Polysaccharide

oktober 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. Als voedingsstof kunnen ze in twee grote groepen worden ingedeeld: enkelvoudige koolhydraten en complexe koolhydraten. Enkelvoudige koolhydraten, soms gewoon suiker genoemd, zijn die welke gemakkelijk verteerd worden en dienen als snelle energiebron. Complexe koolhydraten (zoals cellulose, zetmeel, chitine en glycogeen) hebben meer tijd nodig om verteerd en gemetaboliseerd te worden. Ze zijn vaak vezelrijk en in tegenstelling tot enkelvoudige koolhydraten veroorzaken ze minder snel pieken in de bloedsuikerspiegel.

Kenmerken van Polysacchariden

Polysacchariden worden gekenmerkt door de volgende chemische eigenschappen: (1) niet zoet van smaak, (2) waarvan vele onoplosbaar in water, (3) vormen geen kristallen bij uitdroging, (4) compact en niet osmotisch actief binnen de cellen, (5) kunnen worden geëxtraheerd tot wit poeder, en (6) algemene chemische formule van Cx(H2O)y.

Polysacchariden bestaan uit waterstof, koolstof, en zuurstof, net als de andere vormen van koolhydraten. De verhouding tussen waterstofatomen en zuurstofatomen is vaak 2:1, daarom worden ze ook wel omschreven als hydraten van koolstof. De algemene chemische formule van polysacchariden is (C6H10O5)n. Vanwege de aanwezigheid van koolstof en C-C en C-H covalente bindingen, worden ze beschouwd als organische verbindingen, vergelijkbaar met andere koolhydraten.

Polysachariden verschillen van oligosachariden en disachariden op basis van het aantal monosacharide-eenheden dat aanwezig is. Disacchariden bestaan uit slechts twee monosacchariden. Oligosacchariden hebben meer dan twee monosacchariden. De term oligosaccharide wordt gewoonlijk gebruikt om relatief kortere ketens aan te duiden dan polysacchariden. Polysacchariden zijn een soort biologische macromoleculen die bestaan uit meerdere monosaccharide-eenheden.

Er zijn diverse vormen van polysacchariden. Hun structuur varieert van een eenvoudige lineaire tot de meer complexe, sterk vertakte vormen. Veel van hen zijn heterogeen. Afhankelijk van hun samenstelling kunnen ze amorf of onoplosbaar in water zijn.

Dehydratiesynthese

Het chemische proces waarbij monosacharide-eenheden worden samengevoegd, wordt dehydratiesynthese genoemd, omdat daarbij water als bijproduct vrijkomt. Eén manier om een polysaccharide te synthetiseren is door middel van een condensatiereactie, aangezien hierbij subeenheden worden samengevoegd tot een tamelijk gecondenseerde verbinding waarbij water vrijkomt of verloren gaat.

