HOMOPOLISACHARYDY: CHARAKTERYSTYKA, BUDOWA, FUNKCJE, PRZYKŁADY - BIOLOGIA - 2026

W homopolisacharydy lub homoglycans to grupa złożonych węglowodanów, sklasyfikowanych w grupie polisacharydów. Obejmują one wszystkie węglowodany, które mają więcej niż dziesięć jednostek tego samego rodzaju cukru.

Polisacharydy to niezbędne makrocząsteczki złożone z wielu monomerów cukrowych (monosacharydów) wielokrotnie połączonych ze sobą wiązaniami glikozydowymi. Te makrocząsteczki stanowią największe źródło odnawialnych zasobów naturalnych na Ziemi.

Przykład podstawowej jednostki homopolisacharydu glukanu (źródło: Homopolysaccharide.svg: * Homopolysaccharide.jpg: Ccostellderivative work: Odysseus1479 (dyskusja) praca pochodna: Odysseus1479 via Wikimedia Commons)

Dobrym przykładem homopolisacharydów jest skrobia i celuloza obecne w dużych ilościach w tkankach roślin i zwierząt oraz glikogen.

Najbardziej powszechne i najważniejsze w przyrodzie homopolisacharydy składają się z reszt D-glukozy, są jednak homopolisacharydy złożone z fruktozy, galaktozy, mannozy, arabinozy i innych podobnych cukrów lub ich pochodnych.

Ich struktura, rozmiary, długości i masy cząsteczkowe są bardzo zmienne i można je określić zarówno na podstawie rodzaju monosacharydu, z którego są zbudowane, jak i przez wiązania, którymi te monosacharydy wiążą się ze sobą, oraz obecność lub brak rozgałęzień.

Pełnią wiele funkcji w organizmach, w których się znajdują, wśród których wyróżnia się rezerwa energii i strukturyzacja komórek i makroskopowych ciał wielu roślin, zwierząt, grzybów i mikroorganizmów.

Charakterystyka i struktura

Podobnie jak w przypadku większości polisacharydów, homopolisacharydy są bardzo zróżnicowanymi biopolimerami, zarówno pod względem funkcji, jak i struktury.

Są to makrocząsteczki, których duża masa cząsteczkowa zależy zasadniczo od liczby tworzących je monomerów lub monosacharydów, a ich liczba może wynosić od dziesięciu do tysięcy. Jednak masa cząsteczkowa jest na ogół nieokreślona.

Najbardziej powszechne w naturze homopolisacharydy składają się z reszt glukozy połączonych ze sobą wiązaniami glukozydowymi typu α lub β, od których w dużym stopniu zależy ich funkcja.

W rezerwowych homopolisacharydach dominują wiązania α-glukozydowe, ponieważ są one łatwo hydrolizowane enzymatycznie. Z drugiej strony, wiązania β-glukozydowe są trudne do zhydrolizowania i są powszechne w strukturalnych homopolisacharydach.

Charakterystyka składowych monosacharydów

W naturze często stwierdza się, że polisacharydy, w tym homopolisacharydy, składają się z monomerów cukrowych o strukturze cyklicznej, w których jeden z atomów pierścienia jest prawie zawsze atomem tlenu, a pozostałe to węgle.

Najpowszechniejszymi cukrami są heksozy, chociaż można również znaleźć pentozy, a ich pierścienie różnią się pod względem konfiguracji strukturalnej, w zależności od rozważanego polisacharydu.

Klasyfikacja węglowodanów

Jak wspomniano wcześniej, homopolisacharydy należą do grupy polisacharydów, które są węglowodanami złożonymi.

Złożone polisacharydy obejmują disacharydy (dwie reszty cukrowe połączone ze sobą zwykle wiązaniami glikozydowymi), oligosacharydy (do dziesięciu połączonych ze sobą reszt cukrowych) i polisacharydy (które mają więcej niż dziesięć reszt).

Polisacharydy dzieli się ze względu na swój skład na homopolisacharydy i heteropolisacharydy. Homopolisacharydy składają się z tego samego rodzaju cukru, podczas gdy heteropolisacharydy są złożonymi mieszaninami monosacharydów.

Polisacharydy można również klasyfikować według ich funkcji i istnieją trzy główne grupy, które obejmują zarówno homopolisacharydy, jak i heteropolisacharydy: (1) strukturalne, (2) rezerwowe lub (3) żele tworzące.

Oprócz węglowodanów złożonych istnieją węglowodany proste, które są cukrami monosacharydowymi (pojedyncza cząsteczka cukru).

