POLYSAKKARIDER: EGENSKAPER, STRUKTUR, KLASSIFISERING, EKSEMPLER - BIOLOGI - 2026

De polysakkarider , ofte kalt glykaner, er kjemiske forbindelser med høy molekylvekt dannet av mer enn 10 enheter av individuelle sukkerarter (monosakkarider). Med andre ord, de er monosakkaridpolymerer koblet sammen gjennom glykosidbindinger.

Dette er veldig vanlige molekyler i naturen, slik de finnes i alle levende vesener, der de utfører en rekke funksjoner, hvorav mange fremdeles studeres. De regnes som den største kilden til fornybare naturressurser på jorden.

Struktur av cellulose, et homopolysakkarid (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)

Veggen av planteceller består for eksempel av et av de mest tallrike polysakkaridene i biosfæren: cellulose.

Denne forbindelsen, som består av gjentatte enheter av et monosakkarid kalt glukose, fungerer som mat for tusenvis av mikroorganismer, sopp og dyr, i tillegg til funksjonene det har for å opprettholde plantenes struktur.

Mennesket har over tid klart å dra nytte av cellulose til praktiske formål: han bruker bomull til å lage klær, "masse" av trær for å lage papir, og så videre.

Et annet veldig rikelig polysakkarid, også produsert av planter og av stor betydning for mennesket, er stivelse, siden det er en av de viktigste kildene til karbon og energi. Det er i kornene av korn, i knoller osv.

Kjennetegn på polysakkarider

- De er makromolekyler med veldig høy molekylvekt

- De er hovedsakelig sammensatt av karbon, hydrogen og oksygenatomer

- De er veldig mangfoldige strukturelt og funksjonelt sett

- De finnes i praktisk talt alle levende vesener på jorden: planter, dyr, bakterier, protozoer og sopp

- Noen polysakkarider er svært oppløselige i vann, og andre er det ikke, noe som vanligvis avhenger av forekomsten av grener i strukturen.

- De jobber i energilagring, i cellulær kommunikasjon, i strukturell støtte av celler og vev, etc.

- Hydrolysen resulterer generelt i frigjøring av individuelle rester (monosakkarider)

- De kan finnes som en del av mer komplekse makromolekyler, for eksempel karbohydratdelen av mange glykoproteiner, glykolipider, etc.

Struktur

Som vi nevnte i begynnelsen, er polysakkarider polymerer med mer enn 10 sukker- eller monosakkaridrester, som er bundet sammen gjennom glukosidbindinger.

Selv om de er ekstremt forskjellige molekyler (det finnes en uendelig rekke mulige strukturelle typer), er de vanligste monosakkaridene som finnes i strukturen til et polysakkarid, pentose og heksoser sukker, det vil si sukker med henholdsvis 5 og 6 karbonatomer.

Mangfold

Mangfoldet av disse makromolekylene ligger i det faktum at i tillegg til de forskjellige sukkerene som kan gjøre dem opp, kan hver sukkerrest være i to forskjellige sykliske former: furanose eller pyranose (bare de sukkerarter med 5 og 6 karbonatomer).

Videre kan glykosidbindingen være i a- eller p-konfigurasjonen, og som om det ikke var nok, kan dannelsen av disse bindinger involvere substitusjon av en eller flere hydroksylgrupper (-OH) i den tilstøtende rest.

De kan også dannes av sukker med forgrenede kjeder, av sukker uten en eller flere hydroksylgrupper (-OH) og av sukker med mer enn 6 karbonatomer, samt av forskjellige derivater av monosakkarider (vanlige eller ikke).

Grafisk fremstilling av et lineært og forgrenet polysakkarid (Kilde: jphwang / Public domain, via Wikimedia Commons), modifisert av Raquel Parada Puig

Lineære kjede-polysakkarider pakker generelt bedre i stive eller ufleksible strukturer og er uoppløselige i vann, i motsetning til forgrenede polysakkarider, som er svært oppløselige i vann og danner "pasty" strukturer i vandige oppløsninger.

Klassifisering av polysakkarider

Klassifiseringen av polysakkarider er vanligvis basert på deres naturlige forekomst, men det blir mer og mer vanlig å klassifisere dem i henhold til deres kjemiske struktur.

Mange forfattere vurderer at den beste måten å klassifisere polysakkarider er basert på typen sukker som består av disse, i henhold til hvilke to store grupper er definert: homopolysakkarider og heteropolysakkarider.

Homopolysakkarider eller homoglykaner

Denne gruppen inkluderer alle polysakkarider som består av identiske sukker- eller monosakkaridenheter, det vil si at de er homopolymerer av samme type sukker.

De enkleste homopolysakkarider er de med en lineær konformasjon, der alle sukkerrestene er bundet gjennom samme type kjemisk binding. Cellulose er et godt eksempel: det er et polysakkarid sammensatt av glukoserester bundet av β-bindinger (1 → 4).

Imidlertid er det mer komplekse homopolysakkarider, og de er de som har mer enn en type binding i en lineær kjede og til og med kan ha grener.

Eksempler på homopolysakkarider som er veldig vanlige i naturen, er cellulose, glykogen og stivelse, alt sammensatt av gjentagende glukoseenheter; Denne gruppen inkluderer også kitin, som består av repeterende enheter av N-acetylglukosamin, et derivat av glukose.

Så er det andre som er mindre populære i litteraturen som fruktaner (sammensatt av fruktoseenheter), pentosaner (sammensatt av arabinose eller xylose) og pektiner (sammensatt av derivater av galakturonsyre, som igjen er avledet fra galaktose).

