Полисахариды (гликаны)

Большинство углеводов, встречающихся в природе, существует в форме высокомолекулярных полисахаридов. Их полный гидролиз в присутствии кислот или специфических ферментов дает моносахариды и их простые производные. Преобладающей моносахаридной единицей является глюкоза, встречаются полисахариды маннозы, фруктозы, галактозы, ксилозы и арабинозы. Среди производных моносахаридов присутствуют глюкозамин, галактозамин, глюкуроновая кислота, мурамовая и нейраминовая кислоты.

Полисахариды (гликаны) отличаются друг от друга природой повторяющихся моносахаридных единиц, длиной цепи и степенью их ветвления. Различают гомополисахариды (гомогликаны), состоящие из моносахаридных единиц только одного вида, и гетерополисахариды (гетерогликаны), имеющие единицы 2 или более видов. Крахмал состоит только из глюкозных единиц и представляет собой гомополисахарид. Гиалуроновая кислота состоит из чередующихся остатков глюкуроновой кислоты и N-ацетил-глюкозамина, является гетерополисахаридом. По систематической номенклатуре названия составляются из названия моносахаридов с заменой суффикса –оза на –ан (глюкан).

Резервные полисахариды Главными резервными полисахаридами растений и животных является крахмал и гликоген, которые откладываются в цитоплазме клеток в виде крупных гранул. Эти гранулы состоят из большого числа полисахаридных молекул. Кроме того, в них содержатся белки и в их числе ферменты, принимающие участие в синтезе и распаде полисахаридов. Если в клетке имеется излишек глюкозы, то ее молекулы присоединяются к концам цепей крахмала или гликогена, если же возникает метаболическая потребность в глюкозе, то происходит ее ферментативное отщепление от резервных полисахаридов.

Крахмал существует в двух формах - в виде a-амилозы и амилопектина. a-амилоза состоит из длинных неразветвленных цепей, в которых все глюкозные единицы соединены a-связями (1,4 ), молекулярный вес варьирует от нескольких тысяч до 500000. В воде амилоза не дает истинного раствора, но образует гидратированные мицеллы, которые при добавлении иода окрашиваются в синий цвет. В таких мицеллах полисахаридные цепи скручиваются в спираль. Цепи амилопектина сильно разветвлены. Ветви содержат в среднем по 12 остатков глюкозы. Амилопектин также образует коллоидные или мицеллярные растворы, однако при добавлении иода эти растворы окрашиваются в красно-фиолетовый цвет. М.в. может достигать 1 млн. Основные компоненты крахмала гидролизуются ферментативно амилазой, который присутствует в соке поджелудочной железы и в слюне. При кислотном гидролизе крахмала получают декстрины.

Гликоген содержится в животных тканях. Представляет собой полисахарид, в котором глюкозные единицы соединены (1,4)-связями. Отличается высокой степенью ветвления. Хорошо гидролизуется амилазами, после чего остается остаточный декстрин.

Структурные полисахариды Главными структурными полисахаридами являются целлюлоза и полисахариды соединительной ткани.

В состав целлюлозы входит более 50% всего органического углерода биосферы. Целлюлоза - простейший и наиболее распространенный структурный полисахарид растительного мира. Древесина состоит из целлюлозы приблизительно на 50%, а хлопок представляет собой почти чистую целлюлозу. Почти вся встречающаяся в природе целлюлоза принадлежит к разряду внеклеточных веществ. При полном гидролизе целлюлозы образуется только b-глюкоза. У большинства млекопитающих в желудке нет ферментов, способных расщеплять b(1,4)-связь между глюкозными остатками, поэтому целлюлоза не может служить для них источником питания. У жвачных животных в рубце имеются бактерии, вырабатывающие целлюлазу, который расщепляет целлюлозу. Минимальный м.в. от 50000 до 500000 (300 -3000 остатков глюкозы). Молекулы целлюлозы соединены в пучки, состоящие из параллельных цепей, связанных водородными связями и совершенно не растворимы в воде.

Другими важными структурными полисахаридами являются гемицеллюлоза, пектин, входящие в состав древесины, хитин - главный структурный компонент твердого наружного скелета насекомых и ракообразных и агар морских водорослей.

В состав мукополисахаридов (гликозамингликанов) входит уроновая кислота и N-ацетилгексозамин, иногда в составе встречаются свободные моносахаридные звенья, некоторые мукополисахариды содержат остатки серной кислоты. В организме человека и животных образуются комплексы с белком. Мукополисахариды образуют основное вещество соединительной ткани.

Гиалуроновая кислота содержится во всех видах соединительной ткани. Наибольшее количество найдено в пупочном канате, стекловидном теле глаза, синовиальной жидкости и коже. Она может существовать в свободном виде и в виде комплексов с белком, образует очень вязкие растворы, которые предохраняют ткань от проникновения инфекции, а также является смазкой в суставах. Структурной единицей является дисахарид, состоящий из b-Д-глюкуроновой кислоты и b-N-ацетилглюкозамина, соединенных b(1→3) гликозидной связью, дисахаридные фрагменты соединены b(1→4) гликозидной связью.

Хондроитинсульфаты (ХС) служат основным структурным компонентом хрящевой ткани, сухожилий, роговицы глаза, содержатся в костной ткани и коже. ХС состоят из дисахаридных остатков (N-ацетилхондрозин), соединенных b(1→4) гликозидной связью. ХС – это эфиры серной кислоты и N-ацетилхондрозина. В зависимости от расположения сульфогруппы различают хондроитин-4-сульфаты и хондроитин-6-сульфаты.

Кератансульфаты (КС) имеют чередующиеся дисахаридные звенья, состоящие из N-ацетилглюкоамин-6-сульфата и b-Д-галактозы, соединенных b(1→4) гликозидной связью. Дисахаридные звенья соединены между собой b(1→3) гликозидной связью. Содержатся КС в хрящах и роговице глаза.

Мурамин– неразветвленный полисахарид, построенный из чередующихся звеньев N-ацетилглюкоамина и N-ацетилмурамовой кислоты, соединенных b(1→4) гликозидной связью. Мурамовая кислота – это Д-глюкозамин, связанный простой эфирной связью в третьем положении с остатком молочной кислоты. Мурамин (опорно-механический материал бактриальной клеточной стенки) по функции и структурной организации очень близок к целлюлозе и хитину.