Гомополисахариды: характеристика, строение, функции, примеры — биология — 2023

Содержание

В гомополисахариды или гомогликаны представляют собой группу сложных углеводов, отнесенных к группе полисахаридов. К ним относятся все углеводы, содержащие более десяти единиц одного и того же типа сахара.

Полисахариды — это важные макромолекулы, состоящие из множества мономеров сахаров (моносахаридов), многократно связанных вместе гликозидными связями. Эти макромолекулы представляют собой крупнейший источник возобновляемых природных ресурсов на Земле.

Хорошими примерами гомополисахаридов являются крахмал и целлюлоза, присутствующие в больших количествах в тканях растений и животных, и гликоген.

Наиболее распространенные и наиболее важные гомополисахариды в природе состоят из остатков D-глюкозы, однако есть гомополисахариды, состоящие из фруктозы, галактозы, маннозы, арабинозы и других подобных или производных сахаров.

Их структуры, размеры, длина и молекулярная масса сильно различаются и могут определяться как типом моносахарида, из которого они состоят, так и связями, которыми эти моносахариды связываются друг с другом, и наличием или отсутствием разветвлений.

Они выполняют множество функций в организмах, в которых они находятся, среди которых — запас энергии, структурирование клеток и макроскопических тел многих растений, животных, грибов и микроорганизмов.

Химические свойства

Первым делом стоит рассмотреть химические свойства полисахаридов. Данные компоненты относятся к сложным высокомолекулярным углеводам, они являются полигликозидами, или, другими словами, полиацеталями. Моносахариды связываются в молекулу при помощи гликозидных связей с рядом стоящими структурными элементами цепочки. В кислотной среде под влиянием высокотемпературного режима происходит процесс гидролиза. При полном процессе образуются исходные моносахариды (возможно, их производные). При неполном – олигосахариды, включая дисахариды.

Восстановительные свойства у данного класса углеводов достаточно слабые. Они устойчивы к воздействию щелочей. Вещества обладают уникальной способностью, которую применяют для получения сложных эфиров. Среди основных представителей класса полисахаридов можно выделить крахмал, целлюлозу (клетчатку), гликоген. Общая формула полисахаридов, которая применяется для обозначения данных компонентов – (С6Н10О5)n.

Полисахариды являются распространенной группой веществ, которые имеют природное происхождение. Вырабатываются они растениями и в тканях человека, животных. Это указывает на их активное участие в обменных процессах.

Классификация углеводов

Как упоминалось ранее, гомополисахариды являются частью группы полисахаридов, которые представляют собой сложные углеводы.

Сложные полисахариды включают дисахариды (два остатка сахара, обычно связанные друг с другом гликозидными связями), олигосахариды (до десяти остатков сахара, связанных вместе) и полисахариды (которые имеют более десяти остатков).

Полисахариды делятся по составу на гомополисахариды и гетерополисахариды. Гомополисахариды состоят из сахара одного типа, а гетерополисахариды представляют собой сложные смеси моносахаридов.

Полисахариды также можно классифицировать в соответствии с их функциями, и существует три основные группы, которые включают как гомополисахариды, так и гетерополисахариды: (1) структурные, (2) резервные или (3) образующие гели.

Помимо сложных углеводов, существуют простые углеводы, которые представляют собой моносахаридные сахара (одну молекулу сахара).

Как гомополисахариды, так и гетерополисахариды, олигосахариды и дисахариды могут быть гидролизованы до составляющих их моносахаридов.

использованная литература

1. Аспинал, Г. (1983). Классификация полисахаридов. В Полисахариды (Том 2, стр. 1–9). Academic Press, Inc.
2. Клейден, Дж., Гривс, Н., Уоррен, С., и Уотерс, П. (2001). Органическая химия (1-е изд.). Нью-Йорк: Издательство Оксфордского университета.
3. Дельгадо, Л. Л., и Масуэлли, М. (2019). Полисахариды: понятия и классификация. Журнал «Эволюция полимерных технологий», 2(2), 2–7.
4. Гаррет, Р., и Гришем, К. (2010). Биохимия (4-е изд.). Бостон, США: Брукс / Коул. CENGAGE Обучение.
5. Хубер, К. К., Бемиллер, Дж. Н. (2018). Углеводы. В Органическая химия (стр. 888–928). Elsevier Inc.
6. Юрканис Брюс, П. (2003). Органическая химия. Пирсон.

