Олиго- и полисахариды структура, функции и биологически важные реакции

Во внутреннюю полость спирали могут входить молекулы иода,

образуя комплексы синего цвета, что используется в аналитическои химии для качественного обнаружения как иода, так и крахмала.

Амилопектин имеет разветвленное строение. В основнои цепи остатки глюкозы связаны как и в амилозе – α-(1->4)-гликозидными связями, а в местах ветвления α-(1->6)-гликозидными связями:

Относительная молекулярная масса амилопектина в сотни раз больше чем у амилозы и составляет 1-6 млн. В воде амилопектин также образует коллоидные растворы, однако при добавлении иода раствор окрашивается не в

где m n

Декстрины это полисахариды с промежуточно длино цепи. Они являются продуктами неполного гидролиза крахмала, хорошо растворяются в холодно воде и с одом дают окрашивание от фиолетового до желтого цвета.

Промышленны способ получения декстринов – нагревание крахмала до 180200оС. Например, процесс хлебопечения состоит в превращении малорастворимого крахмала в растворимые декстрины, которые гораздо легче усваиваются организмом.

Гликоген (животны крахмал) – это полисахарид животного происхождения. Особенно много его содержится в печении в мышцах.

Относительная молекулярная масса углевода составляет 100 млн.

По структуре гликоген близок к амилопектину (в основно цепи содержит α-(1->4), в местах разветвления - α-(1->6)-гликозидные связи) и

отличается от него больше степенью разветвленности (примерно в два раза): позволяет проводить быструю регенерацию глюкозы в организме человека в случае стрессовых ситуаци , при физических и умственных нагрузках.

В клетках гидролиз гликогена осуществляется фосфоролитическим путем при помощи фермента фосфорилазы, которая последовательно отщепляет молекулы глюкозы в виде глюкозо-1-фосфата:

(Глюкоза)n + Pi → (Глюкоза)n-1 + -D-глюкозо-6-фосфат

Многие полисахариды образуют высокоупорядоченные надмолекулярные структуры, препятствующие гидратации отдельных молекул, поэтому такие полисахариды (хитин, целлюлоза) не только не растворяются, но и не набухают в воде.

В целом, функцию резервных полисахаридов можно представить следующим образом: если в клетке имеется избыток глюкозы, то под де ствием соответствующих ферментов ее молекулы присоединяются к молекулам крахмала или гликогена; если же возникает метаболическая

потребность в глюкозе, то происходит ее ферментативное отщепление от

полисахаридов.

Декстраны являются полисахаридами бактериального происхождения. В декстранах остатки глюкозы связаны в основном α- (16), α-(1 ), α-(14), -гликозидными связями:

Leuconostoc mesenteroides на растворы сахарозы и используют для

распространенным органическим веществом на Земле. Этот биополимер обладает большо механическо прочностью и выполняет роль опорного материала растени , образуя стенку растительных клеток. Древесина состоит из целлюлозы примерно на 50%, а волокна хлопчатника (очищенная вата)

представляет собо почти чистую целлюлозу (до 96%). Бумага также представляет собои довольно чистую целлюлозу.

Целлюлоза (клетчатка) представляет собо полисахарид, которы состоит из остатков β-D-глюкопиранозы, связанных между собо -(1->4)-

гликозидными связями:

При длительном нагревании целлюлозы с минеральными кислотами,

можно получить промежуточные продукты гидролиза, вплоть до D-глюкозы:

В организме человека отсутствует фермент, способны расщеплять - (14)-гликозидную связь между моносахаридными остатками в макромолекуле целлюлозы, поэтому она не может служить источником питания. Однако наличие клетчатки в пище способствует:

формированию каловых масс;

механическому очищению слизистых оболочек желудка и кишечника.

Вкишечнике жвачных и других травоядных животных имеются

микроорганизмы, способные к расщеплению -гликозидных связе и для

этих животных клетчатка является важным энергетическим источником.

Благодаря ферментным системам микроорганизмов со временем утилизируются погибшие деревья, опавшие листья, бумажны мусор, т.е.

происходит самоочищение окружающе среды.

Целлюлоза нерастворима в воде. Однако целлюлозу можно растворить в реактиве Швеицера – концентрированныи раствор [Cu(NH3)2](OH)2.

Продавливая полученныи вязкии раствор через фильеры (мелкие отверстия)

в сернокислотную ванну можно высадить целлюлозу в виде нитеи: таким образом получают искусственныи медноаммиачныи шелк.

Нагреванием древесины без доступа воздуха получают древесны уголь,

которы является хорошим адсорбентом.

11.Гетерополисахариды (гиалуроновая кислота, хондроитинсульфаты):

строение, биологическая роль. Понятие о смешанных биополимерах (протеогликаны,

гликопротеины, гликолипиды).

Гетерополисахариды представляют собо полимеры, построенные из моносахаридов различных типов и их производных. По структуре эти полисахариды имеют некоторые общие черты:

имеют неразветвленные цепи,

состоят из повторяющихся дисахаридных остатков в состав которых входят:

мукополисахаридами (от лат. mucus - слизь), поскольку они находятся преимущественно в слизистых субстратах. В дальне шем их стали называть гликозаминогликанами. Это название принято в настоящее время.

Гликозаминогликаны (мукополисахариды, от лат. mucus – «слизь») –

это гетерополисахариды, в состав которых входят аминосахара-

гексозамины.

Молекулы гликозаминогликанов состоят из повторяющихся звеньев,

которые построены из остатков уроновых кислот (D-глюкуроновои или L-

идуроновои) и сульфатированных и ацетилированных аминосахаров.

Кроме указанных основных моносахаридных компонентов, в составе гликозаминогликанов в качестве так называемых минорных сахаров

встречаются L-фукоза, сиаловые кислоты, D-манноза и D-ксилоза.

