POLISAHARIDI: KARAKTERISTIKE, STRUKTURA, KLASIFIKACIJA, PRIMJERI - BIOLOGIJA - 2025

Su polisaharidi, koji se često naziva glikana, su kemijski spojevi velike molekularne težine sačinjeni od više od 10 jedinica pojedinih šećera (monosaharidi). Drugim riječima, oni su monosaharidni polimeri povezani glikozidnim vezama.

To su u prirodi vrlo uobičajene molekule, jer ih nalazimo u svim živim bićima, gdje obavljaju širok izbor funkcija, od kojih se mnoge još uvijek proučavaju. Smatraju se najvećim izvorom obnovljivih prirodnih resursa na zemlji.

Struktura celuloze, homopolisaharid (Izvor: http://www.monografias.com/trabajos46/celulosa-madera/celulosa-madera2.shtml / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa /4.0) putem Wikimedia Commonsa)

Zid biljnih stanica, na primjer, sastoji se od jednog od najobilnijih polisaharida u biosferi: celuloze.

Ovaj spoj, sastavljen od opetovanih jedinica monosaharida nazvanog glukoza, osim hrane koja služi za održavanje strukture biljaka, služi kao hrana za hiljade mikroorganizama, gljivica i životinja.

Čovjek je s vremenom uspio iskoristiti celulozu u praktične svrhe: koristi pamuk za izradu odjeće, „pulpu“ drveća za izradu papira i tako dalje.

Drugi vrlo bogati polisaharid, koji također proizvode biljke i od velike važnosti za čovjeka je škrob, jer je jedan od glavnih izvora ugljika i energije. Nalazi se u zrnu žitarica, u gomoljima itd.

Karakteristike polisaharida

- To su makromolekule vrlo velike molekularne težine

- Sastoje se uglavnom od atoma ugljika, vodika i kisika

- Strukturno i funkcionalno su vrlo raznolike

- Postoje u praktično svim živim bićima na zemlji: biljkama, životinjama, bakterijama, protozojima i gljivama

- Neki polisaharidi su visoko topivi u vodi, a drugi nisu, što obično ovisi o prisutnosti grana u njihovoj strukturi

- Djeluju u skladištenju energije, u staničnoj komunikaciji, u strukturnom potpori stanica i tkiva itd.

- Njegova hidroliza općenito rezultira oslobađanjem pojedinih ostataka (monosaharidi)

- Oni se mogu naći kao dio složenijih makromolekula, poput ugljikohidratnog dijela mnogih glikoproteina, glikolipida itd.

Struktura

Kao što smo spomenuli na početku, polisaharidi su polimeri s više od 10 ostataka šećera ili monosaharida, koji su povezani zajedno glukozidnim vezama.

Iako su izuzetno raznolike molekule (postoji beskonačno mnoštvo mogućih strukturnih tipova), najčešći monosaharidi koji se nalaze u strukturi polisaharida su šećeri pentoze i heksoze, odnosno šećeri s 5 i 6 atoma ugljika.

raznovrsnost

Raznolikost ovih makromolekula leži u činjenici da, pored različitih šećera koji ih mogu sačinjavati, svaki ostatak šećera može biti u dva različita ciklička oblika: furanozu ili piranozu (samo oni šećeri s 5 i 6 atoma ugljika).

Nadalje, glikozidne veze mogu biti u α- ili β- konfiguraciji i, kao da to nije dovoljno, formiranje ovih veza moglo bi uključivati ​​supstituciju jedne ili više hidroksilnih skupina (-OH) u susjednom ostatku.

Oni se mogu oblikovati i šećerima s razgranatim lancima, šećerima bez jedne ili više hidroksilnih skupina (-OH) i šećerima s više od 6 atoma ugljika, kao i različitim derivatima monosaharida (uobičajeni ili ne).