Hydrolyse

Hydrolyse is het proces van omzetting van polysaccharide in eenvoudige monosaccharide componenten. Terwijl bij de condensatiereactie water wordt geëlimineerd, maakt hydrolyse gebruik van de watermolecule. Het proces van omzetting van polysacchariden in monosacchariden, in het bijzonder, wordt versuikering genoemd.
In de mens worden koolhydraten (afgezien van monosacchariden) verteerd door middel van een reeks enzymatische reacties. Deze enzymen zijn speekselamylase, pancreasamylase, en maltase. Speekselamylase werkt in op het zetmeel en breekt het af tot maltose. De volgende plaats waar koolhydraten worden verteerd is de dunne darm. De maag is niet betrokken bij de vertering van koolhydraten omdat het maagsap de activiteit van de amylase in het speeksel remt. De volgende fase van de vertering van koolhydraten is dus de dunne darm.
Wanneer de gedeeltelijk verteerde koolhydraten de dunne darm bereiken, scheidt de alvleesklier alvleeskliersappen af, die het alvleesklieramylase bevatten. Dit enzym werkt op de gedeeltelijk verteerde koolhydraten door ze af te breken tot eenvoudige suikers. De borstelgrens van de dunne darm scheidt spijsverteringsenzymen af zoals isomaltase, maltase, sucrase en lactase. Isomaltase verteert polysachariden aan de alfa 1-6 bindingen, en zet alfa-limiet dextrine om in maltose. Maltase breekt maltose (een disacharide) af tot twee glucose-eenheden. Sucrase en lactase verteren respectievelijk sucrose en lactose tot monosaccharide bestanddelen. De epitheelcellen aan de borstelgrens van de dunne darm absorberen monosacchariden. Glucose en galactose worden in de darmcel (enterocyte) opgenomen via actief transport met behulp van glucosetransporters (GluT). Fructose wordt ook opgenomen met behulp van GluT, maar de wijze van transport is nog niet duidelijk (of dit door actief of passief transport gebeurt). De enterocyten geven de monosachariden af aan de haarvaten via passief transport (met name door gefaciliteerde diffusie). De enkelvoudige suikers worden vervolgens vanuit de bloedbaan naar de cellen van andere weefsels, met name naar de lever, getransporteerd. Glucose in het bloed kan door het lichaam worden gebruikt om ATP te produceren. Anders wordt het naar de lever getransporteerd, samen met de galactose en fructose (die grotendeels in glucose worden omgezet), om te worden opgeslagen als glycogeen.
De resterende koolhydraten die niet door de dunne darm worden geabsorbeerd, komen in de dikke darm terecht. De darmflora in de dikke darm verteert ze anaeroob (b.v. door gisting). Dit leidt tot de productie van gassen (bv. waterstof, CO2 en methaan) en vetzuren, zoals acetaat en butyraat, die onmiddellijk door het lichaam worden gemetaboliseerd. De gassen worden op hun beurt weer uitgescheiden door uitademen, opboeren of winderigheid.

Glycogenese

Glycogenese is het stofwisselingsproces waarbij glycogeen wordt gemaakt uit glucose voor opslag. Het proces vindt vooral plaats in lever- en spiercellen als reactie op een hoog glucosegehalte in de bloedbaan. Korte glucosepolymeren, vooral exogene glucose, worden omgezet in lange polymeren om in de cellen te worden opgeslagen. Wanneer het lichaam metabolische energie nodig met zich meebrengt, wordt glycogeen afgebroken tot glucose-subeenheden via het proces van glycogenolyse. Glycogenese is dus het tegenovergestelde proces van glycogenolyse.

Glycogenolyse

Glycogenolyse is het proces waarbij opgeslagen glycogeen in de lever wordt afgebroken, zodat glucose kan worden aangemaakt voor gebruik in de energiestofwisseling. Opgeslagen glycogeen in de levercellen wordt afgebroken tot glucose precursors. Een enkel glucosemolecuul wordt van het glycogeen afgesneden en omgezet in glucose-1-fosfaat, dat op zijn beurt wordt omgezet in glucose-6-fosfaat dat de glycolyse kan ingaan.

Glycosylering

Gelijk aan oligosachariden kunnen sommige polysachariden dienen als glycanen in bepaalde glycoconjugaten. Oligosacchariden zijn echter vaker de koolhydraatcomponent dan polysacchariden. Glycosylering is het proces waarbij een glycaan enzymatisch wordt verbonden met een eiwit, een lipide of een ander organisch molecuul. Het stapsgewijze proces van glycosylering varieert, afhankelijk van het type glycos-codering. Bij N-gekoppelde glycosylering bijvoorbeeld wordt het glycaan aan een stikstofparagine- of arginineresidu van een eiwit gehecht. Daarentegen is O-gekoppelde glycosylering een proces waarbij O-gekoppelde glycanen aan de hydroxylzuurstof van serine-, threonine-, tyrosine-, hydroxylysine- of hydroxyprolinezijketens van een eiwit worden gehecht. Het kan ook het proces zijn waarbij de O een aan de zuurstof op lipiden gekoppelde glyc- canen glucanen zich vasthechten. Er bestaan nog andere vormen van glycosylering, zoals C-gekoppeld (d.w.z. glycaan aan koolstof), P-gekoppeld (d.w.z. glycaan, aan fosfor), en S-gekoppeld (glycaan, aan zwavel).

