POLYSACHARIDY: VLASTNOSTI, ŠTRUKTÚRA, KLASIFIKÁCIA, PRÍKLADY - BIOLÓGIE - 2026

Tieto polysacharidy , často nazývané glykány, sú chemické zlúčeniny s vysokou molekulovou hmotnosťou, tvorené viac než 10 jednotiek jednotlivé cukry (monosacharidy). Inými slovami, sú to monosacharidové polyméry navzájom spojené glykozidickými väzbami.

V prírode sa jedná o veľmi bežné molekuly, ktoré sa vyskytujú vo všetkých živých bytostiach, kde vykonávajú širokú škálu funkcií, z ktorých mnohé sa stále študujú. Sú považované za najväčší zdroj obnoviteľných prírodných zdrojov na Zemi.

Štruktúra celulózy, homopolysacharidu (Zdroj: http://www.monografias.com/trabajos46/celulosa-madera/celulosa-madera2.shtml / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa) /4.0) prostredníctvom Wikimedia Commons)

Napríklad stena rastlinných buniek je tvorená jedným z najhojnejších polysacharidov v biosfére: celulóza.

Táto zlúčenina, zložená z opakovaných jednotiek monosacharidu nazývaného glukóza, slúži ako potrava pre tisíce mikroorganizmov, húb a zvierat, okrem funkcií, ktoré má pri udržiavaní štruktúry rastlín.

Človeku sa postupom času podarilo využiť celulózu na praktické účely: na výrobu odevov používa bavlnu, na výrobu papiera „buničinu“ stromov atď.

Ďalším veľmi bohatým polysacharidom, ktorý tiež produkujú rastliny a ktorý má pre človeka veľký význam, je škrob, pretože je jedným z hlavných zdrojov uhlíka a energie. Nachádza sa v zrnách obilnín, hľúz atď.

Vlastnosti polysacharidov

- Sú to makromolekuly s veľmi vysokou molekulovou hmotnosťou

- Pozostávajú predovšetkým z atómov uhlíka, vodíka a kyslíka

- Štruktúrne a funkčne sú veľmi rozdielne

- Existujú prakticky vo všetkých živých bytostiach na Zemi: rastliny, zvieratá, baktérie, prvoky a huby

- Niektoré polysacharidy sú vysoko rozpustné vo vode a iné nie, čo zvyčajne závisí od prítomnosti vetiev v ich štruktúre

- Pracujú pri ukladaní energie, pri bunkovej komunikácii, pri štrukturálnej podpore buniek a tkanív atď.

- Jeho hydrolýza vo všeobecnosti vedie k uvoľňovaniu jednotlivých zvyškov (monosacharidov)

- Možno ich nájsť ako súčasť komplexnejších makromolekúl, ako je napríklad sacharidová časť mnohých glykoproteínov, glykolipidov atď.

štruktúra

Ako sme uviedli na začiatku, polysacharidy sú polyméry s viac ako 10 zvyškami cukru alebo monosacharidov, ktoré sú vzájomne spojené pomocou glukozidických väzieb.

Aj keď sa jedná o extrémne rozmanité molekuly (existuje nekonečná rozmanitosť možných štruktúrnych typov), najbežnejšími monosacharidmi nachádzajúcimi sa v štruktúre polysacharidov sú pentózové a hexózové cukry, tj cukry s 5 a 6 atómami uhlíka.

Rôznorodosť

Rozmanitosť týchto makromolekúl spočíva v tom, že okrem rôznych cukrov, ktoré ich môžu pripraviť, môžu byť všetky cukrové zvyšky v dvoch rôznych cyklických formách: furanóza alebo pyranóza (iba cukry s 5 a 6 atómami uhlíka).

Ďalej môžu byť glykozidické väzby v a- alebo p-konfigurácii a, ako by to nestačilo, tvorba týchto väzieb by mohla zahŕňať substitúciu jednej alebo viacerých hydroxylových skupín (-OH) v susednom zvyšku.

Môžu byť tiež tvorené cukrami s rozvetvenými reťazcami, cukrami bez jednej alebo viacerých hydroxylových skupín (-OH) a cukrami s viac ako 6 atómami uhlíka, ako aj rôznymi derivátmi monosacharidov (bežných alebo iných).