УГЛЕВОДЫ

3.4.2. Полисахариды

Высокомолекулярные несахароподобные полисахариды построены из большого числа (6 — 10 тыс.) остатков моноз и подразделяются на гомополисахариды, построенные из молекул моносахаридов одного вида (крахмал, гликоген, клетчатка), и гетерополисахариды, состоящие из остатков различных моносахаридов (гемицеллюлозы, пектиновые вещества и др.). Они относятся к невосстанавливающим углеводам.

3.4.2.1. Гомополисахариды

Крахмал — резервный полисахарид, главный компонент зерна, картофеля и многих видов пищевого сырья. Состоит крахмал из смеси полимеров двух типов: амилозы (от 18 до 25 %) и амшопектина (75 — 82 %), построенных из остатков глюкопиранозы.

Амилоза — линейный полимер, построенный из остатков глюкопиранозы, связь α — 1,4. Ее молекула содержит от 1000 до 6000 остатков глюкозы и имеет спиралевидное строение (рис. 13).

Рис. 13. Структура амилозы

Внутри молекулы амилозы образуется канал диаметром 0,5 нм, куда могут входить молекулы других соединений, например, йода, который окрашивает ее в синий цвет.

Амилопектин — полимер, содержащий от 5 000 до 6 000 остатков глюкозы. Связиα — 1,4, α — 1,6 и α — 1,3. Неразветвленные участки молекулы состоят из 25 — 30 остатков глюкозы. Молекула имеет сферическую форму. С йодом дает фиолетовую с красноватым оттенком окраску.

Крахмальные зерна при обычной температуре не растворяются в воде, при нагревании набухают, давая вязкий коллоидный раствор. При его охлаждении образуется устойчивый гель (крахмальный клейстер). Этот процесс получил название клейстеризации крахмала.

Под действием ферментов или кислот при нагревании крахмал гидролизуется. Глубина гидролиза зависит от условий его проведения и от типа катализатора.

В ходе гидролиза постепенно идет деполимеризация крахмала и образование сначала декстринов, затем мальтозы, а при полном гидролизе — глюкозы. Ферментативный гидролиз крахмала присутствует во многих пищевых технологиях — в хлебопечении, производстве пива, кваса, этилового спирта, различных сахаристых крахмалопродуктов (глюкозы, патоки, сахарных сиропов).

Гликоген (животный крахмал) — резервный полисахарид, широко распространенный в тканях животных. Важный энергетический запасной материал животных (в печени его содержится до 10 %, в мышцах 0,3 — 1 %). По строению близок к амилопектину, но сильнее разветвлен, его молекула имеет более компактную упаковку. Она построена из остатков α — D — глюкопиранозы, соединенных α — 1,4 — (до 90 %), α — 1,6 — (до 10 %) и α — 1,3 — (до 1 %) гликозидными связями.

Целлюлоза (клетчатка) — наиболее распространенный растительный полисахарид. Выполняет опорную роль материала растений, из нее строится жесткий скелет стеблей. Древесина наполовину состоит из целлюлозы.

Молекула клетчатки имеет линейное строение и состоит из 2 000 — 3 000 остатков β — D — глюкопиранозы, соединенных β — 1,4 — гликозидными связями.

Молекулы клетчатки с помощью водородных связей объединены в мицеллы (пучки), состоящие из параллельных цепей. Клетчатка нерастворима в воде и при обычных условиях не гидролизуется кислотами. При кипячении в ходе гидролиза целлюлозы в качестве конечного продукта образуется D — глюкоза:

Ферменты желудочно — кишечного тракта человека не расщепляют целлюлозу, поэтому ее относят к балластным веществам в группе пищевых волокон.

ПредыдущаяСледующая

Характеристики и состав

Что касается большинства полисахаридов, гомополисахариды представляют собой очень разнообразные биополимеры как по функциям, так и по структуре.