Grafički prikaz linearnog i razgranatog polisaharida (Izvor: jphwang / Javna domena, putem Wikimedia Commonsa), modificirao Raquel Parada Puig

Polisaharidi linearnog lanca općenito se bolje spajaju u krute ili nefleksibilne strukture i netopljivi su u vodi, za razliku od razgranatih polisaharida, koji su u vodi vrlo topljivi i formiraju „pastujuće“ strukture u vodenim otopinama.

Klasifikacija polisaharida

Razvrstavanje polisaharida obično se temelji na njihovoj prirodnoj pojavi, međutim, sve ih je češće klasificirati prema njihovoj kemijskoj strukturi.

Mnogi autori smatraju da je najbolji način klasifikacije polisaharida utemeljen na vrsti šećera koji ih čine, prema kojima su definirane dvije velike skupine: homopolizaharidi i heteropolisaharidi.

Homopolisaharidi ili homoglikani

Ova grupa uključuje sve polisaharide koji su sastavljeni od identičnih jedinica šećera ili monosaharida, to jest, homopolimeri iste vrste šećera.

Najjednostavniji homopolisaharidi su oni s linearnom konformacijom, u kojima su svi ostaci šećera povezani istim tipom kemijske veze. Celuloza je dobar primjer: to je polisaharid sastavljen od ostataka glukoze povezanih β vezama (1 → 4).

Međutim, postoje složeniji homopolisaharidi i oni su oni koji imaju više vrsta veze u linearnom lancu i mogu čak imati i grane.

Primjeri homopolisaharida vrlo uobičajene prirode su celuloza, glikogen i škrob, koji se sastoje od ponavljajućih glukoznih jedinica; Ova skupina uključuje i hitin, koji se sastoji od ponavljajućih jedinica N-acetil-glukozamina, derivata glukoze.

U literaturi su prisutni i drugi, manje popularni, poput fruktana (koji čine jedinice fruktoze), pentozani (sastavljeni od arabinoze ili ksiloze) i pektini (sastavljeni od derivata galaktoronske kiseline, dobivenih zauzvrat, iz galaktoze).

Heteropolisaharidi ili heteroglikani

Unutar ove skupine, s druge strane, svrstani su svi oni polisaharidi koji su sastavljeni od dvije ili više različitih vrsta šećera, to su heteropolimeri različitih šećera.

Najjednostavniji heteropolisaharidi stvoreni su od dva različita ostatka šećera (ili derivata šećera) koji mogu (1) biti u istom linearnom lancu ili (2) biti jedan glavni linearni lanac, a drugi koji čine bočne lance.

Međutim, mogu postojati i heteropolisaharidi koji se sastoje od više od 2 vrste visoko razgranatih ili ne šećernih ostataka.

Mnoge od ovih molekula udružuju se s proteinima ili lipidima, tvoreći glikoproteine ​​i glikolipide, kojih u životinjskim tkivima ima vrlo mnogo.

Vrlo su česti primjeri heteropolisaharida oni koji su dio mukopolisaharida kao što je hijaluronska kiselina, široko rasprostranjeni među životinjama i koji se sastoje od ostataka glukuronske kiseline vezanih na N-acetil-D-glukozaminske ostatke.

Hrskavica, prisutna u svih kralježnjaka, također ima obilje heteropolisaharida, posebno hondroitin sulfata, koji se sastoji od ponavljajućih jedinica glukuronske kiseline i N-acetil-D-galaktozamina.

Opća činjenica o nomenklaturi

Polisaharidi se nazivaju generičkim izrazom glikan, pa se najpreciznije nomenklature koriste za davanje imena, prefiksa „roditeljskog šećera“ i završetka „-ano“. Na primjer, polisaharid koji se temelji na glukoznim jedinicama može se nazvati glukanom.

Primjeri polisaharida

Kroz tekst smo naveli najčešće primjere koji nesumnjivo predstavljaju ovu veliku skupinu makromolekula. Zatim ćemo neke od njih razviti malo više, a spomenut ćemo i druge podjednako važne.

