POLYSACCHARIDER: EGENSKABER, STRUKTUR, KLASSIFICERING, EKSEMPLER - BIOLOGI - 2025

De polysaccharider, ofte kaldet glycaner, er kemiske forbindelser med høj molekylvægt dannet af mere end 10 enheder individuelle sukkerarter (monosaccharider). Med andre ord er det monosaccharidpolymerer, der er bundet sammen gennem glykosidbindinger.

Disse er meget almindelige molekyler i naturen, da de findes i alle levende væsener, hvor de udfører en lang række funktioner, hvoraf mange stadig undersøges. De betragtes som den største kilde til vedvarende naturressourcer på jorden.

Struktur af cellulose, et homopolysaccharid (Kilde: http://www.monografias.com/trabajos46/celulosa-madera/celulosa-madera2.shtml / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa /4.0) via Wikimedia Commons)

Væggen af ​​planteceller består for eksempel af et af de mest rigelige polysaccharider i biosfæren: cellulose.

Denne forbindelse, dannet af gentagne enheder af et monosaccharid kaldet glukose, tjener som fødevarer til tusinder af mikroorganismer, svampe og dyr, ud over de funktioner, det har til at opretholde planternes struktur.

Med tiden har mennesket formået at drage fordel af cellulose til praktiske formål: han bruger bomuld til at fremstille beklædning, "papirmasse" af træer til at fremstille papir osv.

Et andet meget rigeligt polysaccharid, også produceret af planter og af stor betydning for mennesker, er stivelse, da det er en af ​​de vigtigste kilder til kulstof og energi. Det er i kornene i korn, i knolde osv.

Karakteristika ved polysaccharider

- Det er makromolekyler med meget høj molekylvægt

- De består hovedsageligt af kulstof-, brint- og iltatomer

- De er meget forskellige strukturelt og funktionelt set

- De findes i praktisk talt alle levende væsener på jorden: planter, dyr, bakterier, protosoer og svampe

- Nogle polysaccharider er meget opløselige i vand, og andre er det ikke, hvilket normalt afhænger af tilstedeværelsen af ​​grene i deres struktur

- De arbejder i energilagring, i cellulær kommunikation, i den strukturelle understøttelse af celler og væv osv.

- Dets hydrolyse resulterer generelt i frigivelse af individuelle rester (monosaccharider)

- De kan findes som en del af mere komplekse makromolekyler, såsom kulhydratdelen af ​​mange glycoproteiner, glycolipider osv.

Struktur

Som vi nævnte i begyndelsen, er polysaccharider polymerer med mere end 10 sukker- eller monosaccharidrester, som er bundet sammen gennem glucosidiske bindinger.

Selvom de er ekstremt forskellige molekyler (der er en uendelig række mulige strukturelle typer), er de mest almindelige monosaccharider, der findes i strukturen af ​​et polysaccharid, pentose og hexoser sukkerarter, det vil sige sukker med henholdsvis 5 og 6 carbonatomer.

mangfoldighed

Mangfoldigheden af ​​disse makromolekyler ligger i det faktum, at ud over de forskellige sukkerarter, der kan sammensætte dem, kan hver sukkerrest være i to forskellige cykliske former: furanose eller pyranose (kun de sukkerarter med 5 og 6 carbonatomer).

Endvidere kan de glycosidiske bindinger være i a- eller p-konfigurationen, og som om det ikke var nok, kan dannelsen af ​​disse bindinger involvere substitution af en eller flere hydroxylgrupper (-OH) i den tilstødende rest.

De kan også dannes af sukkerarter med forgrenede kæder, af sukkerarter uden en eller flere hydroxylgrupper (-OH) og af sukkerarter med mere end 6 carbonatomer såvel som af forskellige derivater af monosaccharider (almindelige eller ej).

