HOMOPOLYSACHARIDY: VLASTNOSTI, ŠTRUKTÚRA, FUNKCIE, PRÍKLADY - BIOLÓGIE - 2026

Tieto homopolysacharidy alebo homoglycans sú skupina komplexných sacharidov klasifikovaných v skupine polysacharidov. Patria sem všetky uhľohydráty, ktoré majú viac ako desať jednotiek rovnakého typu cukru.

Polysacharidy sú esenciálne makromolekuly zložené z viacerých cukrových monomérov (monosacharidov) opakovane spojených glykozidickými väzbami. Tieto makromolekuly predstavujú najväčší zdroj obnoviteľných prírodných zdrojov na Zemi.

Príklad základnej jednotky glukánového homopolysacharidu (Zdroj: Homopolysaccharide.svg: * Homopolysaccharide.jpg: Ccostellderivative work: Odysseus1479 (talk) odvodené dielo: Odysseus1479 cez Wikimedia Commons)

Dobrým príkladom homopolysacharidov je škrob a celulóza prítomná vo veľkých množstvách v rastlinných a živočíšnych tkanivách a glykogén.

Najbežnejšie a najdôležitejšie homopolysacharidy v prírode sú tvorené D-glukózovými zvyškami, existujú však homopolysacharidy tvorené fruktózou, galaktózou, manózou, arabinózou a inými podobnými cukrami alebo ich derivátmi.

Ich štruktúry, veľkosti, dĺžky a molekulové hmotnosti sú veľmi variabilné a je možné ich určiť podľa typu monosacharidu, ktorý ich tvorí, a podľa väzieb, s ktorými sa tieto monosacharidy viažu jeden na druhého, a podľa prítomnosti alebo neprítomnosti vetiev.

Majú veľa funkcií v organizmoch, v ktorých sa nachádzajú, medzi ktorými vyniká zásoba energie a štruktúrovanie buniek a makroskopické telá mnohých rastlín, živočíchov, húb a mikroorganizmov.

Charakteristiky a štruktúra

Pokiaľ ide o väčšinu polysacharidov, homopolysacharidy sú veľmi rozmanitými biopolymérmi, pokiaľ ide o funkciu aj štruktúru.

Sú to makromolekuly, ktorých veľká molekulová hmotnosť závisí v podstate od počtu monomérov alebo monosacharidov, ktoré ich tvoria, a tieto sa môžu meniť od desiatich do tisícov. Molekulová hmotnosť je však všeobecne neurčitá.

Najbežnejšie homopolysacharidy v prírode sa skladajú z glukózových zvyškov vzájomne spojených glukózovými väzbami typu a alebo p, na ktorých ich funkcia vo veľkej miere závisí.

V rezervných homopolysacharidoch prevažujú a-glukozidické väzby, pretože sa ľahko enzymaticky hydrolyzujú. Naproti tomu p-glukozidické väzby sa ťažko hydrolyzujú a sú bežné v štruktúrnych homopolysacharidoch.

Vlastnosti zložiek monosacharidov

V prírode je bežné, že polysacharidy, vrátane homopolysacharidov, sú zložené z cukrových monomérov, ktorých štruktúra je cyklická a kde jeden z atómov kruhu je takmer vždy atóm kyslíka a ostatné sú atómy uhlíka.

Najbežnejšími cukrami sú hexózy, aj keď je tiež možné nájsť pentózy a ich kruhy sa líšia z hľadiska štruktúrneho usporiadania v závislosti od uvažovaného polysacharidu.

Klasifikácia uhľohydrátov

Ako už bolo uvedené, homopolysacharidy sú súčasťou skupiny polysacharidov, ktoré sú komplexnými sacharidmi.

Komplexné polysacharidy zahŕňajú disacharidy (dva cukrové zvyšky spolu spojené obvykle prostredníctvom glykozidických väzieb), oligosacharidy (až desať cukrových zvyškov navzájom spojené) a polysacharidy (ktoré majú viac ako desať zvyškov).

Polysacharidy sa podľa svojho zloženia delia na homopolysacharidy a heteropolysacharidy. Homopolysacharidy sa skladajú z rovnakého typu cukru, zatiaľ čo heteropolysacharidy sú komplexné zmesi monosacharidov.

Polysacharidy môžu byť tiež klasifikované podľa ich funkcií a existujú tri hlavné skupiny, ktoré zahŕňajú homopolysacharidy a heteropolysacharidy: (1) štrukturálne, (2) rezervné alebo (3) formovacie gély.

Okrem komplexných uhľohydrátov existujú aj jednoduché uhľohydráty, ktorými sú monosacharidové cukry (jedna molekula cukru).

