commonsin kautta)

Esimerkiksi kasvisolujen seinämä koostuu yhdestä biosfäärin runsaimmista polysakkarideista: selluloosasta.

Tämä yhdiste, joka koostuu toistuvista monosakkaridiyksiköistä, nimeltään glukoosi, toimii ruoana tuhansille mikro-organismeille, sienille ja eläimille sen lisäksi, että sillä on ylläpidettävä kasvien rakennetta.

Ihminen on ajan kuluessa onnistunut hyödyntämään selluloosaa käytännössä: hän käyttää puuvillaa vaatteiden valmistukseen, puiden "massaa" paperin valmistukseen ja niin edelleen.

Toinen erittäin runsas polysakkaridi, jota myös kasvit tuottavat ja jolla on suuri merkitys ihmiselle, on tärkkelys, koska se on yksi tärkeimmistä hiilen ja energian lähteistä. Se on viljajyvissä, mukuloissa jne.

Polysakkaridien ominaisuudet

- Ne ovat makromolekyylejä, joilla on erittäin suuri molekyylipaino

- Ne koostuvat pääasiassa hiili-, vety- ja happiatomeista

- Ne ovat rakenteellisesti ja toiminnallisesti hyvin erilaisia

- Niitä esiintyy käytännössä kaikissa maan päällä olevissa elävissä olennoissa: kasveissa, eläimissä, bakteereissa, alkueläimissä ja sienissä

- Jotkut polysakkaridit liukenevat hyvin veteen ja toiset eivät, mikä yleensä riippuu oksien läsnäolosta niiden rakenteessa

- Ne toimivat energian varastoinnissa, solujen kommunikoinnissa, solujen ja kudosten rakenteellisessa tukemisessa jne.

- Sen hydrolyysi johtaa yleensä yksittäisten jäämien (monosakkaridien) vapautumiseen

- Niitä voidaan löytää osana monimutkaisempia makromolekyylejä, kuten monien glykoproteiinien, glykolipidien jne. Hiilihydraattiosa.

Rakenne

Kuten alussa mainitsimme, polysakkaridit ovat polymeerejä, joissa on yli 10 sokeri- tai monosakkariditähdettä, jotka on kytketty toisiinsa glukosidisidosten kautta.

Vaikka ne ovat erittäin erilaisia ​​molekyylejä (mahdollisia rakenteellisia tyyppejä on ääretön määrä), yleisimmät polysakkaridien rakenteessa olevat monosakkaridit ovat pentoosi- ja heksoosisokerit, so. 5 ja 6 hiiliatomin sokerit.

monimuotoisuus

Näiden makromolekyylien monimuotoisuus johtuu siitä, että niiden muodostavien erilaisten sokerien lisäksi kukin sokerijäännös voi olla kahdessa erilaisessa syklisessä muodossa: furanoosi tai pyranoosi (vain ne sokerit, joissa on 5 ja 6 hiiliatomia).

Lisäksi glykosidisidokset voivat olla a- tai p-konfiguraatiossa, ja ikään kuin tämä ei riittäisi, näiden sidosten muodostuminen voisi tarkoittaa yhden tai useamman hydroksyyliryhmän (-OH) korvaamista viereisessä jäännöksessä.

Niitä voivat muodostaa myös haarautuneet haarautuneet sokerit, sokerit, joissa ei ole yhtä tai useampaa hydroksyyliryhmää (-OH), ja sokerit, joissa on enemmän kuin 6 hiiliatomia, samoin kuin monosakkaridien eri johdannaiset (yleiset tai eivät).

Graafinen esitys lineaarisesta ja haarautuneesta polysakkaridista (Lähde: jphwang / Public domain, Wikimedia Commonsin kautta), muokannut Raquel Parada Puig

Lineaariketjuiset polysakkaridit pakataan yleensä paremmin jäykkiin tai joustamattomiin rakenteisiin ja ovat liukenemattomia veteen, toisin kuin haarautuneita polysakkarideja, jotka liukenevat veteen hyvin ja muodostavat "tahnamaisia" rakenteita vesiliuoksissa.

Polysakkaridien luokittelu

Polysakkaridien luokittelu perustuu yleensä niiden luonnolliseen esiintymiseen, mutta on yhä yleistä luokitella ne kemiallisen rakenteensa perusteella.

Monien kirjoittajien mielestä paras tapa luokitella polysakkaridit perustuu niiden muodostavien sokereiden tyyppiin, jonka mukaan on määritelty kaksi suurta ryhmää: homopolysakkaridit ja heteropolysakkaridit.

