Polysaccharide

6 října, 2021admin

Table of Contents

Reviewed by: Todd Smith, PhD

Polysaccharide Definition

noun
plural: polysaccharides
pol·y·sac·cha·ride, ˌpɒlɪˈsækəɹaɪd
Any from the group of polymeric carbohydrates formed by long chains of repeating units linked together by glycosidic bonds

Terminology

The term polysaccharide etymologically means multi saccharides. A saccharide refers to the unit structure of carbohydrates. Thus, a polysaccharide is a carbohydrate comprised of many saccharides, i.e. more than ten (mono)saccharide units.

Overview

Carbohydrates are organic compounds comprised of carbon, hydrogen, and oxygen, usually in the ratio of 1:2:1. They are one of the major classes of biomolecules. They are an important source of energy. They also serve as structural components. Jako živiny je lze rozdělit do dvou hlavních skupin: jednoduché sacharidy a složené sacharidy. Jednoduché sacharidy, někdy označované jednoduše jako cukr, jsou ty, které jsou snadno stravitelné a slouží jako rychlý zdroj energie. Složené sacharidy (např. celulóza, škrob, chitin a glykogen) jsou ty, které potřebují více času na trávení a metabolismus. Často mají vysoký obsah vlákniny a na rozdíl od jednoduchých sacharidů méně často způsobují prudké zvýšení hladiny cukru v krvi.

Charakteristika polysacharidů

Polysacharidy se vyznačují následujícími chemickými vlastnostmi: (1) nemají sladkou chuť, (2) mnohé z nich jsou nerozpustné ve vodě, (3) při vysychání netvoří krystaly, (4) jsou kompaktní a nejsou osmoticky aktivní uvnitř buněk, (5) lze je extrahovat za vzniku bílého prášku a (6) mají obecný chemický vzorec Cx(H2O)y.

Polysacharidy se skládají z vodíku, uhlíku a kyslíku, stejně jako ostatní formy sacharidů. Poměr atomů vodíku k atomům kyslíku je často 2:1, proto se také označují jako hydráty uhlíku. Obecný chemický vzorec polysacharidů je (C6H10O5)n. Vzhledem k přítomnosti uhlíku a kovalentních vazeb C-C a C-H jsou považovány za organické sloučeniny podobně jako ostatní sacharidy.

Polysacharidy se liší od oligosacharidů a disacharidů podle toho, kolik monosacharidových jednotek obsahují. Disacharidy jsou tvořeny pouze dvěma monosacharidy. Oligosacharidy mají více než dva monosacharidy. Termín oligosacharid se běžně používá pro označení relativně kratších řetězců než polysacharidy. Polysacharidy jsou typem biologické makromolekuly složené z více monosacharidových jednotek.

Existují různé formy polysacharidů. Jejich struktura se pohybuje od jednoduché lineární až po složitější, vysoce rozvětvené formy. Mnohé z nich jsou heterogenní. V závislosti na svém složení mohou být amorfní nebo nerozpustné ve vodě.

Dehydratační syntéza

Chemický proces spojování monosacharidových jednotek se označuje jako dehydratační syntéza, protože při něm dochází k uvolňování vody jako vedlejšího produktu. Jedním ze způsobů syntézy polysacharidu je kondenzační reakce, protože zahrnuje spojování dílčích jednotek za vzniku spíše kondenzované sloučeniny se současným uvolněním nebo ztrátou vody.

