POLIZAHARIDE: CARACTERISTICI, STRUCTURĂ, CLASIFICARE, EXEMPLE - BIOLOGIE - 2025

Cele polizaharide , numite adesea glicani, sunt compuși chimici cu greutate moleculară mare format prin mai mult de 10 unități de zaharuri individuale (monozaharide). Cu alte cuvinte, aceștia sunt polimeri monosacharide legați împreună prin legături glicozidice.

Acestea sunt molecule foarte frecvente în natură, întrucât se găsesc la toate ființele vii, unde îndeplinesc o mare varietate de funcții, multe dintre ele fiind încă studiate. Sunt considerate cea mai mare sursă de resurse naturale regenerabile de pe Pământ.

Structura celulozei, un homopolizaharid (Sursa: http://www.monografias.com/trabajos46/celulosa-madera/celulosa-madera2.shtml / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa /4.0) prin Wikimedia Commons)

Peretele celulelor plantelor, de exemplu, este alcătuit dintr-unul dintre cele mai abundente polizaharide din biosferă: celuloza.

Acest compus, format din unități repetate ale unui monosacharid numit glucoză, servește ca hrană pentru mii de microorganisme, ciuperci și animale, pe lângă funcțiile pe care le are în menținerea structurii plantelor.

De-a lungul timpului, omul a reușit să profite de celuloză în scopuri practice: folosește bumbacul pentru a confecționa îmbrăcăminte, „pulpa” copacilor pentru a face hârtie ș.a.

O altă polizaharidă foarte abundentă, produsă și de plante și de o importanță deosebită pentru om, este amidonul, deoarece este una dintre principalele surse de carbon și energie. Se află în boabele de cereale, în tuberculi etc.

Caracteristicile polizaharidelor

- Sunt macromolecule cu greutate moleculară foarte mare

- Sunt compuse în principal din atomi de carbon, hidrogen și oxigen

- Sunt foarte diverse structural și funcțional vorbind

- Există practic toate ființele vii de pe pământ: plante, animale, bacterii, protozoare și ciuperci

- Unele polizaharide sunt foarte solubile în apă, iar altele nu, ceea ce depinde de obicei de prezența ramurilor în structura lor

- Lucrează în stocarea de energie, în comunicarea celulară, în suportul structural al celulelor și țesuturilor etc.

- Hidroliza sa duce în general la eliberarea de reziduuri individuale (monosacharide)

- Pot fi găsite ca făcând parte din macromolecule mai complexe, cum ar fi porțiunea de carbohidrați a multor glicoproteine, glicolipide etc.

Structura

După cum am menționat la început, polizaharidele sunt polimeri cu mai mult de 10 resturi de zahăr sau monosacharide, care sunt legate între ele prin legături glucozidice.

Deși sunt molecule extrem de diverse (există o varietate infinită de tipuri structurale posibile), cele mai frecvente monosacharide care se regăsesc în structura unui polizaharid sunt zaharurile pentoase și hexozice, adică zaharuri de 5 și respectiv 6 atomi de carbon.

Diversitate

Diversitatea acestor macromolecule constă în faptul că, pe lângă diferitele zaharuri care le pot constitui, fiecare reziduu de zahăr poate fi în două forme ciclice diferite: furanoză sau piranoză (numai acele zaharuri cu 5 și 6 atomi de carbon).

Mai mult, legăturile glicozidice pot fi în configurația α- sau β- și, ca și cum nu ar fi suficient, formarea acestor legături ar putea implica substituirea uneia sau a mai multor grupări hidroxil (-OH) în reziduul adiacent.

De asemenea, pot fi formate de zaharuri cu lanțuri ramificate, de zaharuri fără una sau mai multe grupări hidroxilice (-OH) și de zaharuri cu mai mult de 6 atomi de carbon, precum și de diferiți derivați ai monosacharidelor (comune sau nu).

