Полісахариди — це складні вуглеводи, які складаються з великої кількості (від десятків до тисяч) моносахаридних одиниць, з’єднаних глікозидними зв’язками. Вони виконують різноманітні функції в живих організмах, від запасання енергії до структурної підтримки. Ось докладний опис полісахаридів із хімічної, структурної, біологічної та практичної точок зору.
Хімічна структура
- Склад: Полісахариди є полімерами моносахаридів (глюкози, фруктози, галактози тощо), з’єднаних глікозидними зв’язками (O-глікозидними або N-глікозидними).
- Формула: Загальна формула — (C₆H₁₀O₅)ₙ, де n — кількість мономерних одиниць (може варіюватися від 10 до десятків тисяч).
- Типи зв’язків:
- α-глікозидні зв’язки: Характерні для крохмалю, глікогену (легко розщеплюються організмом).
- β-глікозидні зв’язки: Характерні для целюлози, хітину (міцніші, стійкі до гідролізу в людини).
- Класифікація:
- Гомополісахариди: Складаються з одного типу моносахаридів (наприклад, крохмаль — лише глюкоза).
- Гетерополісахариди: Містять різні моносахариди (наприклад, гіалуронова кислота — глюкуронова кислота + N-ацетилглюкозамін).
Фізичні властивості
- Зовнішній вигляд: Зазвичай білі або безбарвні аморфні або кристалічні порошки.
- Розчинність: Більшість полісахаридів погано розчиняються у воді (наприклад, целюлоза, крохмаль), але деякі (пектин, глікоген) утворюють колоїдні розчини чи гелі.
- Смак: На відміну від моносахаридів, полісахариди несолодкі через велику молекулярну масу і відсутність вільних карбонільних груп.
- Структура: Може бути лінійною (целюлоза) або розгалуженою (глікоген, амілопектин).
Хімічні властивості
1. Гідроліз:
- Під дією кислот, основ або ферментів (амілаз, целюлаз) полісахариди розщеплюються до моносахаридів чи олігосахаридів:
(C₆H₁₀O₅)ₙ + (n-1)H₂O → nC₆H₁₂O₆.
2. Відсутність відновлювальних властивостей:
- Більшість полісахаридів не реагують із реактивами Фелінга чи Толленса, оскільки карбонільні групи моносахаридів зв’язані в глікозидних зв’язках (виняток — кінцеві одиниці в розгалужених молекулах).
3. Утворення похідних:
- Можуть етерифікуватися чи ацетилюватися (наприклад, ацетат целюлози для плівок).
Основні представники
1. Крохмаль:
- Склад: Гомополісахарид глюкози з α-1,4- та α-1,6-глікозидними зв’язками.
- Компоненти:
- Амілоза (20-30%): Лінійний ланцюг (α-1,4-зв’язки).
- Амілопектин (70-80%): Розгалужений (α-1,6-зв’язки).
- Функція: Запасна речовина в рослинах (зерна, бульби).
- Джерела: Картопля, рис, пшениця.
2. Глікоген:
- Склад: Гомополісахарид глюкози з α-1,4- та α-1,6-зв’язками, дуже розгалужений.
- Функція: Запасна речовина в тварин і грибів (зберігається в печінці та м’язах).
- Особливість: Більш розгалужений, ніж амілопектин, для швидкої мобілізації глюкози.
3. Целюлоза:
- Склад: Гомополісахарид глюкози з β-1,4-глікозидними зв’язками.
- Функція: Основний структурний компонент клітинних стінок рослин.
- Особливість: Лінійні ланцюги утворюють міцні волокна завдяки водневим зв’язкам.
- Джерела: Деревина, бавовна.
4. Хітин:
- Склад: Гомополісахарид N-ацетилглюкозаміну з β-1,4-зв’язками.
- Функція: Структурний компонент екзоскелетів комах, ракоподібних, клітинних стінок грибів.
5. Пектини:
- Склад: Гетерополісахарид (галактуронова кислота та інші цукри).
- Функція: Утворюють гелі, зміцнюють клітинні стінки рослин.
- Джерела: Фрукти (яблука, цитрусові), використовуються як загусники.
6. Гіалуронова кислота:
- Склад: Гетерополісахарид із глюкуронової кислоти та N-ацетилглюкозаміну.
- Функція: Зволоження і змащення в сполучній тканині, суглобах.
Біологічна роль
1. Енергетична:
- Крохмаль і глікоген слугують запасами енергії. При гідролізі (ферментами, як амілаза) вони розщеплюються до глюкози для метаболізму.
2. Структурна:
- Целюлоза забезпечує міцність рослинних клітин, хітин — захист у тварин і грибів.
3. Регуляторна:
- Пектини беруть участь у рості клітин рослин, гепарин (гетерополісахарид) — у згортанні крові.
4. Захисна:
- Муцини (глікопротеїни з полісахаридами) утворюють слиз для захисту слизових оболонок.
Метаболізм
- Синтез: Моносахариди (глюкоза) полімеризуються в полісахариди за участю ферментів (наприклад, глікогенсинтаза для глікогену).
- Розщеплення: Ферменти (амілаза, глікогеназа) гідролізують α-зв’язки; β-зв’язки целюлози розщеплюють лише мікроорганізми (целюлази в жуйних тварин, грибів).
Джерела в природі
- Крохмаль: Зернові (пшениця, кукурудза), картопля.
- Глікоген: М’ясо, печінка тварин.
- Целюлоза: Рослинні волокна (деревина, овочі).
- Хітин: Панцирі крабів, комах.
Застосування
1. Харчова промисловість:
- Крохмаль — загусник, основа сиропів.
- Пектини — для джемів, желе.
2. Медицина:
- Гепарин — антикоагулянт.
- Гіалуронова кислота — у косметиці, ортопедії.
3. Промисловість:
- Целюлоза — папір, текстиль (бавовна, віскоза).
- Хітин — біорозкладні матеріали.
Цікаві факти
- Целюлоза — найпоширеніший органічний полімер на Землі (~50% біомаси рослин).
- Людина не може перетравлювати целюлозу через відсутність целюлази, але вона слугує як клітковина для травлення.
- Глікоген у печінці людини (~100 г) забезпечує енергію на 12-18 годин голодування.