Пример гликозаминогликана:

Гликозаминогликаны подразделяются на пять основных типов. Четыре из них структурно сходны – в их полисахаридных цепях чередуются дисахаридные звенья, состоящие из остатков сульфатированных аминосахаров (N-ацетилглюкозамина и N-ацетилгалактозамина) и гексуроновых кислот (D-глюкуроновои или L-идуроновои): гиалуроновые кислоты; хондроитинсульфаты; дерматансульфат; гепарин.

В гликозаминогликанах пятого типа – кератансульфате, или кератосульфате, – в дисахаридных звеньях вместо уроновых кислот находится D-галактоза.

Углеводсодержащие смешанные биополимеры. К числу наиболее

распространенных смешанных биополимеров относятся углевод-белковые

сополимеры (гликопептиды), состоящие из ковалентно связанных пептидных

и углеводных цепе . По соотношению пептидных и углеводных фрагментов

различают гликопротеины, протеогликаны и пептидогликаны.

Углеводы могут ковалентно связываться с белками, образуя

протеогликаны и гликопротеины. В состав этих белков входит белковыи и

углеводныи компоненты.

Впротеогликанах на долю углеводного компонента может приходиться до 95 % массы молекулы.

Вгликопротеинах содержание углеводного компонента не превышает

20– 0 % от массы молекулы.

Связь между белковым и углеводным компонентами в протеогликанах

может быть двух видов.

Гликопротеинами называют смешанные биополимеры, в которых,

макромолекула белка содержит в качестве сополимера олигосахаридные цепи.

К каждо полипептидно цепи присоединяется до 55 углеводных остатков,

содержащих, в свою очередь, от 2 до 20 моносахаридных звеньев.

Гликопротеины входят в состав всех органов, ткане и клеток организма человека и животных, а также содержатся в секреторных жидкостях и плазме крови. Функции гликопротеинов весьма разнообразны: среди них встречаются ферменты, гормоны, белки иммунно системы, компоненты плазмы крови и т.д. Именно углеводные части гликопротеинов определяют групповую принадлежность крови. Установлено, что отличие четырех известных групп крови связано с концевыми невосстанавливающими моносахаридными остатками.

Известно вида гликозидно связи:

1. N-гликозидная связь (N-linkage) между гликозидными остатками

углеводного компонента и амидным азотом в боковои цепи аспарагина (Asn)

или аргинина (Arg) – такои гликан называется N-связанныи гликан.

2. О-гликозидная связь (O-linkage) между гликозидными остатками углеводного компонента и атомом кислорода в гидроксильнои группе боковои цепи серина (Ser) или треонина (Thr) – такои гликан называется O-

связанныи гликан.

. Третии вид – C-связанные гликаны представляют собои редкую форму гликозилирования, в которои сахар соединяется с атомом углерода боковои цепи триптофана. Аспарагин участвует в образовании гликозидно связи.

Для графического изображения структуры гликанов разработана система обозначении сахаров.

Известно, что все N-связанные олигосахариды содержат в своем составе корневои коровыи пен (коровыи пентасахарид – pentasaccharide core), состоя щии из трех манноз и двух N-ацетилглюкозаминов (показаны на рисунке серым фоном). Остальные сахара присоединяются к коровому пентасахариду, формируя огромное разнообразие N-связанных олигосахаридов, обнаруженных в гликопротеинах.

Протеогликаны и гликопротеины образуются из смеси молекул белков и углеводов (гликозаминогликанов) и входят в состав основного вещества,

заполняющего пространство между клетками в большинстве ткане , а у бактерии (прокариоты) именно пептидогликаны (но не хитин и целлюлоза)

служат структурнои основои клеточных стенок. Отметим, что если клеточная стенка есть у эукариотическои клетки, то в ее состав могут входить хитин или целлюлоза, но не протеогликаны.

Так же как и для углеводов, для протеогликанов и гликопротеинов характерно большое разнообразие структур. Из-за трудностеи определения

их точных молекулярных структур, обусловленнои невозможностью получении кристаллов этих соединении, до сих пор их биологическая роль выяснена не до конца.

Основная масса протеогликанов располагается в матриксе межклеточного вещества. Некоторая их часть может быть связана с наружнои поверхностью клеточных мембран. Связанные с клеточными мембранами протеогликаны играют важную роль в адгезии клеток, их взаимодеиствии друг с другом, а также в передаче информации клетке от межклеточного вещества.

Примером внеклеточного гликопротеина могут служить муцины,

выделяемые слизисто оболочкои желудка у млекопитающих. Молекулы муцинов состоят из центральных полипептидных цепе к которым присоединены боковые углеводные цепи.

Молекулы муцина, связываясь друг с другом, образуют толсты сло вязко жидкости, предотвращающи повреждение (самопереваривание)

слизисто оболочки желудка. Муцины являются основным компонентом,

входящим в состав секретов всех слизистых желёз. Некоторые муцины отвечают за регуляцию процессов минерализации у животных, например,

формирования раковины у моллюсков и костно ткани у позвоночных.

Гликопротеины встречаются также среди ферментов (рибонуклеаза В),

запасающих белков (яичны белок), в тромбах (фибрин), среди антител

(IgG).

Как правило, в состав гликопротеинов входит одна ветвистая

олигосахаридная цепь. Гликопротеины находятся на наружно поверхности

клеточных мембран и выполняют информационную функцию, обеспечивая перенос информации из внеклеточно среды в клетку.

Многие внутриклеточные и секреторные белки включают в сво состав углеводны компонент. Олигосахаридны остаток, входящи в структуру

сложного белка, обеспечивает повышение его усто чивости к де ствию

гидролитических (протеолитических) ферментов, способствует