Grafisk repræsentation af et lineært og forgrenet polysaccharid (Kilde: jphwang / Public domain, via Wikimedia Commons), ændret af Raquel Parada Puig

Lineære kæde-polysaccharider pakker generelt bedre i stive eller ufleksible strukturer og er uopløselige i vand i modsætning til forgrenede polysaccharider, som er meget opløselige i vand og danner "pasty" strukturer i vandige opløsninger.

Klassificering af polysaccharider

Klassificeringen af ​​polysaccharider er normalt baseret på deres naturlige forekomst, men det er stadig mere almindeligt at klassificere dem i henhold til deres kemiske struktur.

Mange forfattere mener, at den bedste måde at klassificere polysaccharider er baseret på den type sukker, der sammensætter dem, hvorefter to store grupper er defineret: homopolysaccharider og heteropolysaccharider.

Homopolysaccharider eller homoglycaner

Denne gruppe inkluderer alle polysaccharider, der består af identiske sukker- eller monosaccharidenheder, det vil sige at de er homopolymerer af samme type sukker.

De enkleste homopolysaccharider er dem med en lineær konformation, hvor alle sukkerrester er forbundet gennem den samme type kemiske binding. Cellulose er et godt eksempel: det er et polysaccharid sammensat af glukoserester bundet med β-bindinger (1 → 4).

Der er imidlertid mere komplekse homopolysaccharider, og det er dem, der har mere end en type binding i en lineær kæde og endda kan have grene.

Eksempler på homopolysaccharider, der er meget almindelige i naturen, er cellulose, glycogen og stivelse, der alle består af gentagne glucoseenheder; Denne gruppe inkluderer også chitin, der består af gentagne enheder af N-acetylglukosamin, et derivat af glukose.

Derefter er der andre, der er mindre populære i litteraturen såsom fruktaner (sammensat af fruktoseenheder), pentosaner (sammensat af arabinose eller xylose) og pektiner (sammensat af derivater af galacturonsyre, der igen er afledt af galactose).

Heteropolysaccharider eller heteroglycaner

Inden for denne gruppe er derimod alle de polysaccharider, der er sammensat af to eller flere forskellige typer sukker, klassificeret, dvs. de er heteropolymerer af forskellige sukkerarter.

De enkleste heteropolysaccharider dannes af to forskellige sukkerrester (eller derivater af sukker), som kan (1) være i den samme lineære kæde eller (2) være den ene, der danner en hovedlinjekæde og den anden, der danner sidekæder.

Der kan imidlertid også være heteropolysaccharider bestående af mere end 2 typer stærkt forgrenede eller ikke sukkerholdige rester.

Mange af disse molekyler forbinder proteiner eller lipider og danner glycoproteiner og glycolipider, som er meget rigelige i dyrevæv.

Meget almindelige eksempler på heteropolysaccharider er dem, der er en del af mucopolysaccharider, såsom hyaluronsyre, bredt fordelt blandt dyr og bestående af glucuronsyrerester bundet til N-acetyl-D-glucosaminrester.

Brusk, der findes i alle hvirveldyr, har også rigelige heteropolysaccharider, især chondroitinsulfat, der består af gentagne enheder af glucuronsyre og N-acetyl-D-galactosamin.

En generel kendsgerning om nomenklaturen

Polysaccharider benævnes med den generiske betegnelse glycan, så de mest præcise nomenklaturer bruger, for at give et navn, præfikset for "forældresukker" og slutningen "-ano". For eksempel kan et polysaccharid baseret på glukoseenheder kaldes en glucan.

Eksempler på polysaccharider

I hele teksten har vi citeret de mest almindelige eksempler, der uden tvivl repræsenterer denne store gruppe af makromolekyler. Dernæst udvikler vi nogle af dem lidt mere, og vi vil nævne andre lige så vigtige.

Glykogen og cellulose, to polysaccharider (Kilde: Sunshineconnelly på en.wikibooks / CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by/2.5) via Wikimedia Commons, ændret af Raquel Parada Puig)

Cellulose og chitin

Cellulose, en glucoserestpolymer, er sammen med chitin en N-acetyl-glucosaminrestpolymer, en af ​​de mest rigelige polymerer på jorden.