Classificatie van Polysachariden

Polysachariden kunnen een homopolysacharide of een heteropolysacharide zijn, afhankelijk van hun monosacharide-componenten. Een homopolysacharide (ook wel homoglycaan genoemd) bestaat uit slechts één type monosacharide, terwijl een heteropolysacharide (ook wel heteroglycaan genoemd) is samengesteld uit verschillende typen monosachariden.
Gebaseerd op hun functie, kunnen polysachariden worden geclassificeerd als opslagpolysachariden of structurele polysachariden. Opslagpolysachariden zijn polysachariden die worden gebruikt voor opslag. Planten slaan bijvoorbeeld glucose op in de vorm van zetmeel. Dieren slaan eenvoudige suikers op in de vorm van glycogeen. Structurele polysacchariden zijn koolhydraten die een structurele rol spelen. Planten hebben celluloses, dat zijn polymeren van herhaalde glucose-eenheden die verbonden zijn door beta-bindingen. Sommige dieren produceren chitine, dat dient als structureel onderdeel van bijvoorbeeld het exoskelet.

Voorbeelden van polysacchariden

Gemeenschappelijke voorbeelden van polysacchariden zijn cellulose, zetmeel, glycogeen en chitine. Cellulose is een polysacharide bestaande uit een lineaire keten van β (1→4) gekoppelde D-glucose-eenheden: (C6H10O5) n. Zetmeel is een polysacharide koolhydraat (C6H10O5)n dat bestaat uit een groot aantal glucose-monosacharide-eenheden die met elkaar verbonden zijn door glycosidebindingen en dat vooral voorkomt in zaden, bollen en knollen. Glycogeen is een vertakt tot glucose verwerkend polymeer dat hoofdzakelijk in lever- en spiercellen wordt geproduceerd en in dierlijke cellen als secundaire energieopslag op lange termijn fungeert. Chitine is een polymeer van stikstofhoudend polysacharide (C8H13O5N)n dat in bepaalde organismen een taaie, beschermende bedekking of structurele steun vormt. Het maakt deel uit van de celwanden van schimmels en het exoskelet van insecten. Andere voorbeelden van disachariden zijn callose, chrysolaminarine, xylan, mannan, fucoidan, galactomannan, arabinoxylan.

Biologisch belang

Polysachariden zijn, net als de andere koolhydraten, een belangrijke bron van energie, en vormen daarom een van de belangrijkste voedingsbestanddelen. Dieren consumeren ze om er monosacchariden uit als energiebron, die ze kunnen gebruiken voor de synthese van ATP. ATP’s zijn chemische energie die biologisch wordt gesynthetiseerd via aërobe en anaërobe ademhalingen. Glucose is de meest voorkomende vorm van monosacharide die de cel gebruikt om ATP te synthetiseren via fosforylering op substraatniveau (glycolyse) en/of oxidatieve fosforylering (met redoxreacties en chemiosmose). En een van de bronnen van glucose is een koolhydraathoudende voeding. Te veel koolhydraten in de voeding kan echter leiden tot gezondheidsproblemen. Een aanhoudend hoge bloedsuikerspiegel zou uiteindelijk kunnen leiden tot diabetes mellitus. Ook zou de darm meer moeite moeten doen om ze te verteren. Te veel fructose zou bijvoorbeeld kunnen leiden tot malabsorptie in de dunne darm. In dat geval zou de niet-geabsorbeerde fructose die naar de dikke darm wordt getransporteerd, kunnen worden gebruikt voor fermentatie door de flora van de dikke darm. Dit kan leiden tot maagdarmpijn, diarree, winderigheid of een opgeblazen gevoel.
Planten slaan overtollige glucose op in de vorm van zetmeel. 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