POLYSACKARIDER: EGENSKAPER, STRUKTUR, KLASSIFICERING, EXEMPEL - BIOLOGI - 2025

De polysackarider , som ofta kallas glykaner, är kemiska föreningar med hög molekylvikt som bildas av mer än 10 enheter av enskilda sockerarter (monosackarider). Med andra ord är de monosackaridpolymerer som är kopplade samman genom glykosidbindningar.

Dessa är mycket vanliga molekyler i naturen, eftersom de finns i alla levande varelser, där de utför en mängd olika funktioner, av vilka många fortfarande studeras. De anses vara den största källan till förnybara naturresurser på jorden.

Struktur av cellulosa, en homopolysackarid (Källa: http://www.monografias.com/trabajos46/celulosa-madera/celulosa-madera2.shtml / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa /4.0) via Wikimedia Commons)

Vägg i växtceller, till exempel, består av en av de vanligaste polysackariderna i biosfären: cellulosa.

Denna förening, bildad av upprepade enheter av en monosackarid, kallad glukos, fungerar som livsmedel för tusentals mikroorganismer, svampar och djur, utöver de funktioner som den har för att upprätthålla växternas struktur.

Med tiden har människan lyckats utnyttja cellulosa i praktiska syften: han använder bomull för att tillverka kläder, "massa" av träd för att göra papper, och så vidare.

En annan mycket riklig polysackarid, också producerad av växter och av stor betydelse för människan, är stärkelse, eftersom det är en av de viktigaste källorna till kol och energi. Det finns i spannmålskorn, i knölar etc.

Egenskaper hos polysackarider

- Det är makromolekyler med mycket hög molekylvikt

- De består huvudsakligen av kol-, väte- och syreatomer

- De är väldigt olika strukturellt och funktionellt sett

- De finns i praktiskt taget alla levande varelser på jorden: växter, djur, bakterier, protozoer och svampar

- Vissa polysackarider är mycket lösliga i vatten och andra är det inte, vilket vanligtvis beror på närvaron av grenar i deras struktur

- De arbetar i energilagring, i cellulär kommunikation, i strukturellt stöd för celler och vävnader etc.

- Dess hydrolys resulterar i allmänhet i frisättning av enskilda rester (monosackarider)

- De kan hittas som en del av mer komplexa makromolekyler, till exempel kolhydratdelen i många glykoproteiner, glykolipider etc.

Strukturera

Som vi diskuterade i början är polysackarider polymerer med mer än 10 socker- eller monosackaridrester, som är sammanlänkade genom glukosidbindningar.

Även om de är extremt olika molekyler (det finns en oändlig variation av möjliga strukturella typer), är de vanligaste monosackariderna som finns i strukturen för en polysackarid pentos och hexoser socker, dvs socker med 5 respektive 6 kolatomer.

Mångfald

Mångfalden i dessa makromolekyler ligger i det faktum att, utöver de olika sockerarter som kan bilda dem, kan varje sockerrester vara i två olika cykliska former: furanos eller pyranos (endast de sockerarter med 5 och 6 kolatomer).

Vidare kan glykosidbindningarna vara i a- eller p-konfigurationen, och som om det inte var tillräckligt kan bildningen av dessa bindningar involvera substitution av en eller flera hydroxylgrupper (-OH) i den intilliggande återstoden.

De kan också bildas av sockerarter med grenade kedjor, av socker utan en eller flera hydroxylgrupper (-OH) och av sockerarter med mer än 6 kolatomer, samt av olika derivat av monosackarider (vanliga eller inte).

Grafisk representation av en linjär och en grenad polysackarid (Källa: jphwang / Public domain, via Wikimedia Commons), modifierad av Raquel Parada Puig

Linjära kedjepolysackarider är i allmänhet bättre "packade" i styva eller oflexibla strukturer och är olösliga i vatten, i motsats till grenade polysackarider, som är mycket lösliga i vatten och bildar "pasty" strukturer i vattenhaltiga lösningar.

Klassificering av polysackarider

Klassificeringen av polysackarider baseras vanligtvis på deras naturliga förekomst, men det är allt vanligare att klassificera dem enligt deras kemiska struktur.

Många författare anser att det bästa sättet att klassificera polysackarider är baserat på typen av socker som består av dem, enligt vilka två stora grupper har definierats: den för homopolysackarider och den för heteropolysackarider.

Homopolysackarider eller homoglykaner

Denna grupp inkluderar alla polysackarider som består av identiska socker- eller monosackaridenheter, det vill säga att de är homopolymerer av samma typ av socker.

De enklaste homopolysackariderna är de med en linjär konformation, där alla sockerrester är kopplade genom samma typ av kemisk bindning. Cellulosa är ett bra exempel: det är en polysackarid som består av glukosrester kopplade till p-bindningar (1 → 4).

Det finns emellertid mer komplexa homopolysackarider och de är de som har mer än en typ av bindning i en linjär kedja och till och med kan ha grenar.

Exempel på homopolysackarider som är mycket vanliga i naturen är cellulosa, glykogen och stärkelse som alla består av upprepande glukosenheter; Denna grupp inkluderar också kitin, som består av upprepande enheter av N-acetyl-glukosamin, ett derivat av glukos.

Sedan finns det andra som är mindre populära i litteraturen som fruktaner (bestående av fruktosenheter), pentosaner (bestående av arabinos eller xylos) och pektiner (bestående av derivat av galakturonsyra, som i sin tur härrör från galaktos).

Heteropolysackarider eller heteroglykaner

Inom denna grupp, å andra sidan, klassificeras alla dessa polysackarider som består av två eller flera olika typer av sockerarter, det vill säga de är heteropolymerer av olika sockerarter.

