POLISZACHARIDOK: JELLEMZŐK, SZERKEZET, OSZTÁLYOZÁS, PÉLDÁK - BIOLÓGIA - 2026

A poliszacharidok, gyakran glikánok, nagy molekulatömegű kémiai vegyületek, amelyek több mint 10 egység egyedi cukrot alkotnak (monoszacharidok). Más szavakkal, monoszacharid polimerek, amelyek glikozid kötések útján kapcsolódnak egymáshoz.

Ezek a természetben nagyon gyakori molekulák, mivel minden élőlényben megtalálhatók, ahol sokféle funkciót látnak el, amelyek közül sokat még tanulmányoznak. Ezeket a megújuló természeti erőforrások legnagyobb forrásának tekintik a Földön.

A cellulóz szerkezete, egy homopoliszacharid (Forrás: http://www.monografias.com/trabajos46/celulosa-madera/celulosa-madera2.shtml / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa) /4.0) a Wikimedia Commonson keresztül)

A növényi sejtek falát például a bioszféra egyik legszélesebb körű poliszacharidja alkotja: a cellulóz.

Ez a vegyület, amelyet a glükóznak nevezett monoszacharid ismétlődő egységeiből állítanak elő, táplálékként szolgál több ezer mikroorganizmus, gombák és állatok számára, amellett, hogy a növények szerkezetének fenntartásában is szerepet játszik.

Az idő múlásával az embernek sikerült kihasználnia a cellulóz előnyeit gyakorlati célokra: pamutot használ ruházat készítéséhez, a fák "pépét" papír készítéséhez stb.

Egy másik nagyon bőséges poliszacharid, amelyet növények is előállítanak és az ember számára nagy jelentőséggel bírnak, a keményítő, mivel ez az egyik fő szén- és energiaforrás. Gabonamagvakban, gumókban stb. Található

A poliszacharidok jellemzői

- Nagyon nagy molekulatömegű makromolekulák

- Főleg szén-, hidrogén- és oxigénatomokból állnak

- Szerkezetileg és funkcionálisan nagyon változatosak

- Gyakorlatilag minden élőlényben léteznek a földön: növényekben, állatokban, baktériumokban, protozoákban és gombákban

- Egyes poliszacharidok jól oldódnak vízben, mások nem, ez általában az ágak jelenlététől függ szerkezetükben

- Az energiatárolásban, a celluláris kommunikációban, a sejtek és szövetek szerkezeti támogatásában, stb. Működnek.

- Hidrolízise általában az egyes maradékok (monoszacharidok) felszabadulását eredményezi

- Bonyolultabb makromolekulák részeként találhatók, mint például sok glikoprotein, glikolipid stb. Szénhidrát része.

Szerkezet

Amint az elején tárgyaltuk, a poliszacharidok több mint 10 cukor- vagy monoszacharidmaradék polimerjei, amelyek glikozidos kötések útján kapcsolódnak egymáshoz.

Noha rendkívül változatos molekulák (a lehetséges szerkezeti típusok végtelen sokfélesége van), a poliszacharid szerkezetében a leggyakoribb monoszacharidok a pentóz- és a hexóz-cukrok, azaz az 5 és 6 szénatomos cukrok.

Sokféleség

Ezeknek a makromolekuláknak a sokfélesége abban rejlik, hogy a különféle cukrok mellett, amelyek képezik azokat, az egyes cukormaradékok két különböző ciklusos formában lehetnek: furánózban vagy piranózban (csak az 5 és 6 szénatomos cukrok).

Ezenkívül a glikozidkötések lehetnek a- vagy β-konfigurációban, és mintha ez nem lenne elegendő, ezeknek a kötéseknek a kialakulása magában foglalhatja egy vagy több hidroxilcsoport (-OH) helyettesítését a szomszédos csoportban.

Elkészülhetnek elágazó láncú cukrokkal, egy vagy több hidroxilcsoportot nem tartalmazó cukrokkal (-OH) és 6-nál több szénatomot tartalmazó cukrokkal, valamint a monoszacharidok különböző származékaival (közönséges vagy nem).

