Polysaccharid

Mange polysaccharider bruges til at lagre energi i organismer. Mens de enzymer, der producerer energi, kun arbejder på de monosakkarider, der er lagret i et polysaccharid, foldes polysaccharider typisk sammen og kan indeholde mange monosakkarider i et tæt område. Da monosaccharidernes sidekæder desuden danner så mange hydrogenbindinger som muligt med sig selv, kan vand ikke trænge ind i molekylerne, hvilket gør dem hydrofobiske. Denne egenskab gør det muligt for molekylerne at holde sammen og ikke opløses i cytosolen. Dette sænker sukkerkoncentrationen i en celle, og der kan derefter optages mere sukker. Ikke alene lagrer polysacchariderne energien, men de giver også mulighed for ændringer i koncentrationsgradienten, hvilket kan påvirke cellens optagelse af næringsstoffer og vand.

Cellulær kommunikation

Mange polysaccharider bliver til glykokonjugater, når de bliver kovalent bundet til proteiner eller lipider. Glykolipider og glykoproteiner kan bruges til at sende signaler mellem og i cellerne. Proteiner, der er på vej til en bestemt organel, kan blive “mærket” med visse polysaccharider, som hjælper cellen med at flytte dem til en bestemt organel. Polysacchariderne kan identificeres af særlige proteiner, som derefter hjælper med at binde proteinet, vesiklen eller et andet stof til et mikrotubulus. Systemet af mikrotubuli og tilknyttede proteiner i cellerne kan føre ethvert stof til dets bestemmelsessted, når det er mærket med specifikke polysaccharider. Desuden har flercellede organismer immunsystemer, der er drevet af genkendelse af glykoproteiner på cellernes overflade. Cellerne i en enkelt organisme vil producere specifikke polysaccharider til at pryde deres celler med. Når immunsystemet genkender andre polysaccharider og forskellige glykoproteiner, sættes det i gang og ødelægger de invaderende celler.

Cellulær støtte

Langt hen ad vejen en af polysaccharidernes største roller er den støttefunktion. Alle planter på jorden støttes til dels af polysaccharidet cellulose. Andre organismer, som f.eks. insekter og svampe, bruger chitin til at støtte den ekstracellulære matrix omkring deres celler. Et polysaccharid kan blandes med et vilkårligt antal andre komponenter for at skabe væv, der er mere stive, mindre stive eller endda materialer med særlige egenskaber. Mellem chitin og cellulose, som begge er polysaccharider fremstillet af glukose-monosaccharider, dannes der hvert år hundredvis af milliarder af tons af levende organismer. Alt fra træernes træer til havdyrenes skaller er fremstillet af en eller anden form for polysaccharid. Simpelthen ved at omarrangere strukturen kan polysaccharider gå fra lagringsmolekyler til meget stærkere fibermolekyler. Ringstrukturen i de fleste monosaccharider hjælper denne proces, som det ses nedenfor.

Struktur af et polysaccharid

Alle polysaccharider dannes ved den samme grundlæggende proces: monosaccharider forbindes via glykosidiske bindinger. Når de enkelte monosaccharider indgår i et polysaccharid, kaldes de enkelte monosaccharider for rester. Nedenfor ses blot nogle af de mange monosaccharider, der dannes i naturen. Afhængigt af polysaccharidet kan enhver kombination af dem kombineres i serie.

Strukturen af de molekyler, der kombineres, bestemmer strukturerne og egenskaberne af det resulterende polysaccharid. Den komplekse interaktion mellem deres hydroxylgrupper (OH), andre sidegrupper, molekylernes konfigurationer og de involverede enzymer påvirker alle det resulterende polysaccharid, der produceres. Et polysaccharid, der anvendes til energilagring, vil give let adgang til monosacchariderne, samtidig med at det bevarer en kompakt struktur. Et polysaccharid, der anvendes som støtte, er normalt sammensat som en lang kæde af monosaccharider, der fungerer som en fiber. Mange fibre skaber tilsammen hydrogenbindinger mellem fibrene, der styrker materialets overordnede struktur, som det ses på billedet nedenfor.

