Polysaccharide

október 6, 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. Tápanyagként két fő csoportba sorolhatók: egyszerű szénhidrátok és összetett szénhidrátok. Az egyszerű szénhidrátok, amelyeket néha egyszerűen csak cukornak neveznek, azok, amelyek könnyen emészthetők és gyors energiaforrásként szolgálnak. Az összetett szénhidrátok (például a cellulóz, a keményítő, a kitin és a glikogén) azok, amelyeknek több időre van szükségük az emésztéshez és az anyagcseréhez. Gyakran magas a rosttartalmuk, és az egyszerű szénhidrátokkal ellentétben kevésbé okoznak vércukorszint-emelkedést.

A poliszacharidok jellemzői

A poliszacharidokat a következő kémiai tulajdonságok jellemzik: (1) nem édes ízűek, (2) sok közülük vízben nem oldódik, (3) kiszárítva nem képeznek kristályokat, (4) tömörek és nem ozmotikusan aktívak a sejteken belül, (5) fehér por formájában kivonhatók, és (6) általános kémiai képletük Cx(H2O)y.

A poliszacharidok hidrogénből, szénből és oxigénből állnak, akárcsak a szénhidrátok más formái. A hidrogénatomok és az oxigénatomok aránya gyakran 2:1, ezért szénhidrátoknak is nevezik őket. A poliszacharidok általános kémiai képlete (C6H10O5)n. A szén és a C-C és C-H kovalens kötések jelenléte miatt a többi szénhidráthoz hasonló szerves vegyületnek tekinthetők.

A poliszacharidok az alapján különböznek az oligoszacharidoktól és a diszacharidoktól, hogy hány monoszacharid egység van bennük. A diszacharidok csak két monoszacharidból állnak. Az oligoszacharidok több mint két monoszacharidot tartalmaznak. Az oligoszacharid kifejezést általában a poliszacharidoknál viszonylag rövidebb láncok leírására használják. A poliszacharidok olyan biológiai makromolekulák, amelyek több monoszacharid egységből állnak.

A poliszacharidoknak sokféle formája létezik. Szerkezetük az egyszerű lineáris formától az összetettebb, erősen elágazó formákig terjed. Sok közülük heterogén. Összetételüktől függően lehetnek amorfak vagy vízben nem oldódóak.

Dehidrációs szintézis

A monoszacharid egységek összekapcsolásának kémiai folyamatát dehidrációs szintézisnek nevezzük, mivel melléktermékként víz szabadul fel. A poliszacharidok szintézisének egyik módja a kondenzációs reakció, mivel ez magában foglalja az alegységek egyesülését egy meglehetősen kondenzált vegyület kialakulásához, ezzel egyidejűleg víz felszabadulása vagy elvesztése mellett.