Egy lineáris és elágazó poliszacharid grafikus ábrázolása (Forrás: jphwang / Public domain, a Wikimedia Commonson keresztül), módosította: Raquel Parada Puig

A lineáris láncú poliszacharidok általában jobban csomagolódnak merev vagy rugalmatlan struktúrákban, és vízben nem oldódnak, szemben az elágazó láncú poliszacharidokkal, amelyek vízben nagy mértékben oldódnak, és „pépes” struktúrákat képeznek vizes oldatokban.

A poliszacharidok osztályozása

A poliszacharidok osztályozása általában a természetes előfordulásukon alapszik, azonban egyre gyakoribb az, hogy ezeket kémiai szerkezetük szerint osztályozzák.

Sok szerző szerint a poliszacharidok osztályozásának legjobb módja az őket alkotó cukrok típusán alapul, amelyek szerint két nagy csoportot definiáltak: a homopoliszacharidok és a heteropoliszacharidok csoportját.

Homopoliszacharidok vagy homoglikánok

Ez a csoport magában foglalja az összes poliszacharidot, amelyek azonos cukor- vagy monoszacharid-egységekből állnak, vagyis azonos típusú cukor homopolimerei.

A legegyszerűbb homopoliszacharidok lineáris konformációjúak, amelyekben az összes cukormaradék azonos típusú kémiai kötésen keresztül kapcsolódik. A cellulóz jó példa: ez egy poliszacharid, amely β-kötésekkel összekapcsolt glükózmaradékokból áll (1 → 4).

Vannak azonban összetettebb homopoliszacharidok, és azok, amelyek egynél több kötést tartalmaznak egy lineáris láncban, és akár ágak is lehetnek.

A természetben nagyon gyakori homopoliszacharidok például a cellulóz, glikogén és keményítő, amelyek mindegyike ismétlődő glükóz egységekből áll; Ebbe a csoportba tartozik a kitin is, amely N-acetil-glükozamin, a glükózszármazék ismétlődő egységeiből áll.

Ezután vannak más irodalomban kevésbé népszerűek, például a fruktánok (fruktóz-egységekből állnak), a pentosánok (arabinózból vagy xilózból állnak) és a pektinek (galakturonsav-származékokból állnak, amelyek viszont galaktózból származnak).

Heteropoliszacharidok vagy heteroglikánok

E csoporton belül viszont mindazokat a poliszacharidokat, amelyek kettő vagy több különböző típusú cukrot tartalmaznak, osztályozni kell, azaz különféle cukrok heteropolimerjei.

A legegyszerűbb heteropoliszacharidokat két eltérő cukormaradék (vagy cukor-származék) alkotja, amelyek (1) lehetnek azonos lineáris láncban, vagy (2) lehetnek az egyik fő lineáris láncot alkotnak, a másik pedig az oldalláncok.

Lehetnek olyan heteropoliszacharidok is, amelyek több mint 2 típusú, nagyon elágazó vagy nem cukros maradékból állnak.

Ezek közül a molekulák közül sok kapcsolódik a fehérjékhez vagy lipidekhöz, glikoproteineket és glikolipideket képezve, amelyek az állati szövetekben nagyon gazdagok.

A heteropoliszacharidok nagyon gyakori példái azok, amelyek a mukopoliszacharidok, például a hialuronsav részét képezik, széles körben eloszlanak az állatok között és N-acetil-D-glükozamin maradékokhoz kapcsolt glükuronsav maradékokból állnak.

Az összes gerinces állatban lévő porc bőséges heteropoliszacharidokkal, különösen kondroitin-szulfáttal rendelkezik, amely glükuronsav és N-acetil-D-galaktozamin ismétlődő egységeiből áll.

Általános tény a nómenklatúráról

A poliszacharidokat a glikán általános kifejezéssel nevezik el, tehát a legpontosabb nómenklatúrák a név megadására használják a „szülői cukor” előtagot és az „-ano” végződést. Például egy glükóz egységen alapuló poliszacharidot glükánnak lehet nevezni.

Példák poliszacharidokra

A szöveg egészében a leggyakoribb példákat idéztük, amelyek kétségtelenül a makromolekulák e nagy csoportját képviselik. Ezután néhányat tovább fejlesztünk, és említünk más, ugyanolyan fontosokat.

