Полисахариды. Гомополисахариды: крахмал, гликоген, декстраны, целлюлоза
Полисахариды – высокомолекулярные продукты поликонденсации моно-сахаридов, связанных между собой гликозидными связями. По химической природе их следует рассматривать как полигликозиды (полиацетали). Принципиально по строению они не отличаются от дисахаридов и олигосахаридов. Каждое звено моносахарида связано гликозидными связями с предыдущими и последующими звеньями.
В состав полисахаридов входят различные моносахариды: D-глюкоза, D-галактоза, D-манноза, D-глюкуроновая кислота, D-глюкозамин и др. Это могло бы предопределить сложность полисахаридных структур, учитывая не только разнообразие самих звеньев, но и характер связи между ними. Однако в строе-нии полисахаридов отмечена высокая степень регулярности или повторяемости моносахаридных звеньев.
Гликозидная природа полисахаридов обуславливает их легкий гидролиз в кислой среде и высокую устойчивость в щелочной. Полный гидролиз приводит к образованию моносахаридов, а неполный – к ряду промежуточных олиго- или дисахаридов.
Полисахариды имеют высокую молекулярную массу. Для них характерен высокий уровень организации молекул и характерна первичная структура – определенная последовательность мономерных остатков, вторичная структура– определенное пространственное расположение макромолекулярной цепи.
Полисахариды, состоящие из остатков одного моносахарида, называются гомополисахаридами, из остатков различных молекул – гетерополисахаридами. Для полисахаридов используется общее название гликаны. Гликаны могут быть гексозанами или пентозанами, т.е. состоять соответственно из гексоз или пентоз. В зависимости от природы моносахарида различают глюканы, маннаны, галактаны и т.д.
К гомополисахаридам относятся многие полисахариды растительного (крахмал, целлюлоза, пектиновые вещества), животного (гликоген, хитин) и бактериального (декстраны) происхождения.
Гетерополисахариды, представителями которых являются многие животные и бактериальные полисахариды, изучены меньше, однако играют важную биологическую роль.
Крахмал – относится к запасным полисахаридам. Общая формула (С6Н10О5) – основной запасной полисахарид растений. Образуется в растениях в процессе фотосинтеза, «запасается» в клубнях, корнях, зернах злаковых культур. Крахмал откладывается в клетке в виде зерен. Крахмал – белое аморфноевещество. В холодной воде крахмал нерастворим, в горячей набухает и образует клейстер.
Качественной реакцией на крахмал является реакция с йодом – сине-фиолетовое окрашивание, исчезающее при нагревании. При нагревании в кислой среде протекает постадийный гидролиз крахмала. Крахмал представляет собой смесь двух гомополисахаридов: амилоза (10– 20%) и амилопектин (80–90%). В пищеварительном тракте человека происходит гидролиз крахмала под действием ферментов, конечными продуктами являются мальтоза и глюкоза.
Гликоген – служит резервом углеводов в организме человека и животных (животный крахмал). У человека и животных содержится во всех клетках, но больше всего в печени (10–20 %) и мышцах (≈ 4 %). Помимо животных тканей в небольшом количестве содержится в грибах и некоторых микроорганизмах. Все процессы жизнедеятельности, в первую очередь мышечная работа, сопровождаются расщеплением гликогена с высвобождением α-D-глюкопиранозы. По строению гликоген подобен амилопектину, но имеет более разветвленное строение. В гликогене между точками разветвления содержится 10–12 глюкозных звеньев, иногда их может быть 6. Компактная и сильно разветвленная структура гликогена способствует выполнению энергетической функции, т.к. только при наличии большого числа концевых остатков можно обеспечить быстрое отщепление нужного количества молекул глюкозы. В сухом виде гликоген — белый аморфный порошок. Гликоген, в отличие от крахмала, дает с йодом красно-бурое окрашивание. В кислой среде гликоген гидролизуется количественно с образованием глюкозы, которую можно определить любым количественным методом. Эта реакция гидролиза применяется при анализе тканей на содержание гликогена.
Декстраны – полисахариды бактериального происхождения, построены из α-D-глюкопиранозных остатков, соединенных, преимущественно, 1,6-гликозидными связями в основной цепи, а в местах разветвления α-1,4 и α-1,3 – гликозидными связями, реже – α-1,2-гликозидными связями. Декстран имеет высокую молекулярную массу ≈ 300–400 тыс., применяется при изготовлении сефадексов для гельфильтрации. Частично гидролизованный декстран с молекулярной массой ≈ 50–100 тыс. используют в качестве заменителя плазмы крови. Такой плазмозамещающий раствор называют полиглюкин.
Целлюлоза (С6Н10О5)n – распространенный растительный полисахарид, представляет собой линейный гомополисахарид, состоящий из остатков β-D-глюкопираноз, связанных β-1,4-глюкозидными связями.
Целлюлоза механически прочна, выполняет роль опорного материала растений. Целлюлоза не расщепляется ферментами ЖКТ человека, но, тем не менее, является необходимым балластным веществом для нормального функционирования ЖКТ. В организме клетчатка создает чувство насыщения; стимулирует перистальтику ЖКТ; способствует адсорбции токсических веществ в толстом кишечнике и их выведению, что снижает риск развития злокачественных опухолей толстого кишечника и др.
Структурная биохимия: учебное пособие /авт. О.И. Губич, Т.Н. Зырянова, Е.О. Корик, Т.А. Кукулянская, С.И. Мохорева, Д.А. Новиков, Н. М. Орёл, И.В. Семак. – Минск: БГУ, 2011.
Биохимия: справочник студента-биохимика /сост. Т.А. Кукулянская, Н. М. Орел. – Минск: БГУ, 2009
Тесты, упражнения, задачи по биохимии: учебное пособие /авт. Т.А. Кукулянская, О.И.Губич, Н.М. Орел, Д.А. Новиков – Минск: БГУ, 2013.
Н.М. Орел, Т.А. Кукулянская, О.И. Губич, Е.О. Корик, Д.А. Новиков, И.В. Семак Структурная и метаболическая биохимия. Практикум / учебное пособие. Мн.: Издательский центр БГУ, 2013. - 184 с.
Биохимия: Учебник / под ред. Е.С.Северина. 2-е изд., испр. – М: ГЕОТАР-МЕД 2004 г. - 784 с.
Биологическая химия: учебник / В.К.Кухта, Т.С.Морозкина, Э.И. Олецкий, А.Д. Таганович; под ред.А.Д. Танаговича. – Минск: Асар, М: Издательство БИНОМ.2008. – 688 с.
Северин Е.С., Алейникова Т.Л., Осипов Е.В., Силаева С.А. Биологическая химия. – М: ООО Медицинское информационное агентство, 2008. – 364 с.
Ленинджер А. Основы биохимии В 3-х томах. / Пер. с англ. — М.: Мир, 1985.