Это макромолекулы, большая молекулярная масса которых существенно зависит от количества мономеров или моносахаридов, составляющих их, и может варьироваться от десяти до тысяч. Однако молекулярная масса обычно не определена.

Наиболее распространенные в природе гомополисахариды состоят из остатков глюкозы, связанных вместе глюкозидными связями α-типа или β-типа, от которых во многом зависит их функция.

В резервных гомополисахаридах преобладают α-глюкозидные связи, так как они легко ферментативно гидролизуются. С другой стороны, β-глюкозидные связи трудно гидролизовать и они обычны в структурных гомополисахаридах.

Гомополисахарида

Гомополисахариды, построенные из остатков D-глюкозы, имеют большое биологическое значение. Крахмал — главное резервное энергетическое вещество растений; гликоген играет ту же роль у животных. Целлюлоза ( клетчатка) является главным компонентом опорных частей растений.
 

Гомополисахариды, практически состоящие из остатков одного какого-либо моносахарида — Например, из остатков глюкозы образованы целлюлоза, крахмал, гликоген, из остатков га-луктороновой кислоты — пектиновые вещества.
 

Гомополисахариды состоят из остатков одного какого-либо моносахарида.
 

Распределение энергии связывания между структурными фрагментами.

Гомополисахаридами, или по новой номенклатуре, гомогликанами, как упоминалось и ранее, называются полисахариды, построенные из остатков одного моносахарида. Существуют нейтральные гомополи-сахариды, построенные из остатков нейтрального моносахарида; основные-из остатков аминосахара; кислые, состоящие из остатков кислого моносахарида. Полигликозидные цепи гомополисахаридов могут быть линейными и разветвленными.
 

Строение целлюлозы — полимерная цепь целлобиозы.

Это гомополисахарид, образованный двумя компонентами.
 

К гомополисахаридам относятся многие полисахариды растительного ( крахмал, целлюлоза, пектиновые вещества), животного ( гликоген, хитин) и бактериального ( декстраны) происхождения.
 

К структурным гомополисахаридам относится целлюлоза и хитин.
 

К наиболее важным природным гомополисахаридам относится крахмал, состоящий из D-глюкозных единиц, гликоген, целлюлоза и др., к гомополисахаридам — инулин, маннан, галактан, арабан.
 

В состав гомополисахарида входит один, а гетерополисаха-рида — несколько типов моносахаридных остатков. Чаще всего в составе полисахаридов встречается D-глюкоза, но широко распространены также полисахариды, содержащие D-маннозу, D-галак-тозу, D-фруктозу, D-глюкозамин. Нередко полисахариды имеют заместители неуглеводной природы — остатки серной, фосфорной или органических кислот.
 

Чем отличаются гомополисахариды от гетеро-полисахаридов.
 

Гликоген — гомополисахарид, построенный из D-глюкозы. Методами метилирования260, периодатного окисления261 263, частичного кислотного гидролиза261 и ферментативного расщепления265 268 доказано, что он является ближайшим аналогом амилопектина ( см. стр.
 

Схематическая модель элементарной ячейки нигерана, приблизительно показывающая локализацию гидратной воды.

Амилоза представляет собой гомополисахарид, построенный из звеньев ( 1 — 4) — a — D-глюкозы.
 

Что такое гомополисахариды

Гомополисахариды представляют собой химические соединения, которые состоят из одного типа мономера. Эти мономеры являются моносахаридами. Следовательно, химическая структура гомополисахарида имеет одинаковую повторяющуюся единицу.

Полисахарид состоит из мономеров, которые ковалентно связаны друг с другом посредством гликозидных связей. Может быть два типа гликозидных связей в виде 1-4 гликозидных связей и 1-6 гликозидных связей, в зависимости от атомов углерода, которые связаны друг с другом (через атом кислорода). 1-4 гликозидные связи вызывают образование линейного гомополисахарида, тогда как 1-6 гликозидные связи приводят к разветвленным структурам.