Glikogén és cellulóz, két poliszacharid (Forrás: Sunshineconnelly at en.wikibooks / CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by/2.5) a Wikimedia Commonson keresztül, módosította: Raquel Parada Puig)

Cellulóz és kitin

A cellulóz, a glükózmaradékok polimerje, kitinnel együtt, N-acetil-glükozamin-maradékok polimerje, a föld egyik legszélesebb körű polimerje.

Kitin molekula

Az előbbi a növényi sejteket lefedő fal alapvető része, az utóbbi a gombák sejtfalában és az ízeltlábúak exoskeletonjában, hihetetlenül változatos és gazdag gerinctelen állatokban, beleértve a rovarokat és rovarokat. például rákfélék.

Mindkét homopoliszacharid ugyanolyan fontos, nem csak az ember számára, hanem az összes bioszféra ökoszisztéma számára is, mivel ezek képezik a szervezetek szerkezeti részét, amelyek az élelmiszerlánc alapját képezik.

Glikogén és keményítő

A poliszacharidok több funkciójuk között energiatartalék anyagként szolgálnak. Keményítőt termelnek növényekben, glikogént pedig állatokban.

Mindkettő glükózmaradékokból álló homopoliszacharidok, amelyek különböző glikozidkötésekkel kapcsolódnak egymáshoz, számos ágot mutatnak meglehetősen összetett mintákban. Néhány fehérje segítségével a kétféle molekula kompaktabb granulátumot képezhet.

A keményítő két különböző glükózpolimerből álló komplex: amilóz és amilopektin. Az amilóz egy α-kötésekkel (1 → 4) összekapcsolt glükózmaradékok lineáris polimerje, míg az amilopektin egy elágazó polimer, amely α-kötések (1 → 6) útján kötődik az amilózhoz.

Keményítő szemek egy burgonya cellában. Forrás: Ganymede / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0)

A glikogén ugyanakkor az α (1 → 4) kötésekkel összekötött és számos α (1 → 6) kötéssel összekötött glükóz egységek polimerje. Ennek lényegesen több ága van, mint a keményítőnél.

A glikogén felépítése

Heparin

A heparin egy szulfátcsoportokkal társított glikozaminoglikán. Ez egy heteropoliszacharid, amely glükuronsav egységekből áll, amelyek közül sok észterezett, és N-glükózamin-szulfát egységekből áll, amelyekben további szulfátcsoport van 6-szénén, amelyet az α (1 → 4) kötések kötik össze.

A heparin felépítése. Képforrás: Jü / CC0

Ezt a vegyületet általában véralvadásgátlóként használják, általában szívroham és instabil angina pectoris kezelésére.

Más poliszacharidok

A növények számos olyan anyagot termelnek, amelyek gazdagok komplex heteropoliszacharidokban, ideértve az ínyeket és más tapadó vagy emulgeáló vegyületeket. Ezek az anyagok gyakran gazdagok a glükuronsav és más cukrok polimerjeiben.

A baktériumok heteropoliszacharidokat is előállítanak, amelyek sokszor felszabadulnak a körülvevő környezetbe, ezért exopoliszacharidokként ismertek.

Ezen anyagok közül sokat gélesítőszerként használnak az élelmiszeriparban, különösen azokat, amelyeket a tejsavbaktériumok szintetizálnak.

Irodalom

1. De Vuyst, L. és Degeest, B. (1999). Tejsavbaktériumok heteropoliszacharidjai. A FEMS mikrobiológiai áttekintése, 23. (2), 153-177.
2. Aspinall, GO (szerk.). (2014). A poliszacharidok. Academic Press.
3. Az Encyclopaedia Britannica szerkesztői (2019). Encyclopaedia Britannica. Beolvasva: 2020. április 18, a www.britannica.com/science/polysaccharide webhelyről
4. Dische, ZACHABIAS (1955). Cukor a poliszacharidokban. A Biokémiai elemzés módszerei című könyvben (2. kötet, 313-358. Oldal). Interscience New York.
5. Brown Jr, RM (2004). Cellulóz szerkezete és bioszintézise: mi áll a 21. században? Journal of Polymer Science A. rész: Polymer Chemistry, 42 (3), 487-495.
6. Roach, PJ (2002). Glikogén és anyagcseréje. Jelenlegi molekuláris orvoslás, 2 (2), 101-120.