Grafické znázornenie lineárneho a rozvetveného polysacharidu (Zdroj: jphwang / Public domain, prostredníctvom Wikimedia Commons), upravené Raquel Parada Puig

Polysacharidy s lineárnym reťazcom sa vo všeobecnosti lepšie balia v tuhých alebo nepružných štruktúrach a sú nerozpustné vo vode, na rozdiel od rozvetvených polysacharidov, ktoré sú vysoko rozpustné vo vode a vo vodných roztokoch tvoria „pastovité“ štruktúry.

Klasifikácia polysacharidov

Klasifikácia polysacharidov je zvyčajne založená na ich prirodzenom výskyte, je však stále bežnejšie klasifikovať ich podľa ich chemickej štruktúry.

Mnoho autorov sa domnieva, že najlepší spôsob klasifikácie polysacharidov je založený na type cukrov, ktoré ich tvoria, podľa ktorých boli definované dve veľké skupiny: homopolysacharidy a heteropolysacharidy.

Homopolysacharidy alebo homoglykány

Do tejto skupiny patria všetky polysacharidy, ktoré sú vyrobené z rovnakých jednotiek cukru alebo monosacharidov, to znamená, že ide o homopolyméry rovnakého typu cukru.

Najjednoduchšie homopolysacharidy sú tie, ktoré majú lineárnu konformáciu, v ktorej sú všetky zvyšky cukru spojené rovnakým typom chemickej väzby. Celulóza je dobrým príkladom: je to polysacharid zložený z glukózových zvyškov spojených p väzbami (1 → 4).

Existujú však zložitejšie homopolysacharidy a sú to také, ktoré majú viac ako jeden typ väzby v lineárnom reťazci a môžu mať dokonca aj vetvy.

Príklady homopolysacharidov, ktoré sú v prírode veľmi bežné, sú celulóza, glykogén a škrob, všetky vyrobené z opakujúcich sa glukózových jednotiek; Do tejto skupiny patrí aj chitín, ktorý pozostáva z opakujúcich sa jednotiek N-acetylglukozamínu, derivátu glukózy.

Ďalej sú v literatúre menej populárne také fruktany (vyrobené z fruktózových jednotiek), pentosany (vyrobené z arabinózy alebo xylózy) a pektíny (vyrobené z derivátov kyseliny galakturónovej, odvodenej od galaktózy).

Heteropolysacharidy alebo heteroglykány

Na druhej strane v rámci tejto skupiny sú klasifikované všetky polysacharidy, ktoré sú zložené z dvoch alebo viacerých rôznych druhov cukrov, to znamená, že ide o heteropolyméry rôznych cukrov.

Najjednoduchšie heteropolysacharidy sú tvorené dvoma rozdielnymi zvyškami cukru (alebo derivátmi cukrov), ktoré môžu (1) byť v rovnakom lineárnom reťazci alebo (2) môžu tvoriť jeden hlavný lineárny reťazec a ďalšie tvoriace vedľajšie reťazce.

Môžu však existovať aj heteropolysacharidy vyrobené z viac ako 2 typov vysoko rozvetvených alebo nesladkých zvyškov.

Mnohé z týchto molekúl sa spájajú s proteínmi alebo lipidmi a vytvárajú glykoproteíny a glykolipidy, ktoré sú v živočíšnych tkanivách veľmi bohaté.

Veľmi častými príkladmi heteropolysacharidov sú tie, ktoré sú súčasťou mukopolysacharidov, ako je kyselina hyalurónová, vo veľkom rozsahu distribuované medzi zvieratá a pozostávajúce zo zvyškov kyseliny glukurónovej spojených so zvyškami N-acetyl-D-glukozamínu.

Chrupavka, prítomná u všetkých stavovcov, má tiež bohaté heteropolysacharidy, najmä chondroitín sulfát, ktorý je tvorený opakujúcimi sa jednotkami kyseliny glukurónovej a N-acetyl-D-galaktozamínu.

Všeobecná skutočnosť o nomenklatúre

Polysacharidy sú pomenované podľa všeobecného názvu glykán, takže najpresnejšie nomenklatúry používajú názov, predponu „rodičovský cukor“ a koncovku „-ano“. Napríklad polysacharid na báze glukózových jednotiek sa môže nazývať glukán.

Príklady polysacharidov

V celom texte sme citovali najbežnejšie príklady, ktoré nepochybne predstavujú túto veľkú skupinu makromolekúl. Ďalej niektoré z nich rozvinieme trochu ďalej a spomenieme ďalšie rovnako dôležité.