Рисунок 1: Связывание в гомополисахаридах

Целлюлоза является хорошим примером для гомополисахаридов. Это линейный гомополисахарид с 1-4 гликозидными связями. Мономером целлюлозы является глюкоза. Глюкоза является моносахаридом. Крахмал является еще одним гомополисахаридом. Он состоит из двух основных компонентов: амилозы и амилопектина. Амилоза представляет собой линейную структуру, тогда как амилопектин представляет собой разветвленную структуру. Целлюлоза и крахмал можно найти в растениях. В организме животных также есть гомополисахариды. Например, гликоген представляет собой гомополисахарид мономеров глюкозы. Хитин является еще одним гомополисахаридом, который имеет N-ацетилглюкозамин в качестве мономера. Это основной структурный компонент насекомых.

Характеристики и состав

Что касается большинства полисахаридов, гомополисахариды представляют собой очень разнообразные биополимеры как по функциям, так и по структуре.

Это макромолекулы, высокая молекулярная масса которых зависит в основном от количества мономеров или моносахаридов, составляющих их, и может варьироваться от десяти до тысяч. Однако молекулярная масса обычно не определена.

Наиболее распространенные в природе гомополисахариды состоят из остатков глюкозы, связанных вместе глюкозидными связями α-типа или β-типа, от которых во многом зависит их функция.

В резервных гомополисахаридах преобладают α-глюкозидные связи, так как они легко ферментативно гидролизуются. С другой стороны, β-глюкозидные связи трудно гидролизовать и они обычны в структурных гомополисахаридах.

Характеристики

Поскольку глюкоза является основной энергетической молекулой в клетках, гомополисахариды этого сахара особенно важны не только для немедленных метаболических функций, но также для резерва или хранения энергии.

У животных, например, запасные гомополисахариды превращаются в жиры, которые позволяют хранить гораздо большее количество энергии на единицу массы и являются более «жидкими» в клетках, что имеет значение для движения тела.

В промышленности структурные гомополисахариды, такие как целлюлоза и хитин, широко используются для различных целей.

Бумага, хлопок и дерево являются наиболее распространенными примерами промышленного использования целлюлозы, и они также должны включать производство этанола и биотоплива путем их ферментации и / или гидролиза.

Крахмал извлекается и очищается из множества растений и используется для различных целей, как в гастрономии, так и при производстве биоразлагаемых пластиков и других соединений, имеющих экономическое и коммерческое значение.

Характеристики и состав

Что касается большинства полисахаридов, гомополисахариды представляют собой очень разнообразные биополимеры как по функциям, так и по структуре.

Это макромолекулы, большая молекулярная масса которых существенно зависит от количества мономеров или моносахаридов, составляющих их, и может варьироваться от десяти до тысяч. Однако молекулярная масса обычно не определена.

Наиболее распространенные в природе гомополисахариды состоят из остатков глюкозы, связанных вместе глюкозидными связями α-типа или β-типа, от которых во многом зависит их функция.

В резервных гомополисахаридах преобладают α-глюкозидные связи, поскольку они легко гидролизуются ферментативно. С другой стороны, β-глюкозидные связи трудно гидролизовать и они часто встречаются в структурных гомополисахаридах.

Области применения полисахаридов

Еще в середине 20 века полисахариды стали широко производить для пищевой промышленности и производства лекарственных средств. Но постепенно их стали использовать в других не менее важных областях.

Видео

Использование в области здравоохранения

Зачастую в медицинской практике полисахариды используются в качестве диагностических препаратов при обнаружении кандидозов и сальмонеллезов. Декстраны, которые вырабатываются некоторыми бактериями, являются плазмозаменителями. Сульфат декстрана заменяет гепарин как антикоагулянт. Особой популярностью пользуются препараты, которые имеют в основе хитин. Также хитин применяется при производстве наполнителей и основ различных лекарственных средств. В последнее время стали изготавливаться ферментативные лекарства с пролонгированным действием, которые имеют в составе декстраны. Гликаны являются активным компонентами, которые используются для изготовления высококачественных зубных паст.