Hydrolýza

Hydrolýza je proces přeměny polysacharidu na jednoduché monosacharidové složky. Zatímco kondenzační reakce zahrnuje vyloučení vody, hydrolýza využívá molekulu vody. Proces přeměny polysacharidů na monosacharidy se nazývá zejména sacharifikace.
U člověka jsou sacharidy (kromě monosacharidů) tráveny prostřednictvím řady enzymatických reakcí. Těmito enzymy jsou slinná amyláza, pankreatická amyláza a maltasa. Slinná amyláza působí na škrob a štěpí ho na maltózu. Dalším místem trávení sacharidů bude tenké střevo. Žaludek se na trávení sacharidů nepodílí, protože žaludeční šťáva inhibuje aktivitu slinné amylázy. Další fází trávení sacharidů bude tedy tenké střevo.
Když se částečně strávené sacharidy dostanou do tenkého střeva, slinivka břišní vylučuje pankreatické šťávy, které obsahují pankreatickou amylázu. Tento enzym působí na částečně strávené sacharidy tak, že je rozkládá na jednoduché cukry. Kartáčová hranice tenkého střeva uvolňuje trávicí enzymy, jako je isomaltáza, maltasa, sukrasa a laktáza. Isomaltáza tráví polysacharidy na vazbách alfa 1-6 a přeměňuje alfa-limitní dextrin na maltózu. Maltáza štěpí maltózu (disacharid) na dvě glukózové jednotky. Sachráza a laktáza štěpí sacharózu, resp. laktózu na monosacharidové složky. Epitelové buňky na kartáčové hranici tenkého střeva absorbují monosacharidy. Glukóza a galaktóza jsou přijímány dovnitř střevní buňky (enterocytu) aktivním transportem pomocí glukózových transportérů (GluT). Fruktóza je rovněž vychytávána pomocí GluT, ale způsob transportu není dosud jasný (zda se jedná o aktivní nebo pasivní transport). Enterocyty uvolňují monosacharidy do kapilár pasivním transportem (zejména usnadněnou difuzí). Jednoduché cukry jsou pak z krevního řečiště transportovány do buněk dalších tkání, zejména do jater. Glukóza v krvi může být v těle využita k produkci ATP. V opačném případě je spolu s galaktózou a fruktózou (které se z velké části přeměňují na glukózu) transportována do jater, kde se ukládá jako glykogen.
Zbylé sacharidy, které se nevstřebají v tenkém střevě, se dostávají do tlustého střeva. Střevní flóra v tlustém střevě je metabolizuje anaerobně (např. kvašením). Tím dochází k produkci plynů (např. vodíku, CO2 a metanu) a mastných kyselin, jako jsou acetát a butyrát, které jsou v těle okamžitě metabolizovány. Tyto plyny jsou následně vylučovány vydechováním, eruktací (říháním) nebo plynatostí.

Glykogeneze

Glykogeneze je metabolický proces výroby glykogenu z glukózy za účelem jeho skladování. Tento proces probíhá především v jaterních a svalových buňkách v reakci na vysokou hladinu glukózy v krevním řečišti. Krátké polymery glukózy, zejména exogenní glukózy, se přeměňují na dlouhé polymery, které se ukládají uvnitř buněk. Když tělo potřebuje metabolickou energii, glykogen se rozkládá na glukózové podjednotky procesem glykogenolýzy. Glykogeneze je tedy opačný proces než glykogenolýza.

Glykogenolýza

Glykogenolýza je proces rozkladu glykogenu uloženého v játrech, aby mohla být vyrobena glukóza pro použití v energetickém metabolismu. Uložený glykogen v jaterních buňkách se rozkládá na prekurzory glukózy. Z glykogenu se odřízne jedna molekula glukózy, která se přemění na glukózo-1-fosfát a ten zase na glukózo-6-fosfát, který může vstoupit do glykolýzy.

Glykosylace

Podobně jako oligosacharidy mohou některé polysacharidy sloužit jako glykany v některých glykokonjugátech. Oligosacharidy jsou však častěji sacharidovou složkou než polysacharidy. Glykosylace je proces, při kterém je glykan enzymaticky připojen k proteinu, lipidu nebo jiné organické molekule. Postupné procesy glykosylace se liší v závislosti na typu glykosylace. Například N-vázaná glykosylace je taková, kdy je glykan připojen k dusíkovému atomu asparaginového nebo argininového zbytku proteinu. Naopak O-vázaná glykosylace je proces, kdy jsou O-vázané glykany připojeny k hydroxylovému kyslíku serinu, treoninu, tyrosinu, hydroxylysinu nebo hydroxyprolinu postranních řetězců proteinu. Může to být také proces, při kterém se O-vázané glykany připojují ke kyslíku na lipidech. Existují i další formy glykosylace, například C-vázaná (tj. glykan navázaný na uhlík), P-vázaná (tj. glykan, na fosfor) a S-vázaná (glykan, na síru).