Chitinmolekyle

Førstnævnte er en grundlæggende del af den væg, der dækker planteceller, og sidstnævnte er i cellevæggen af ​​svampe og eksoskelettet af leddyr, utroligt forskellige og rigelige hvirvelløse dyr inklusive insekter og insekter. krebsdyr, for eksempel.

Begge homopolysaccharider er lige så vigtige, ikke kun for mennesker, men for alle økosystemer i biosfæren, da de udgør en strukturel del af de organismer, der er i bunden af ​​fødekæden.

Glykogen og stivelse

Polysaccharider, blandt deres flere funktioner, fungerer som energireservemateriale. Stivelse produceres i planter, og glycogen produceres i dyr.

Begge er homopolysaccharider sammensat af glukoserester, som er bundet gennem forskellige glykosidbindinger, der præsenterer adskillige grene i ganske komplekse mønstre. Ved hjælp af nogle proteiner kan de to typer molekyler danne mere kompakte granuler.

Stivelse er et kompleks, der består af to forskellige glukosepolymerer: amylose og amylopectin. Amylose er en lineær polymer af glukoserester bundet med α-bindinger (1 → 4), mens amylopectin er en forgrenet polymer, der binder til amylose gennem α-bindinger (1 → 6).

Stivelseskorn i en kartoffelcelle. Kilde: Ganymede / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0)

Glycogen er på den anden side også en polymer af glucoseenheder bundet med α (1 → 4) bindinger og med adskillige grene forbundet med α (1 → 6) bindinger. Dette har et markant højere antal grene end stivelse.

Struktur af glykogen

heparin

Heparin er en glycosaminoglycan associeret med sulfatgrupper. Det er et heteropolysaccharid sammensat af glucuronsyreenheder, hvoraf mange er esterificerede, og N-glucosaminsulfat-enheder, der har en yderligere sulfatgruppe på deres 6-carbon bundne med a (1 → 4) bindinger.

Struktur af heparin. Billedkilde: Jü / CC0

Denne forbindelse er ofte brugt som et antikoagulantia, der normalt er ordineret til behandling af hjerteanfald og ustabil angina pectoris.

Andre polysaccharider

Planter producerer mange stoffer, der er rige på komplekse heteropolysaccharider, herunder tandkød og andre klæbende eller emulgerende forbindelser. Disse stoffer er ofte rige på polymerer af glucuronsyre og andre sukkerarter.

Bakterier producerer også heteropolysaccharider, som mange gange frigøres i miljøet, der omgiver dem, og det er derfor, de kaldes eksopolysaccharider.

Mange af disse stoffer anvendes som geleringsmidler i fødevareindustrien, især dem, der er syntetiseret af mælkesyrebakterier.

Referencer

1. De Vuyst, L., & Degeest, B. (1999). Heteropolysaccharider fra mælkesyrebakterier. FEMS mikrobiologiske anmeldelser, 23 (2), 153-177.
2. Aspinall, GO (red.). (2014). Polysacchariderne. Academic Press.
3. Editorerne af Encyclopaedia Britannica (2019). Encyclopaedia Britannica. Hentet 18. april 2020 fra www.britannica.com/science/polysaccharide
4. Dische, ZACHABIAS (1955). Sukkerarter i polysaccharider. I metoder til biokemisk analyse (bind 2, s. 313-358). Interscience New York.
5. Brown Jr, RM (2004). Cellulosestruktur og biosyntese: hvad er der i vente i det 21. århundrede? Journal of Polymer Science Del A: Polymer Chemistry, 42 (3), 487-495.
6. Roach, PJ (2002). Glykogen og dets metabolisme. Nuværende molekylær medicin, 2 (2), 101-120. Al of Polymer Science Del A: Polymer Chemistry, 42 (3), 487-495.