Видео

Применение в пищевой промышленности

Полисахариды, которые получают из бактерий, применяются для изготовления пищевых пленок. Они предотвращают высыхание продуктов, противостоят попаданию на них грязи, стабилизируют мороженую массу, соки, заправки, сиропы. Ксантин широко используется при изготовлении кисломолочной продукции

Для повышения качества хлебобулочных изделий на производстве добавляются экзополисахариды, они делают хлеб более пышным и мягким. Полисахариды имеют важное значение для биологии в целом. Они принимают участие в важных процессах, оказывают влияние на работу организмов живых существ, способствуют полноценному синтезу питательных веществ в растениях

Кроме этого, данные элементы активно применяются в разных областях промышленности, из них производят пищевые продукты, препараты, химические вещества и растворы, бумагу и другие элементы.

Функции в организме (таблица)

Что такое полисахариды мы рассмотрели, но теперь стоит выяснить, какое значение углеводы имеют для организма человека. Ниже имеется таблица с основными функциями данных элементов.

Основные функции
Примеры полисахаридов
Основные качества
Энергетические
Крахмал и гликоген
Главное назначение данных компонентов состоит в накоплении углеводов, они насыщают организм глюкозой (источником энергии)
Запасающие
Гликоген, крахмал
Вещества представляют важное значение для организма, благодаря им создаются длительные энергетические запасы, которые накапливаются в структуре жировых тканей. Формирование происходит в клетках мышц и в печени (частично в головном мозге и желудке)
Кофакторные
Гепарин и синтетические аналоги
Углеводы выполняют функции кофакторов ферментативных соединений в организме

Понижают свертываемость крови
Опорные
Целлюлоза, хондроитинсульфат
Клетчатка, или целлюлоза, является основой стеблевых образований, а в костных тканях животных содержатся хондроитинсульфаты
Гидроосмотические
Кислые гетерополисахариды (гиалуроновая кислота)
Они сдерживают в клеточных структурах воду и положительно заряженные ионы, предотвращают накопление молекул жидкости в области межклеточного пространства
Структурные
Кислые гетерополисахариды (гиалуроновая кислота)
Имеются в составе межклеточного вещества, обладают цементирующими качествами
Защитные
Кислые гетерополисахариды, (в том числе мукополисахариды)
Они формируют «смазочный» слой на поверхности клеточных структур. Образуются на поверхности органов пищеварения, носовой полости, бронхов, содержатся в суставной жидкости. Защищают ткани от повреждения во время трения, сжатия или внешней вибрации

Классификация по числу и строению моносахаридных остатков

В структуре полиозов от двух до двадцати моносахаридов в двух разных формах – пиранозной или фуранозной.

https://youtube.com/watch?v=T6TbyRcK6cM%27

Ниже имеется таблица со структурными единицами полиозов.

Группа моносахаров	Моносахара
Шестиатомные	Глюкоза
Галактоза
Пятиатомные	Фруктоза
Арабиноза
Ксилоза
Уроновые кислоты	Галактуроновая
Глюкуроновая
Маннуроновая

Различаются гомогликаны (они имеют другое название – гомополисахариды), они имеют в составе цепочки идентичные углеводные составляющие. И, соответственно, если звенья углеводов разные, то элемент получает название гетерополисахарида.

Название группы	Составляющие
Гомополисахариды (или гомополимеры)	Крахмал
Гликоген
Клетчатка
Хитин
Декстран
Гетерополисахариды (или гетерополимеры)	Хондроитин-сульфаты
Гепарин
Инулин
Пектины
Камеди
Слизи
Гиалуроновая кислота

Ссылки

1. Аспинал, Г. (1983). Классификация полисахаридов. В «Полисахаридах» (том 2, стр. 1–9). Academic Press, Inc.
2. Клейден, Дж., Гривс, Н., Уоррен, С., и Уотерс, П. (2001). Органическая химия (1-е изд.). Нью-Йорк: Издательство Оксфордского университета.
3. Дельгадо, LL, и Масуэлли, М. (2019). Полисахариды: понятия и классификация. Эволюция в журнале технологии полимеров, 2 (2), 2–7.
4. Гарретт Р. и Гришем К. (2010). Биохимия (4-е изд.). Бостон, США: Брукс / Коул. CENGAGE Обучение.
5. Хубер, KC, и BeMiller, JN (2018). Углеводы. В органической химии (стр. 888-928). Elsevier Inc.
6. Юрканис Брюс, П. (2003). Органическая химия. Пирсон.