Glikogen i celuloza, dva polisaharida (Izvor: Sunshineconnelly u en.wikibooks / CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by/2.5) via Wikimedia Commons, izmijenio Raquel Parada Puig)

Celuloza i hitin

Celuloza, polimer ostataka glukoze, zajedno s himinom je polimer ostataka N-acetil-glukozamina, jedan od najzastupljenijih polimera na zemlji.

Hitinska molekula

Prvi je temeljni dio zida koji prekriva biljne stanice, a drugi je u staničnoj stijeni gljivica i egzoskeletu člankonožaca, nevjerojatno raznolikih i obilnih beskralješnjaka, uključujući insekte i insekte. rakovi, na primjer.

Oba homopolisaharida podjednako su važna, ne samo za čovjeka, već i za sve ekosustave u biosferi, jer čine strukturni dio organizama koji su u osnovi prehrambenog lanca.

Glikogen i škrob

Polisaharidi, među svojim višestrukim funkcijama, služe kao rezervni izvor energije. Škrob se proizvodi u biljkama, a glikogen se proizvodi u životinjama.

Oba su homopolisaharidi sastavljeni od ostataka glukoze, koji su povezani različitim glikozidnim vezama, a predstavljaju brojne grane u prilično složenim obrascima. Pomoću nekih proteina dvije vrste molekula mogu formirati kompaktnije granule.

Škrob je kompleks koji se sastoji od dva različita polimera glukoze: amiloze i amilopektina. Amiloza je linearni polimer ostataka glukoze povezanih α vezama (1 → 4), dok je amilopektin razgranati polimer koji se veže na amilozu putem α veza (1 → 6).

Škrobna zrnca u ćeliji krumpira. Izvor: Ganymede / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0)

Glikogen je, s druge strane, također polimer glukoznih jedinica povezanih α (1 → 4) vezama i s brojnim granama povezanim α (1 → 6) vezama. To ima značajno veći broj grana od škroba.

Struktura glikogena

heparin

Heparin je glikozaminoglikan povezan sa sulfatnim skupinama. To je heteropolisaharid sastavljen od jedinica glukuronske kiseline, od kojih su mnoge esterificirane, i N-glukozamin sulfatne jedinice koje na svom 6-ugljiku povezane dodatnom sulfatnom skupinom povezane α (1 → 4) vezama.

Struktura heparina. Izvor slike: Jü / CC0

Ovaj spoj se obično koristi kao antikoagulant, obično se propisuje za liječenje srčanih udara i nestabilne angine pektoris.

Ostali polisaharidi

Biljke proizvode mnoge tvari bogate složenim heteropolisaharidima, uključujući desni i druge ljepljive ili emulgirajuće spojeve. Te su tvari često bogate polimerima glukuronske kiseline i ostalih šećera.

Bakterije stvaraju i heteropolisaharide koji se, mnogo puta, ispuštaju u okoliš koji ih okružuje, zbog čega su poznati kao egzopolisaharidi.

Mnoge od ovih tvari koriste se kao sredstva za geliranje u prehrambenoj industriji, posebno one koje su sintetizirale bakterije mliječne kiseline.

Reference

1. De Vuyst, L., i Degeest, B. (1999). Heteropolisaharidi iz bakterija mliječne kiseline. FEMS mikrobiološka recenzija, 23 (2), 153-177.
2. Aspinall, GO (ur.). (2014). Polisaharidi. Akademska štampa.
3. Urednici Encyclopaedia Britannica (2019). Encyclopaedia Britannica. Preuzeto 18. travnja 2020. s www.britannica.com/science/polysaccharide
4. Dische, ZACHABIAS (1955). Šećeri u polisaharidima. U Metodama biokemijske analize (svezak 2, str. 313-358). Interscience New York.
5. Brown Jr, RM (2004). Celulozna struktura i biosinteza: što se očekuje u 21. stoljeću? Časopis za polimerne znanosti Dio A: Polimerna kemija, 42 (3), 487-495.
6. Roach, PJ (2002). Glikogen i njegov metabolizam. Aktuelna molekularna medicina, 2 (2), 101-120.Al of Polymer Science Part A: Polymer Chemistry, 42 (3), 487-495.