Glykogén a celulóza, dva polysacharidy (Zdroj: Sunshineconnelly na en.wikibooks / CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by/2.5) prostredníctvom Wikimedia Commons, upravený Raquel Parada Puig).

Celulóza a chitín

Celulóza, polymér glukózových zvyškov, je spolu s chitínom polymér N-acetylglukozamínových zvyškov, jeden z najhojnejších polymérov na Zemi.

Chitínová molekula

Prvý je základnou časťou rastlinných buniek pokrývajúcich stenu a druhý je v bunkovej stene húb a exoskeletu článkonožcov, neuveriteľne rozmanitých a hojných bezstavovcov vrátane hmyzu a hmyzu. napríklad kôrovce.

Oba homopolysacharidy sú rovnako dôležité nielen pre človeka, ale pre všetky ekosystémy v biosfére, pretože tvoria štrukturálnu súčasť organizmov, ktoré sú základom potravinového reťazca.

Glykogén a škrob

Polysacharidy okrem iných funkcií slúžia ako energetický rezervný materiál. Škrob je produkovaný v rastlinách a glykogén je produkovaný u zvierat.

Obidva sú homopolysacharidy zložené z glukózových zvyškov, ktoré sú spojené rôznymi glykozidickými väzbami, ktoré majú početné vetvy v pomerne zložitých vzorcoch. Pomocou niektorých proteínov môžu tieto dva typy molekúl vytvárať kompaktnejšie granule.

Škrob je komplex zložený z dvoch rôznych glukózových polymérov: amylózy a amylopektínu. Amylóza je lineárny polymér glukózových zvyškov spojených väzbami a (1 - 4), zatiaľ čo amylopektín je rozvetvený polymér, ktorý sa viaže na amylózu prostredníctvom väzieb a (1 - 6).

Zrná škrobu v zemiakovej bunke. Zdroj: Ganymede / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0)

Glykogén je na druhej strane tiež polymérom glukózových jednotiek spojených väzbami a (1 → 4) as početnými vetvami spojenými väzbami a (1 → 6). To má výrazne vyšší počet vetiev ako škrob.

Štruktúra glykogénu

heparín

Heparín je glykozaminoglykán spojený so sulfátovými skupinami. Je to heteropolysacharid zložený z jednotiek kyseliny glukurónovej, z ktorých mnohé sú esterifikované, a jednotiek N-glukozamín sulfátu, ktoré majú na svojom 6-uhlíku naviazané ďalšie sulfátové skupiny spojené a (1 - 4) väzbami.

Štruktúra heparínu. Zdroj obrázka: Jü / CC0

Táto zlúčenina sa bežne používa ako antikoagulancia, ktorá sa bežne predpisuje na liečbu srdcových záchvatov a nestabilnej angíny pectoris.

Ostatné polysacharidy

Rastliny produkujú veľa látok bohatých na komplexné heteropolysacharidy vrátane živíc a iných adhezívnych alebo emulgačných zlúčenín. Tieto látky sú často bohaté na polyméry kyseliny glukurónovej a iných cukrov.

Baktérie tiež produkujú heteropolysacharidy, ktoré sa mnohokrát uvoľňujú do prostredia, ktoré ich obklopuje, a preto sú známe ako exopolysacharidy.

Mnohé z týchto látok sa používajú ako želatinačné činidlá v potravinárskom priemysle, najmä tie, ktoré sú syntetizované baktériami kyseliny mliečnej.

Referencie

1. De Vuyst, L., & Degeest, B. (1999). Heteropolysacharidy z baktérií mliečneho kvasenia. Mikrobiologické prehľady FEMS, 23 (2), 153-177.
2. Aspinall, GO (vyd.). (2014). Polysacharidy. Academic Press.
3. Editori encyklopédie Britannica (2019). Encyklopédia Britannica. Získané 18. apríla 2020, z adresy www.britannica.com/science/polysaccharide
4. Dische, ZACHABIAS (1955). Cukry v polysacharidoch. In Methods of biochemical analysis (zväzok 2, str. 313 až 358). Interscience New York.
5. Brown Jr, RM (2004). Štruktúra celulózy a biosyntéza: čo je v obchode pre 21. storočie? Journal of Polymer Science, časť A: Polymer Chemistry, 42 (3), 487-495.
6. Roach, PJ (2002). Glykogén a jeho metabolizmus. Súčasné molekulárne lekárstvo, 2 (2), 101 - 120. Al of Polymer Science, časť A: Polymer Chemistry, 42 (3), 487-495.