Heteropolysakkarider eller heteroglykaner

Innenfor denne gruppen er derimot alle de polysakkaridene som er sammensatt av to eller flere forskjellige typer sukker, klassifisert, det vil si at de er heteropolymere av forskjellige sukkerarter.

De enkleste heteropolysakkarider dannes av to forskjellige sukkerrester (eller derivater av sukker), som kan (1) være i den samme lineære kjeden eller (2) være en som danner en hovedlinjekjede og den andre som danner sidekjeder.

Imidlertid kan det også være heteropolysakkarider som består av mer enn 2 typer sterkt forgrenede eller ikke sukkerholdige rester.

Mange av disse molekylene assosieres med proteiner eller lipider, og danner glykoproteiner og glykolipider, som er veldig rikelig i dyrevev.

Svært vanlige eksempler på heteropolysakkarider er de som er en del av mukopolysakkarider, så som hyaluronsyre, som er vidt distribuert blant dyr og består av glukuronsyreresidier bundet til N-acetyl-D-glukosaminrester.

Brusk, som er til stede i alle virveldyr, har også rikelig med heteropolysakkarider, spesielt chondroitinsulfat, som består av repeterende enheter glukuronsyre og N-acetyl-D-galaktosamin.

Et generelt faktum om nomenklaturen

Polysakkarider er navngitt med den generiske betegnelsen glykan, så de mest presise nomenklaturene bruker, for å gi et navn, prefikset til "foreldresukker" og avslutningen "-ano". For eksempel kan et polysakkarid basert på glukoseenheter kalles glukan.

Eksempler på polysakkarider

Gjennom hele teksten har vi sitert de vanligste eksemplene som utvilsomt representerer denne store gruppen av makromolekyler. Deretter vil vi utvikle noen av dem litt mer, og vi vil nevne andre like viktige.

Glykogen og cellulose, to polysakkarider (Kilde: Sunshineconnelly at en.wikibooks / CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by/2.5) via Wikimedia Commons, modifisert av Raquel Parada Puig)

Cellulose og kitin

Cellulose, en polymer av glukoserester, er, sammen med kitin, en polymer av N-acetyl-glukosaminrester, en av de mest tallrike polymerene på jorden.

Kitinmolekyl

Førstnevnte er en grunnleggende del av veggen som dekker planteceller, og sistnevnte er i celleveggen til sopp og eksoskjelettet til leddyr, utrolig mangfoldige og rikelig med virvelløse dyr, inkludert insekter og insekter. krepsdyr, for eksempel.

Begge homopolysakkarider er like viktige, ikke bare for mennesker, men for alle økosystemer i biosfæren, da de utgjør en strukturell del av organismer som er i bunnen av næringskjeden.

Glykogen og stivelse

Polysakkarider, blant deres flere funksjoner, fungerer som energireservemateriale. Stivelse produseres i planter og glykogen produseres i dyr.

Begge er homopolysakkarider sammensatt av glukoserester, som er bundet gjennom forskjellige glykosidbindinger, og presenterer mange grener i ganske komplekse mønstre. Ved hjelp av noen proteiner kan de to typer molekyler danne mer kompakte granuler.

Stivelse er et kompleks som består av to forskjellige glukosepolymerer: amylose og amylopectin. Amylose er en lineær polymer av glukoserester bundet av α-bindinger (1 → 4), mens amylopektin er en forgrenet polymer som binder seg til amylose gjennom α-bindinger (1 → 6).

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

Glykogen er derimot også en polymer av glukoseenheter bundet med α-bindinger (1 → 4) og med mange grener forbundet med α-bindinger (1 → 6). Dette har et betydelig høyere antall grener enn stivelse.

Struktur av glykogen

heparin

Heparin er en glykosaminoglykan assosiert med sulfatgrupper. Det er et heteropolysakkarid sammensatt av glukuronsyreenheter, hvorav mange er forestret, og N-glukosaminsulfat-enheter som har en ekstra sulfatgruppe på deres 6-karbon bundet med a (1 → 4) bindinger.

Struktur av heparin. Bildekilde: Jü / CC0

Denne forbindelsen brukes ofte som et antikoagulasjonsmiddel, normalt foreskrevet for behandling av hjerteinfarkt og ustabil angina pectoris.

Andre polysakkarider

Planter produserer mange stoffer som er rike på komplekse heteropolysakkarider, inkludert tannkjøtt og andre klebende eller emulgerende forbindelser. Disse stoffene er ofte rike på polymerer av glukuronsyre og andre sukkerarter.

Bakterier produserer også heteropolysakkarider som mange ganger slipper ut i miljøet som omgir dem, og det er derfor de er kjent som eksopolysakkarider.

Mange av disse stoffene brukes som geleringsmidler i matindustrien, spesielt de som er syntetisert av melkesyrebakterier.

referanser

1. De Vuyst, L., & Degeest, B. (1999). Heteropolysakkarider fra melkesyrebakterier. FEMS mikrobiologi anmeldelser, 23 (2), 153-177.
2. Aspinall, GO (red.). (2014). Polysakkaridene. Academic Press.
3. Editors of Encyclopaedia Britannica (2019). Encyclopaedia Britannica. Hentet 18. april 2020 fra www.britannica.com/science/polysaccharide
4. Dische, ZACHABIAS (1955). Sukker i polysakkarider. I Methods of biochemical analysis (Vol. 2, s. 313-358). Interscience New York.
5. Brown Jr, RM (2004). Cellulosestruktur og biosyntese: hva er i vente i det 21. århundre? Journal of Polymer Science Del A: Polymer Chemistry, 42 (3), 487-495.
6. Roach, PJ (2002). Glykogen og dets metabolisme. Nåværende molekylær medisin, 2 (2), 101-120. Al of Polymer Science Del A: Polymer Chemistry, 42 (3), 487-495.