Reprezentare grafică a unui polizaharid liniar și ramificat (Sursa: jphwang / Domeniu public, prin Wikimedia Commons), modificat de Raquel Parada Puig

Polizaharidele cu lanț liniar sunt, în general, mai bine „împachetate” în structuri rigide sau inflexibile și sunt insolubile în apă, spre deosebire de polizaharidele ramificate, care sunt foarte solubile în apă și formează structuri „pastate” în soluții apoase.

Clasificarea polizaharidelor

Clasificarea polizaharidelor se face, de obicei, pe baza apariției lor naturale, cu toate acestea, devine din ce în ce mai des clasificarea lor în funcție de structura lor chimică.

Mulți autori consideră că cea mai bună modalitate de clasificare a polizaharidelor se bazează pe tipul de zaharuri care le compun, conform cărora au fost definite două grupuri mari: cea a homopolizaharidelor și cea a heteropolizaharidelor.

Homopolizaharide sau homoglicane

Acest grup include toate polizaharidele care sunt formate din unități de zahăr identice sau monosacharide, adică sunt homopolimeri de același tip de zahăr.

Cele mai simple homopolizaharide sunt cele cu o conformație liniară, în care toate reziduurile de zahăr sunt legate prin același tip de legătură chimică. Celuloza este un exemplu bun: este un polizaharid compus din reziduuri de glucoză legate de legături β (1 → 4).

Cu toate acestea, există homopolizaharide mai complexe și sunt cele care au mai mult de un tip de legătură într-un lanț liniar și pot avea chiar ramuri.

Exemple de homopolizaharide care sunt foarte frecvente în natură sunt celuloza, glicogenul și amidonul, toate formate din unități de glucoză repetate; Acest grup include, de asemenea, chitina, care constă în repetarea unităților de N-acetil-glucozamină, un derivat al glucozei.

Apoi, există și altele mai puțin populare în literatura de specialitate, cum ar fi fructanele (alcătuite din unități de fructoză), pentosani (alcătuite din arabinoză sau xiloză) și pectine (alcătuite din derivați ai acidului galacturonic, derivate, la rândul lor, din galactoză).

Heteropolizaharide sau heteroglicane

În cadrul acestui grup, pe de altă parte, toate acele polizaharide care sunt compuse din două sau mai multe tipuri diferite de zaharuri sunt clasificate, adică sunt heteropolimeri de zaharuri diferite.

Cele mai simple heteropolizaharide sunt formate din două reziduuri diferite de zahăr (sau derivați de zaharuri), care pot (1) să fie în același lanț liniar sau (2) să formeze un lanț liniar principal și celălalt formând lanțuri laterale.

Cu toate acestea, pot exista, de asemenea, heteropolizaharide formate din mai mult de 2 tipuri de reziduuri puternic ramificate sau nu.

Multe dintre aceste molecule se asociază cu proteine ​​sau lipide, formând glicoproteine ​​și glicolipide, care sunt foarte abundente în țesuturile animale.

Exemple foarte frecvente de heteropolizaharide sunt cele care fac parte din mucopolizaharide, cum ar fi acidul hialuronic, distribuite pe scară largă între animale și constând din reziduuri de acid glucuronic legate de resturile de N-acetil-D-glucozamină.

Cartilajul, prezent la toate animalele vertebrate, are, de asemenea, heteropolizaharide abundente, în special sulfat de condroitină, care este format din unități repetate de acid glucuronic și N-acetil-D-galactosamină.

Un fapt general despre nomenclatură

Polizaharidele sunt denumite cu termenul generic glican, astfel că cele mai precise nomenclaturi folosesc, pentru a da un nume, prefixul de "zahăr parental" și sfârșitul "-ano". De exemplu, un polizaharid bazat pe unități de glucoză poate fi numit glucan.

Exemple de polizaharide

De-a lungul textului am citat cele mai comune exemple care reprezintă, fără îndoială, acest grup mare de macromolecule. În continuare, vom dezvolta unele dintre ele un pic mai mult și le vom menționa pe altele la fel de importante.

Glicogen și celuloză, două polizaharide (Sursa: Sunshineconnelly la en.wikibooks / CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by/2.5) prin Wikimedia Commons, modificat de Raquel Parada Puig)

Celuloză și chitină

Celuloza, un polimer cu reziduuri de glucoză, este, împreună cu chitina, un polimer cu reziduuri de N-acetil-glucozamină, unul dintre cei mai abundenți polimeri de pe Pământ.