Homopolysakkaridit tai homoglykaanit

Tähän ryhmään kuuluvat kaikki polysakkaridit, jotka koostuvat identtisistä sokeri- tai monosakkaridiyksiköistä, ts. Ne ovat saman tyyppisen sokerin homopolymeerejä.

Yksinkertaisimmat homopolysakkaridit ovat sellaisia, joilla on lineaarinen konformaatio, joissa kaikki sokeritähteet on kytketty samantyyppisen kemiallisen sidoksen kautta. Selluloosa on hyvä esimerkki: se on polysakkaridi, joka koostuu glukoositähteistä, jotka on kytketty p-sidoksilla (1 → 4).

On kuitenkin monimutkaisempia homopolysakkarideja ja ne ovat sellaisia, joissa on useampia kuin yksi sidos lineaarisessa ketjussa ja joilla voi olla jopa haara.

Esimerkkejä luonnossa hyvin yleisistä homopolysakkaridista ovat selluloosa, glykogeeni ja tärkkelys, jotka kaikki koostuvat toistuvista glukoosiyksiköistä; Tähän ryhmään kuuluu myös kitiini, joka koostuu toistuvista yksiköistä N-asetyyli-glukosamiinia, glukoosijohdannaista.

Sitten on muitakin vähemmän suosittuja kirjallisuudessa, kuten fruktaanit (koostuvat fruktoosiyksiköistä), pentosaanit (koostuvat arabinoosista tai ksyloosista) ja pektiinit (koostuvat galakturonihapon johdannaisista, johdettu puolestaan ​​galaktoosista).

Heteropolysakkaridit tai heteroglykaanit

Toisaalta tässä ryhmässä luokitellaan kaikki ne polysakkaridit, jotka koostuvat kahdesta tai useammasta erityyppisestä sokerista, ts. Ne ovat eri sokerien heteropolymeerejä.

Yksinkertaisimmat heteropolysakkaridit muodostuvat kahdesta erilaisesta sokerijäännöksestä (tai sokerien johdannaisista), jotka voivat (1) olla samassa lineaarisessa ketjussa tai (2) olla yksi muodostaen pää lineaarisen ketjun ja muut muodostaen sivuketjut.

Kuitenkin, voi olla myös heteropolysakkarideja, jotka koostuvat enemmän kuin 2 tyypistä erittäin haarautuneita tai sokerittomia tähteitä.

Monet näistä molekyyleistä assosioituvat proteiineihin tai lipideihin muodostaen glykoproteiineja ja glykolipidejä, joita on hyvin runsaasti eläinkudoksissa.

Hyvin yleisiä esimerkkejä heteropolysakkaridista ovat ne, jotka ovat osa mukopolysakkaridia, kuten hyaluronihappoa, levinneet laajalti eläimissä ja koostuvat glukuronihappotähteistä, jotka on kytketty N-asetyyli-D-glukosamiinitähteisiin.

Kaikissa selkärankaisilla eläimissä käytetyssä rinnassa on myös runsaasti heteropolysakkarideja, erityisesti kondroitiinisulfaattia, joka koostuu toistuvista yksiköistä glukuronihappoa ja N-asetyyli-D-galaktosamiinia.

Yleinen tosiasia nimikkeistöstä

Polysakkaridit on nimetty yleisellä ilmaisulla glykaani, joten tarkimmat nimikkeet käyttävät nimen antamista, etuliitettä "emässokeri" ja loppua "-ano". Esimerkiksi glukoosiyksiköihin perustuvaa polysakkaridia voidaan kutsua glukaaniksi.

Esimerkkejä polysakkarideista

Koko tekstin aikana olemme maininneet yleisimmät esimerkit, jotka epäilemättä edustavat tätä suurta makromolekyyliryhmää. Seuraavaksi kehitämme joitain niistä hieman enemmän ja mainitsemme muut yhtä tärkeät.

Glykogeeni ja selluloosa, kaksi polysakkaridia (Lähde: Sunshineconnelly en.wikibooksissa / CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by/2.5) Wikimedia Commonsin kautta, muokannut Raquel Parada Puig)

Selluloosa ja kitiini

Selluloosa, glukoosijäämäpolymeeri, on kitiinin lisäksi N-asetyyli-glukosamiinijäämäpolymeeri, yksi yleisimmistä polymeereistä maan päällä.