Hidrolízis

A hidrolízis a poliszacharid egyszerű monoszacharid összetevőkké történő átalakításának folyamata. Míg a kondenzációs reakció a víz eltávolításával jár, addig a hidrolízis a vízmolekulát használja fel. Különösen a poliszacharidok monoszacharidokká történő átalakításának folyamatát nevezzük szacharifikációnak.
Az emberben a szénhidrátok (a monoszacharidok kivételével) enzimatikus reakciók sorozatán keresztül emésztődnek. Ezek az enzimek a nyál amiláz, a hasnyálmirigy amiláz és a maltáz. A nyálamiláz a keményítőre hat és azt maltózzá bontja. A szénhidrátemésztés következő helyszíne a vékonybél lesz. A gyomor nem vesz részt a szénhidrát emésztésében, mert a gyomornedv gátolja a nyálamiláz aktivitását. Így a szénhidrát emésztésének következő fázisa a vékonybél lesz.
Amikor a részben megemésztett szénhidrátok a vékonybélbe jutnak, a hasnyálmirigy hasnyálmirigynedvet választ ki, amely tartalmazza a hasnyálmirigy-amilázt. Ez az enzim a részben emésztett szénhidrátokra hat, egyszerű cukrokká bontva azokat. A vékonybél ecsetszegélye olyan emésztőenzimeket szabadít fel, mint az izomaltáz, a maltáz, a szukráz és a laktáz. Az izomaltáz a poliszacharidokat az alfa-1-6 kötéseknél emészti meg, és az alfa-határértékű dextrint maltózzá alakítja át. A maltáz a maltózt (egy diszacharid) két glükózegységre bontja. A szukráz és a laktáz a szacharózt, illetve a laktózt monoszacharid alkotórészeire bontja. A vékonybél ecsethatárán lévő hámsejtek monoszacharidokat szívnak fel. A glükóz és a galaktóz a bélsejtek (enterociták) belsejébe kerül a glükóztranszporterek (GluT) segítségével történő aktív transzport révén. A fruktóz szintén a GluT segítségével kerül felvételre, de a transzport módja még nem tisztázott (aktív vagy passzív transzporttal történik-e). Az enterociták a monoszacharidokat a kapillárisokba passzív transzporttal (különösen elősegített diffúzióval) bocsátják ki. Az egyszerű cukrok ezután a véráramból más szövetek sejtjeihez, különösen a májhoz szállítódnak. A vérben lévő glükózt a szervezet ATP előállítására használhatja fel. Ellenkező esetben a galaktózzal és a fruktózzal (amelyek nagyrészt glükózzá alakulnak át) együtt a májba kerül, ahol glikogénként tárolódik.
A fennmaradó, a vékonybélben fel nem szívódó szénhidrátok a vastagbélbe kerülnek. A vastagbél bélflórája anaerob módon (pl. erjesztéssel) metabolizálja őket. Ezáltal gázok (pl. hidrogén, CO2 és metán) és zsírsavak, például acetát és butirát keletkeznek, amelyeket a szervezet azonnal metabolizál. A gázok viszont kilégzéssel, erukcióval (böfögés) vagy puffadással ürülnek ki.

Glikogenezis

A glikogenezis az az anyagcsere-folyamat, amelynek során a glükózból glikogént állítunk elő a tárolásra. A folyamat főként a máj- és izomsejtekben zajlik a véráramban lévő magas glükózszintre adott válaszként. A glükóz rövid polimerjei, különösen az exogén glükóz, hosszú polimerekké alakulnak át, hogy a sejtekben tárolódjanak. Amikor a szervezetnek metabolikus energiára van szüksége, a glikogén a glikogenolízis folyamatán keresztül glükóz alegységekre bomlik. A glikogenezis tehát a glikogenolízis ellentétes folyamata.

Glikogenolízis

A glikogenolízis a májban tárolt glikogén lebontásának folyamata, hogy az energiaanyagcserében felhasználható glükóz keletkezzen. A májsejtekben tárolt glikogént glükóz prekurzorokra bontják. A glikogénből egyetlen glükózmolekula levágódik, és glükóz-1-foszfáttá alakul, amely viszont glükóz-6-foszfáttá alakul át, amely beléphet a glikolízisbe.

Glikoziláció

Az oligoszacharidokhoz hasonlóan egyes poliszacharidok is szolgálhatnak glikánként bizonyos glikokonjugátumokban. Az oligoszacharidok azonban gyakrabban képezik a szénhidrátkomponenst, mint a poliszacharidok. A glikoziláció az a folyamat, amelynek során egy glikán enzimatikus úton kapcsolódik egy fehérjéhez, egy lipidhez vagy más szerves molekulához. A glikoziláció lépésenkénti folyamatai a glikoziláció típusától függően változnak. Például N-kötött glikozilációról akkor beszélünk, amikor a glikán egy fehérje aszparagin- vagy arginin-maradékának nitrogénatomjához kapcsolódik. Ezzel szemben az O-kötött glikoziláció az a folyamat, amikor az O-kötött glikánok egy fehérje szerin, treonin, tirozin, hidroxilizin vagy hidroxiprolin oldalláncainak hidroxil oxigénjéhez kapcsolódnak. Ez lehet az a folyamat is, amikor az O-kötött glikánok a lipidek oxigénjéhez kapcsolódnak. A glikozilációnak más formái is léteznek, például C-kötésű (azaz szénhez kötött glikán), P-kötésű (azaz foszforhoz kötött glikán) és S-kötésű (kénhez kötött glikán).

