Полисахариды

В природе большинство углеводов представлено полисахаридами с высокой молекулярной массой. Биологическая роль ряда полисахаридов состоит в том, что одни обеспечивают накопление моносахаридов, другие служат структурными элементами клеточных стенок и соединительной ткани. Полисахариды отличаются друг от друга, как природой составляющих их моносахаридных остатков, так и длиной и степенью ветвления цепей. Их разделяют на два типа: гомополисахариды, состоящие из остатков одного и того же моносахарида, и гетерополисахариды, содержащие остатки двух или большего числа видов моносахаридов. Полисахариды могут иметь линейную или разветвленную структуру.

Гомополисахариды

К числу наиболее известных и важных с биологической точки зрения гомополисахаридов относят крахмал, гликоген, целлюлозу, пектины и хитин. Важнейшим резервным полисахаридом в клетках растений является крахмал, а в клетках животных – гликоген. Крахмал представляет собой смесь двух полимеров глюкозы:

-амилозы (15-20% от общего количества) и амилопектина (80‑85%). -амилоза имеет неразветвленную спиральную структуру, в которой остатки глюкозы соединены (1 4)-связями (рис. 7.7).

Рис. 7.7. Структура фрагмента -амилозы

Молекулярная масса цепей -амилозы колеблется от нескольких тысяч до 500 000. Амилопектин также имеет высокую молекулярную массу, но в отличие от -амилозы его цепи сильно разветвлены (одно ответвление примерно на каждые 20 остатков глюкозы). В неразветвленных участках остатки глюкозы соединены (1  4)-связями, а в точках ветвления – связями (1  6).

Рис. 7.8. Фрагмент структуры амилопектина. В точках ветвления возникает (1 6)-связь

Гликоген – основной резервный полисахарид в клетках животных. Основная масса гликогена накапливается у животных в клетках печени и клетках скелетной мускулатуры. Подобно амилопектину, гликоген является разветвленным полисахаридом, состоящим из остатков D-глюкозы, связанных друг с другом (1 4)-связями, но по сравнению с амилопектином он значительно более разветвлен (примерно одна точка ветвления на 10 остатков D‑глюкозы) и компактен. В местах ветвления образуются (1 6)-связи.

Декстринами называют вещества, образующиеся при гидролизе крахмала под действием амилаз. Амилазы расщепляют только (1 4)-связи. Устойчивое по отношению к амилазам «ядро» амилопектина, содержащее большое число (1 6)-связей называют остаточным декстрином.

Целлюлоза – линейный, неразветвленный гомополисахарид, состоящий из 10 000 и более остатков D-глюкозы. Она нерастворима в обычных растворителях и в воде и построена из -D-глюкопиранозных звеньев, соединенных (1 4) связями, образующих длинные вытянутые цепи, стабилизированные поперечными водородными связями. Если наиболее распространенными внутриклеточными биополимерами следует считать белки, то целлюлоза, бесспорно, это не только самый распространенный внеклеточный структурный полисахарид в растительном мире, но и вообще самый распространенный в природе биополимер.

Рис. 7.9. Фрагмент структуры молекулы целлюлозы. Полимерные цепи целлюлозы располагаются параллельно и соединяются водородными связями

Многие млекопитающие, в том числе человек, не способны переваривать целлюлозу, так как их пищеварительная система не содержит ферментов, расщепляющих -связи. В кишечнике жвачных и многих других травоядных животных присутствуют микроорганизмы, способные расщеплять -связи, и для этих животных целлюлоза является важным источником пищевых калорий. В толстом кишечнике человека также содержится ряд штаммов бактерий, способных воздействовать на целлюлозу, но их количество мало, и с их помощью человек переваривает только незначительную часть поступающей в его организм целлюлозы.

В основе пектиновых соединений лежат, так называемые пектовые кислоты, которые построены, в основном, из остатков -D-галактуроновой кислоты, связанных (14)-связью.

Рис. 7.10. Фрагмент структуры молекулы пектина. Полимерные цепи пектина образованы, связанными друг с другом остатками -D-галактуроновой кислоты

В пектине и протопектине разное число атомов водорода карбоксильных групп остатков -D-галактуроновой кислоты (выделены звездочками) замещается метильными группами (–СН₃). Собственно пектин содержится в значительном количестве в растительных соках. Протопектин является обычным компонентом клеточной стенки и менее растворим, чем пектин.

Хитин, наряду с целлюлозой и пектинами, также является одним из важнейших полисахаридов, выполняющих структурную функцию. Он входит в состав клеточных стенок грибов и участвует в формировании твердого наружного покрова (экзоскелета) насекомых и ракообразных. Мономером хитина является N‑ацетилглюкозамин, молекулы которого связаны друг с другом (14)‑гликозидной связью.

Рис. 7.11. Фрагмент структуры молекулы хитина. N-ацетил-D-глюкозамин является основным строительным блоком хитина и многих других структурных полисахаридов

Группа гетерополисахаридов будет рассмотрена нами в теоретической части к следующей лабораторной работе.