Полісахариди

Від | 20.02.2025

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:
  1. Гомополісахариди: Складаються з одного типу моносахаридів (наприклад, крохмаль — лише глюкоза).
  2. 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.