Homopolysacharidy, heteropolysacharidy, oligosacharidy a disacharidy sa môžu hydrolyzovať na svoje monosacharidy.

Vlastnosti

Pretože glukóza je hlavnou molekulou energie v bunkách, sú homopolysacharidy tohto cukru obzvlášť dôležité nielen pre okamžité metabolické funkcie, ale aj pre rezervovanie alebo ukladanie energie.

Napríklad u zvierat sa rezervné homopolysacharidy premieňajú na tuky, ktoré umožňujú ukladanie oveľa väčšieho množstva energie na jednotku hmotnosti a sú v bunkách „tekutejšie“, čo má vplyv na pohyb tela.

V priemysle sa štrukturálne homopolysacharidy, ako je celulóza a chitín, široko využívajú na rôzne účely.

Papier, bavlna a drevo sú najbežnejšími príkladmi priemyselného využitia celulózy a mali by zahŕňať výrobu etanolu a biopalív z ich fermentácie a / alebo hydrolýzy.

Škrob sa extrahuje a čistí zo širokej škály rastlín a používa sa na rôzne účely, tak v gastronomickej oblasti, ako aj pri výrobe biologicky rozložiteľných plastov a ďalších zlúčenín hospodárskeho a obchodného významu.

Príklady

škrob

Škrob je rozpustný rastlinný rezervný homopolysacharid, ktorý sa skladá z jednotiek D-glukózy vo forme amylózy (20%) a amylopektínu (80%). V múke sa nachádzajú zemiaky, ryža, fazuľa, kukurica, hrach a rôzne hľuzy.

Amylóza sa skladá z lineárnych reťazcov D-glukóz spojených vzájomne glukosidickými väzbami typu a-1,4. Amylopektín je zložený z reťazcov D-glukóz spojených väzbami a-1,4, ale tiež má vetvy spojené a-1,6 väzbami každých 25 glukózových zvyškov, približne.

glykogén

Rezervný polysacharid zvierat je homopolysacharid známy ako glykogén. Podobne ako škrob sa glykogén skladá z lineárnych D-glukózových reťazcov spojených dohromady väzbami a-1,4, ktoré sú vysoko rozvetvené vďaka prítomnosti väzieb a-1,6.

V porovnaní so škrobom má glykogén vetvy každých desať (10) zvyškov glukózy. Tento stupeň vetvenia má u zvierat dôležité fyziologické účinky.

celulóza

Celulóza je nerozpustný štruktúrny homopolysacharid, ktorý tvorí základnú súčasť bunkových stien rastlinných organizmov. Jeho štruktúra pozostáva z lineárnych reťazcov D-glukózových zvyškov spojených dohromady p-1,4-glukozidickými väzbami namiesto väzieb a-1,4.

Vďaka prítomnosti p väzieb v ich štruktúre sú celulózové reťazce schopné navzájom vytvárať ďalšie vodíkové väzby, čím sa vytvára tuhá štruktúra schopná odolať tlaku.

chitín

Podobne ako celulóza je chitín nerozpustný štruktúrny homopolysacharid zložený z opakujúcich sa jednotiek N-acetylglukozamínu spojených glukosidickými väzbami typu p-1,4.

Rovnako ako v prípade celulózy poskytuje tento typ väzby chitín s dôležitými štruktúrnymi vlastnosťami, vďaka ktorým je ideálnou súčasťou exoskeletu článkonožcov a kôrovcov. Je tiež prítomný v bunkových stenách mnohých húb.

dextran

Dextran je rezervný homopolysacharid prítomný v kvasinkách a baktériách. Podobne ako všetky predchádzajúce, aj tento obsahuje D-glukózy, ale je prevažne spojený s a-1,6 väzbami.

Bežným príkladom tohto typu polysacharidu je taký, ktorý je prítomný extracelulárne v baktériách zubného plaku.

Referencie

1. Aspinal, G. (1983). Klasifikácia polysacharidov. In The Polysacharides (zv. 2, str. 1-9). Academic Press, Inc.
2. Clayden, J., Greeves, N., Warren, S., & Wothers, P. (2001). Organic Chemistry (1. vydanie). New York: Oxford University Press.
3. Delgado, LL a Masuelli, M. (2019). Polysacharidy: Koncepty a klasifikácia. Evolution in Polymer Technology Journal, 2 (2), 2–7.
4. Garrett, R. a Grisham, C. (2010). Biochemistry (4. vydanie). Boston, USA: Brooks / Cole. CENGAGE Learning.
5. Huber, KC a BeMiller, JN (2018). Sacharidy. In Organic Chemistry (str. 888 - 928). Elsevier Inc.
6. Yurkanis Bruice, P. (2003). Organická chémia. Pearson.