A poliszacharidok osztályozása

A poliszacharidok lehetnek homopoliszacharidok vagy heteropoliszacharidok a monoszacharid összetevőiktől függően. A homopoliszacharid (más néven homoglikán) csak egyféle monoszacharidból áll, míg a heteropoliszacharid (más néven heteroglikán) különböző típusú monoszacharidokból áll.
Funkciójuk alapján a poliszacharidok raktározási vagy szerkezeti poliszacharidokba sorolhatók. A tároló poliszacharidok azok, amelyek a tárolásra szolgálnak. A növények például keményítő formájában tárolják a glükózt. Az állatok az egyszerű cukrokat glikogén formájában tárolják. A strukturális poliszacharidok olyan szénhidrátok, amelyek szerkezeti szerepet töltenek be. A növényeknek vannak cellulózaik, amelyek béta-kötésekkel összekapcsolt, ismétlődő glükózegységek polimerjei. Egyes állatok kitint termelnek, amely szerkezeti alkotóelemként szolgál például az exoskeletonban.

Példák a poliszacharidokra

A poliszacharidok gyakori példái a cellulóz, a keményítő, a glikogén és a kitin. A cellulóz egy poliszacharid, amely β (1→4) kötésű D-glükóz egységek lineáris láncából áll: (A keményítő egy poliszacharid szénhidrát (C6H10O5)n, amely nagyszámú, glikozidos kötésekkel összekapcsolt glükóz-monoszacharid egységből áll, és különösen a magvakban, hagymákban és gumókban található. A glikogén a glükóz elágazó polimerje, amely főként a máj- és izomsejtekben termelődik, és az állati sejtekben másodlagos hosszú távú energiatárolóként működik. A kitin egy nitrogéntartalmú poliszacharid (C8H13O5N)n polimer, amely egyes élőlényekben szívós, védőburkot vagy szerkezeti támaszt nyújt. Ez alkotja a gombák sejtfalát és a rovarok külső vázát. További példák a diszacharidokra: kallóz, krizolaminarin, xilán, mannán, fukoidán, galaktomannán, arabinoxilán.

Biológiai jelentősége

A poliszacharidok a többi szénhidráthoz hasonlóan fontos energiaforrásnak számítanak, ezért a táplálék egyik legfontosabb összetevői. Az állatok azért fogyasztják őket, hogy monoszacharidokhoz jussanak, amelyekből ATP-t szintetizálhatnak. Az ATP-k az aerob és anaerob légzés során biológiailag szintetizált kémiai energia. A glükóz a monoszacharidok leggyakoribb formája, amelyet a sejt ATP szintézisére használ szubsztrát-szintű foszforiláció (glikolízis) és/vagy oxidatív foszforiláció (redox-reakciók és kemoszmózis bevonásával) útján. A glükóz egyik forrása pedig a szénhidráttartalmú táplálék. A túl sok szénhidrát az étrendben azonban egészségügyi problémákhoz vezethet. A tartósan magas vércukorszint végül cukorbetegséghez vezethet. A bélnek is nagyobb erőfeszítést kellene tennie az emésztésükhöz. A túl sok fruktóz például felszívódási zavarokhoz vezethet a vékonybélben. Ha ez megtörténik, a vastagbélbe szállított fel nem szívódott fruktózt a vastagbélflóra fermentációra használhatja fel. Ez gyomor-bélrendszeri fájdalomhoz, hasmenéshez, puffadáshoz vagy felfúvódáshoz vezethet.
A növények a felesleges glükózt keményítő formájában tárolják. 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