Kitiinimolekyyli

Entinen on olennainen osa kasvisoluja peittävää seinää ja jälkimmäinen on sienten ja sepelvaltimoiden, erittäin uskomattoman monimuotoisten ja runsaasti selkärangattomien eläinten, mukaan lukien hyönteiset ja hyönteiset, ulkoseinässä. esimerkiksi äyriäiset.

Molemmat homopolysakkaridit ovat yhtä tärkeitä paitsi ihmiselle, myös kaikille biosfäärin ekosysteemeille, koska ne muodostavat rakenteellisen osan organismeista, jotka ovat ravintoketjun juuressa.

Glykogeeni ja tärkkelys

Polysakkaridit toimivat niiden monitoimintojen joukossa energiavaranto materiaalina. Tärkkelystä tuotetaan kasveissa ja glykogeenia eläimissä.

Molemmat ovat homopolysakkaridit, jotka koostuvat glukoositähteistä, jotka on kytketty erilaisten glykosidisidosten kautta, esittäen lukuisia haavoja melko monimutkaisissa kuvioissa. Joidenkin proteiinien avulla nämä kaksi tyyppiä olevat molekyylit voivat muodostaa pienempiä rakeita.

Tärkkelys on kompleksi, joka koostuu kahdesta erilaisesta glukoosipolymeeristä: amyloosista ja amylopektiinistä. Amyloosi on lineaarinen polymeeri glukoositähteistä, jotka on kytketty a-sidoksilla (1 → 4), kun taas amylopektiini on haarautunut polymeeri, joka sitoutuu amyloosiin a-sidosten (1 → 6) kautta.

Tärkkelysjyvät perunasolussa. Lähde: Ganymede / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0)

Glykogeeni on toisaalta myös glukoosiyksiköiden polymeeri, jotka on kytketty a (1 → 4) -sidoksilla ja lukuisilla haaroilla, jotka on kytketty a (1 → 6) -sidoksilla. Tällä on huomattavasti enemmän oksia kuin tärkkelyksellä.

Glykogeenin rakenne

hepariini

Hepariini on glykosaminoglykaani, joka liittyy sulfaattiryhmiin. Se on heteropolysakkaridi, joka koostuu glukuronihappoyksiköistä, joista monet on esteröityjä, ja N-glukosamiinisulfaattiyksiköistä, joiden 6-hiilessä on ylimääräinen sulfaattiryhmä, joka on sidottu a (1 → 4) -sidoksilla.

Hepariinin rakenne. Kuvalähde: Jü / CC0

Tätä yhdistettä käytetään yleisesti antikoagulanttina, yleensä määrätään sydänkohtausten ja epästabiilin angina pectoriksen hoitoon.

Muut polysakkaridit

Kasvit tuottavat monia aineita, joissa on runsaasti monimutkaisia ​​heteropolysakkarideja, mukaan lukien kumit ja muut liima-aineet tai emulgoivat yhdisteet. Nämä aineet ovat usein rikkaita glukuronihapon ja muiden sokerien polymeereistä.

Bakteerit tuottavat myös heteropolysakkarideja, jotka vapautuvat monta kertaa niitä ympäröivään ympäristöön, minkä vuoksi niitä kutsutaan eksopolysakkarideiksi.

Monia näistä aineista käytetään hyytelöimisaineina elintarviketeollisuudessa, etenkin niitä, joita maitohappobakteerit syntetisoivat.

Viitteet

1. De Vuyst, L., ja Degeest, B. (1999). Maitohappobakteerien heteropolysakkaridit. FEMS-mikrobiologiset katsaukset, 23 (2), 153-177.
2. Aspinall, GO (toim.). (2014). Polysakkaridit. Academic Press.
3. Encyclopaedia Britannican toimittajat (2019). Encyclopaedia Britannica. Haettu 18. huhtikuuta 2020, osoitteesta www.britannica.com/science/polysaccharide
4. Dische, ZACHABIAS (1955). Sokerit polysakkarideissa. Julkaisussa Methods of biochemical analysis (osa 2, sivut 313-358). Interscience New York.
5. Brown Jr, RM (2004). Selluloosan rakenne ja biosynteesi: mikä on varastossa 2000-luvulla? Journal of Polymer Science, osa A: Polymer Chemistry, 42 (3), 487 - 495.
6. Roach, PJ (2002). Glykogeeni ja sen aineenvaihdunta. Nykyinen molekyylilääketiede, 2 (2), 101 - 120. Al of Polymer Science, osa A: Polymer Chemistry, 42 (3), 487-495.