Oba homopolisacharydy, heteropolisacharydy, oligosacharydy i disacharydy mogą być hydrolizowane do ich składowych monosacharydów.

cechy

Ponieważ glukoza jest główną cząsteczką energetyczną w komórkach, homopolisacharydy tego cukru są szczególnie ważne nie tylko dla natychmiastowych funkcji metabolicznych, ale także dla rezerw lub magazynowania energii.

Na przykład u zwierząt rezerwowe homopolisacharydy są przekształcane w tłuszcze, które pozwalają na magazynowanie znacznie większej ilości energii na jednostkę masy i są bardziej „płynne” w komórkach, co ma wpływ na ruch ciała.

W przemyśle strukturalne homopolisacharydy, takie jak celuloza i chityna, są szeroko wykorzystywane do różnych celów.

Papier, bawełna i drewno to najpowszechniejsze przykłady przemysłowych zastosowań celulozy, które powinny obejmować również produkcję etanolu i biopaliw w drodze ich fermentacji i / lub hydrolizy.

Skrobia jest pozyskiwana i oczyszczana z wielu różnych roślin i jest wykorzystywana do różnych celów, zarówno w gastronomii, jak i do produkcji biodegradowalnych tworzyw sztucznych i innych związków o znaczeniu gospodarczym i handlowym.

Przykłady

Skrobia

Skrobia to rozpuszczalny, rezerwowy homopolisacharyd roślinny, który składa się z jednostek D-glukozy w postaci amylozy (20%) i amylopektyny (80%). W mące znajdują się ziemniaki, ryż, fasola, kukurydza, groszek i różne bulwy.

Amyloza składa się z liniowych łańcuchów D-glukozy połączonych ze sobą wiązaniami glukozydowymi typu α-1,4. Amylopektyna składa się z łańcuchów D-glukozy połączonych wiązaniami α-1,4, ale ma również rozgałęzienia połączone wiązaniami α-1,6 co około 25 reszt glukozy.

Glikogen

Rezerwowym polisacharydem zwierząt jest homopolisacharyd znany jako glikogen. Podobnie jak skrobia, glikogen składa się z liniowych łańcuchów D-glukozy połączonych ze sobą wiązaniami α-1,4, które są silnie rozgałęzione dzięki obecności wiązań α-1,6.

W porównaniu ze skrobią, glikogen ma rozgałęzienia na każde dziesięć (10) reszt glukozy. Ten stopień rozgałęzienia ma istotne skutki fizjologiczne u zwierząt.

Celuloza

Celuloza jest nierozpuszczalnym strukturalnym homopolisacharydem, który stanowi podstawową część ścian komórkowych organizmów roślinnych. Jego struktura składa się z liniowych łańcuchów reszt D-glukozy połączonych ze sobą wiązaniami β-1,4-glukozydowymi zamiast wiązaniami α-1,4.

Dzięki obecności w swojej strukturze wiązań β, łańcuchy celulozowe są w stanie tworzyć ze sobą dodatkowe wiązania wodorowe, tworząc sztywną strukturę wytrzymującą ciśnienie.

Chityna

Podobnie jak celuloza, chityna jest nierozpuszczalnym strukturalnym homopolisacharydem złożonym z powtarzających się jednostek N-acetyloglukozaminy połączonych ze sobą wiązaniami glukozydowymi typu β-1,4.

Podobnie jak w przypadku celulozy, ten rodzaj wiązania zapewnia chitynę o ważnych właściwościach strukturalnych, które sprawiają, że jest ona idealnym składnikiem egzoszkieletu stawonogów i skorupiaków. Występuje również w ścianach komórkowych wielu grzybów.

Dekstran

Dekstran jest rezerwowym homopolisacharydem obecnym w drożdżach i bakteriach. Podobnie jak wszystkie poprzednie, ta również składa się z D-glukozy, ale jest głównie połączona wiązaniami α-1,6.

Typowym przykładem tego typu polisacharydu jest taki, który występuje zewnątrzkomórkowo w bakteriach płytki nazębnej.

Bibliografia

1. Aspinal, G. (1983). Klasyfikacja polisacharydów. W The Polysaccharides (tom 2, str. 1–9). Academic Press, Inc.
2. Clayden, J., Greeves, N., Warren, S. i Wothers, P. (2001). Organie Chemistry (1st ed.). Nowy Jork: Oxford University Press.
3. Delgado, LL i Masuelli, M. (2019). Polisacharydy: pojęcia i klasyfikacja. Evolution in Polymer Technology Journal, 2 (2), 2–7.
4. Garrett, R. i Grisham, C. (2010). Biochemistry (4th ed.). Boston, USA: Brooks / Cole. CENGAGE Learning.
5. Huber, KC i BeMiller, JN (2018). Węglowodany. In Organie Chemistry (str. 888–928). Elsevier Inc.
6. Yurkanis Bruice, P. (2003). Chemia organiczna. Osoba.