Klasifikace polysacharidů

Polysacharidy mohou být homopolysacharidy nebo heteropolysacharidy v závislosti na jejich monosacharidových složkách. Homopolysacharid (nazývaný také homoglykan) se skládá pouze z jednoho typu monosacharidu, zatímco heteropolysacharid (nazývaný také heteroglykan) se skládá z různých typů monosacharidů.
Na základě své funkce lze polysacharidy klasifikovat jako zásobní nebo strukturní polysacharidy. Skladovací polysacharidy jsou ty, které slouží ke skladování. Například rostliny skladují glukózu ve formě škrobu. Živočichové ukládají jednoduché cukry ve formě glykogenu. Strukturní polysacharidy jsou sacharidy, které mají strukturní úlohu. Rostliny mají celulózy, což jsou polymery opakujících se glukózových jednotek, které jsou spojeny beta-vazbami. Někteří živočichové produkují chitin, který slouží jako strukturní složka například exoskeletu.

Příklady polysacharidů

Běžnými příklady polysacharidů jsou celulóza, škrob, glykogen a chitin. Celulóza je polysacharid tvořený lineárním řetězcem β (1→4) spojených jednotek D-glukózy: (Škrob je polysacharidový sacharid (C6H10O5)n sestávající z velkého počtu monosacharidových jednotek glukózy spojených glykosidickými vazbami, který se nachází zejména v semenech, cibulích a hlízách. Glykogen je rozvětvený polymer glukózy, který se vytváří především v jaterních a svalových buňkách a funguje jako sekundární dlouhodobá zásobárna energie v živočišných buňkách. Chitin je polymer polysacharidu obsahujícího dusík (C8H13O5N)n vytvářející u některých organismů houževnatý ochranný obal nebo strukturální oporu. Tvoří buněčné stěny hub a exoskelet hmyzu. Dalšími příklady disacharidů jsou kalóza, chrysolaminarin, xylan, mannan, fukoidan, galaktomannan, arabinoxylan.

Biologický význam

Polysacharidy jsou stejně jako ostatní sacharidy hlavním zdrojem energie, a proto jsou jednou z hlavních složek potravy. Živočichové je konzumují, aby získali monosacharidy, které mohou využít k syntéze ATP. ATP je chemická energie biologicky syntetizovaná aerobním a anaerobním dýcháním. Glukóza je nejběžnější formou monosacharidu, kterou buňka využívá k syntéze ATP prostřednictvím substrátové fosforylace (glykolýza) a/nebo oxidativní fosforylace (zahrnující redoxní reakce a chemiosmózu). A jedním ze zdrojů glukózy je strava obsahující sacharidy. Příliš mnoho sacharidů ve stravě však může vést ke zdravotním problémům. Trvale vysoká hladina cukru v krvi by nakonec mohla vést k cukrovce. Střeva by také musela vynaložit větší úsilí na jejich trávení. Příliš mnoho fruktózy by například mohlo vést k malabsorpci v tenkém střevě. Pokud k tomu dojde, mohla by být nevstřebaná fruktóza transportovaná do tlustého střeva využita ke kvašení střevní flórou. To by mohlo vést k bolestem zažívacího traktu, průjmu, plynatosti nebo nadýmání.
Rostliny ukládají přebytečnou glukózu ve formě škrobu. Thus, there are plants that are harvested to use the starch for food preparation and industrial purposes. Animals store carbohydrates in the form of glycogen so that when the body demands for more glucose, glucose can be taken from this reserve through the process, glycogenolysis. Polysaccharides are also essential in living organisms as they serve as structural component of biological structures, such as cellulose and chitin. Plant cellulose is harvested for its multifarious uses in the industry.

Etymology

Ancient Greek πολύς (polús, meaning „many) + saccharide

Synonyms

polysaccharose
polysaccharid

Related Terms

C polysaccharide

Compare

monosaccharide
oligosaccharide