Усваиваемые полисахариды

Крахмал

Это клейкое вещество тебе точно знакомо. Когда чистишь картошку и оставляешь плоды на некоторое время в вроде, вода белеет. Это все из-за крахмала. Кристаллы крахмала в холодной воде оседают, а в горячей набухают и превращают воду в студень. При растирании порошка будет слышен характерный хруст.

Особенность вещества состоит в том, что под воздействием кислот в твоем организме и тепла из крахмала высвобождается энергия, а точнее крахмал распадается до глюкозы.

В сутки тебе нужно 330-450 грамм крахмала. Его можно найти в картофеле, многих крупах, горохе, кукурузе, макаронах.

Гликоген

Этот полисахарид образуется из остатков глюкозы. А еще его нередко называют «животным» углеводом. Дело все в том, что этот полисахарид вырабатывается только в организмах животных и человека.

Главная задача гликогена состоит в запасании энергии на «черный» день. Если ты ешь достаточное количество глюкозы, то гликоген никак не задействуется. Но если ты начинаешь голодать, организм начинает использовать это вещество.

Особенно много гликогена содержится в печени. Там гликогена может доходить до 7-8% от общего состава веществ, тогда как в других органах всего 1-1,5% гликогена.

Классификация углеводов: моносахариды, дисахариды, полисахариды

В день врачи рекомендуют съедать не меньше 100 грамм гликогена. Найти его ты можешь в инжире, сахаре, меде, шоколаде, пряниках, бананах, арбузе, хурме. Но не особо увлекайся этими продуктами.

Инулин

Это вещество считают растворимой клетчаткой – за его скрабирующее действие в кишечнике. Инулин часто недооценивают, а многие вообще о нем ничего не знают. А зря. Достаточное количество этого вещества поможет тебе улучшить работу пищеварения, снизить риски заболевания диабетом II типа, предотвратить возникновение сердечно-сосудистых патологий, поддерживает плотность костей и помогает избавляться от лишних килограмм.

Инулин содержится в корешках цикория, топинамбуре, чесноке, луке, спарже и джимоке. В день рекомендуется потреблять не менее 25 грамм этого вещества. Но если продукты, содержащиеся инулин, тебе мало знакомые, лучше не пугать организм экзотикой в большом количестве. Начти с маленьких порций инулина, а затем, когда организм попривыкнет, увеличивай дозировку.

Функции в организме (таблица)

Что такое полисахариды мы рассмотрели, но теперь стоит выяснить, какое значение углеводы имеют для организма человека. Ниже имеется таблица с основными функциями данных элементов.

Основные функции
Примеры полисахаридов
Основные качества
Энергетические
Крахмал и гликоген
Главное назначение данных компонентов состоит в накоплении углеводов, они насыщают организм глюкозой (источником энергии)
Запасающие
Гликоген, крахмал
Вещества представляют важное значение для организма, благодаря им создаются длительные энергетические запасы, которые накапливаются в структуре жировых тканей. Формирование происходит в клетках мышц и в печени (частично в головном мозге и желудке)
Кофакторные
Гепарин и синтетические аналоги
Углеводы выполняют функции кофакторов ферментативных соединений в организме

Понижают свертываемость крови
Опорные
Целлюлоза, хондроитинсульфат
Клетчатка, или целлюлоза, является основой стеблевых образований, а в костных тканях животных содержатся хондроитинсульфаты
Гидроосмотические
Кислые гетерополисахариды (гиалуроновая кислота)
Они сдерживают в клеточных структурах воду и положительно заряженные ионы, предотвращают накопление молекул жидкости в области межклеточного пространства
Структурные
Кислые гетерополисахариды (гиалуроновая кислота)
Имеются в составе межклеточного вещества, обладают цементирующими качествами
Защитные
Кислые гетерополисахариды, (в том числе мукополисахариды)
Они формируют «смазочный» слой на поверхности клеточных структур. Образуются на поверхности органов пищеварения, носовой полости, бронхов, содержатся в суставной жидкости. Защищают ткани от повреждения во время трения, сжатия или внешней вибрации