Molecula de chitină

Primul este o parte fundamentală a celulelor vegetale care acoperă pereții, iar cel de-al doilea se află în peretele celular al ciupercilor și exoscheletul artropodelor, animale nevertebrate incredibil de diverse și abundente, inclusiv insecte și insecte. crustacee, de exemplu.

Ambele homopolizaharide sunt la fel de importante, nu numai pentru om, ci pentru toate ecosistemele din biosferă, deoarece acestea fac parte din structura organismelor care se află la baza lanțului alimentar.

Glicogen și amidon

Polizaharidele, printre multiplele lor funcții, servesc ca material de rezervă de energie. Amidonul este produs la plante și glicogenul este produs la animale.

Ambele sunt homopolizaharide compuse din reziduuri de glucoză, care sunt legate prin diferite legături glicozidice, prezentând numeroase ramuri în modele destul de complexe. Cu ajutorul unor proteine, cele două tipuri de molecule pot forma granule mai compacte.

Amidonul este un complex format din doi polimeri diferiți ai glucozei: amiloză și amilopectină. Amiloza este un polimer liniar al reziduurilor de glucoză legate de legături α (1 → 4), în timp ce amilopectina este un polimer ramificat care se leagă la amiloză prin legături a (1 → 6).

Cereale de amidon într-o celulă de cartofi. Sursa: Ganymede / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0)

Pe de altă parte, glicogenul este, de asemenea, un polimer al unităților de glucoză legate de legături α (1 → 4) și cu numeroase ramuri conectate prin legături α (1 → 6). Aceasta are un număr semnificativ mai mare de ramuri decât amidonul.

Structura glicogenului

heparina

Heparina este un glicozaminoglican asociat cu grupări de sulfați. Este un heteropolizaharid compus din unități de acid glucuronic, multe dintre ele fiind esterificate și unități de sulfat de N -glucozamină care au o grupă suplimentară de sulfați pe 6-carbonul lor legat de legături α (1 → 4).

Structura heparinei. Sursa imaginii: Jü / CC0

Acest compus este utilizat în mod obișnuit ca anticoagulant, prescris în mod normal pentru tratamentul atacurilor de cord și a anginei pectorale instabile.

Alte polizaharide

Plantele produc multe substanțe bogate în heteropolizaharide complexe, incluzând gingiile și alți compuși adezivi sau emulsionanți. Aceste substanțe sunt adesea bogate în polimeri de acid glucuronic și alte zaharuri.

De asemenea, bacteriile produc heteropolizaharide care, de multe ori, se eliberează în mediul care le înconjoară, motiv pentru care sunt cunoscute sub numele de exopolizaharide.

Multe dintre aceste substanțe sunt utilizate ca agenți de gelifiere în industria alimentară, în special cele sintetizate de bacteriile cu acid lactic.

Referințe

1. De Vuyst, L., & Degeest, B. (1999). Heteropolizaharide din bacteriile acidului lactic. FEMS recenzii de microbiologie, 23 (2), 153-177.
2. Aspinall, GO (Ed.). (2014). Polizaharidele. Presă academică.
3. Redactorii Encyclopaedia Britannica (2019). Encyclopaedia Britannica. Preluat 18 aprilie 2020, de pe www.britannica.com/science/polysaccharide
4. Dische, ZACHABIAS (1955). Zaharuri în polizaharide. În Metode de analiză biochimică (Vol. 2, p. 313-358). Interscience New York.
5. Brown Jr, RM (2004). Structura celulozei și biosinteza: ce este în depozit pentru secolul XXI? Journal of Polymer Science Partea A: Polymer Chemistry, 42 (3), 487-495.
6. Roach, PJ (2002). Glicogenul și metabolismul său. Medicină moleculară actuală, 2 (2), 101-120. Al din Știința polimerică Partea A: Chimie polimerică, 42 (3), 487-495.