De enklaste heteropolysackariderna bildas av två olika sockerrester (eller derivat av sockerarter), som kan (1) vara i samma linjära kedja eller (2) vara en som bildar en huvudlinjekedja och den andra bildande sidokedjorna.

Emellertid kan det också finnas heteropolysackarider som består av mer än 2 typer av höggrenade eller inte sockerrester.

Många av dessa molekyler associerar med proteiner eller lipider och bildar glykoproteiner och glykolipider, som är mycket rikliga i djurvävnader.

Mycket vanliga exempel på heteropolysackarider är de som är en del av mukopolysackarider, såsom hyaluronsyra, som är vitt spridd bland djur och som består av glukuronsyrarester kopplade till N-acetyl-D-glukosaminrester.

Brosk, som finns i alla ryggradsdjur, har också rikliga heteropolysackarider, speciellt chondroitinsulfat, som består av upprepande enheter av glukuronsyra och N-acetyl-D-galaktosamin.

Ett allmänt faktum om nomenklaturen

Polysackarider benämns med den generiska termen glycan, så de mest exakta nomenklaturerna använder, för att ge ett namn, prefixet för "föräldersocker" och slutet "-ano". Till exempel kan en polysackarid baserad på glukosenheter kallas en glukan.

Exempel på polysackarider

I hela texten har vi citerat de vanligaste exemplen som utan tvekan representerar denna stora grupp av makromolekyler. Därefter kommer vi att utveckla några av dem lite mer och vi kommer att nämna andra lika viktiga.

Glykogen och cellulosa, två polysackarider (Källa: Sunshineconnelly på en.wikibooks / CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by/2.5) via Wikimedia Commons, modifierat av Raquel Parada Puig)

Cellulosa och kitin

Cellulosa, en polymer av glukosrester, är, tillsammans med kitin, en polymer av N-acetyl-glukosaminrester, en av de rikligaste polymererna på jorden.

Chitinmolekyl

Den förstnämnda är en grundläggande del av väggtäckningen av växtceller och den senare är i cellväggen hos svampar och exoskeletten av leddjur, otroligt olika och rikliga ryggradslösa djur inklusive insekter och insekter. kräftdjur, till exempel.

Båda homopolysackariderna är lika viktiga, inte bara för människan utan för alla ekosystem i biosfären, eftersom de utgör en strukturell del av organismerna som ligger i basen i livsmedelskedjan.

Glykogen och stärkelse

Polysackarider, bland deras flera funktioner, fungerar som energireservmaterial. Stärkelse produceras i växter och glykogen produceras i djur.

Båda är homopolysackarider sammansatta av glukosrester, som är kopplade genom olika glykosidbindningar, och presenterar många grenar i ganska komplexa mönster. Med hjälp av vissa proteiner kan de två typerna av molekyler bilda mer kompakta granuler.

Stärkelse är ett komplex som består av två olika glukospolymerer: amylos och amylopektin. Amylos är en linjär polymer av glukosrester kopplade till a-bindningar (1 → 4), medan amylopektin är en grenad polymer som binder till amylos genom a-bindningar (1 → 6).

Stärkelsekorn i en potatiscell. Källa: Ganymede / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0)

Glykogen är å andra sidan också en polymer av glukosenheter länkade med a (1 → 4) bindningar och med många grenar som är förbundna med a (1 → 6) bindningar. Detta har ett betydligt högre antal grenar än stärkelse.

Struktur av glykogen

Heparin

Heparin är en glykosaminoglykan associerad med sulfatgrupper. Det är en heteropolysackarid som består av glukuronsyreenheter, av vilka många är förestrade, och N-glukosaminsulfatenheter som har en ytterligare sulfatgrupp vid deras 6-kol kopplade med a (1 → 4) bindningar.

Struktur av heparin. Bildkälla: Jü / CC0

Denna förening används vanligtvis som ett antikoagulant, normalt föreskrivet för behandling av hjärtattacker och instabil angina pectoris.

Andra polysackarider

Växter producerar många ämnen som är rika på komplexa heteropolysackarider, inklusive tandkött och andra lim- eller emulgeringsföreningar. Dessa ämnen är ofta rika på polymerer av glukuronsyra och andra sockerarter.

Bakterier producerar också heteropolysackarider som många gånger släpper ut i miljön som omger dem, varför de är kända som exopolysackarider.

Många av dessa ämnen används som gelningsmedel i livsmedelsindustrin, särskilt de som syntetiseras av mjölksyrabakterier.

referenser

1. De Vuyst, L., & Degeest, B. (1999). Heteropolysackarider från mjölksyrabakterier. FEMS mikrobiologi recensioner, 23 (2), 153-177.
2. Aspinall, GO (red.). (2014). Polysackariderna. Academic Press.
3. Redaktörerna för Encyclopaedia Britannica (2019). Encyclopaedia Britannica. Hämtad 18 april 2020 från www.britannica.com/science/polysaccharide
4. Dische, ZACHABIAS (1955). Socker i polysackarider. I Methods of biochemical analysis (Vol. 2, sid. 313-358). Interscience New York.
5. Brown Jr, RM (2004). Cellulosastruktur och biosyntes: vad finns det under 2000-talet? Journal of Polymer Science Del A: Polymer Chemistry, 42 (3), 487-495.
6. Roach, PJ (2002). Glykogen och dess metabolism. Aktuell molekylärmedicin, 2 (2), 101-120. Al of Polymer Science Del A: Polymer Chemistry, 42 (3), 487-495.