Glykosidbindingerne mellem monosakkariderne består af et iltmolekyle, der bygger bro mellem to kulstofringe. Bindingen dannes, når en hydroxylgruppe tabes fra kulstoffet i det ene molekyle, mens hydrogenet tabes af hydroxylgruppen i et andet monosaccharid. Kulstoffet på det første molekyle vil erstatte iltstoffet fra det andet molekyle som sit eget, og der dannes en glykosidbinding. Fordi to hydrogenmolekyler og et iltmolekyle udvises, dannes der ved reaktionen også et vandmolekyle. Denne type reaktion kaldes en dehydreringsreaktion, da vand fjernes fra reaktanterne.

Eksempler på et polysaccharid

Cellulose og chitin

Cellulose og chitin er begge strukturelle polysaccharider, der består af mange tusinde glukosemonomerer, der er kombineret i lange fibre. Den eneste forskel mellem de to polysaccharider er de sidekæder, der er knyttet til kulstofringene i monosacchariderne. I chitin er glukosemonosakkariderne blevet modificeret med en gruppe, der indeholder mere kulstof, nitrogen og oxygen. Sidekæden skaber en dipol, hvilket øger hydrogenbindingen. Mens cellulose kan give hårde strukturer som træ, kan chitin give endnu hårdere strukturer som skaller, kalksten og endda marmor, når det presses sammen.

Både polysaccharider dannes som lange, lineære kæder. Disse kæder danner lange fibre, som aflejres uden for cellemembranen. Visse proteiner og andre faktorer hjælper fibrene med at flette sig ind i en kompleks form, som holdes på plads af hydrogenbindinger mellem sidekæderne. Således kan simple glukosemolekyler, som tidligere blev brugt til energilagring, omdannes til molekyler med strukturel stivhed. Den eneste forskel mellem de strukturelle polysaccharider og lagringspolysacchariderne er de anvendte monosaccharider. Ved at ændre konfigurationen af glukosemolekylerne vil molekylet i stedet for et strukturelt polysaccharid forgrene sig og lagre mange flere bindinger på et mindre rum. Den eneste forskel mellem cellulose og stivelse er konfigurationen af den anvendte glukose.

Glykogen og stivelse

Glykogen og stivelse, som er de formentlig vigtigste lagringspolysaccharider på planeten, produceres af henholdsvis dyr og planter. Disse polysaccharider dannes fra et centralt udgangspunkt og spiralformet udad på grund af deres komplekse forgreningsmønstre. Ved hjælp af forskellige proteiner, der knytter sig til de enkelte polysaccharider, danner de store forgrenede molekyler granulater eller klynger. Dette kan ses på nedenstående billede af glykogenmolekyler og de tilknyttede proteiner, der ses i midten.

Når et glykogen- eller stivelsesmolekyle nedbrydes, starter de ansvarlige enzymer i de ender, der er længst væk fra midten. Dette er vigtigt, da du vil bemærke, at der på grund af den omfattende forgrening kun er 2 startpunkter, men mange ender. Det betyder, at monosakkariderne hurtigt kan trækkes ud af polysaccharidet og udnyttes til energi. Den eneste forskel mellem stivelse og glykogen er antallet af forgreninger, der forekommer pr. molekyle. Dette skyldes, at forskellige dele af monosacchariderne danner bindinger, og at forskellige enzymer virker på molekylerne. I glykogen forekommer en forgrening hver 12. rest eller deromkring, mens der i stivelse kun forekommer en forgrening hver 30. rest.

• Monosakkarid – Den mindste enhed af sukkermolekyler eller en sukkermonomer.
• Monomer – En enkelt enhed, der kan kombineres for at danne en større enhed eller en polymer.
• Polymer – Omfatter proteiner, polysaccharider og mange andre molekyler, der består af mindre enheder, der er kombineret sammen.
• Polypeptid – En polymer af aminosyre-monomerer, også kaldet et protein.

Quiz

1. Hvis du ikke har børstet dine tænder i et stykke tid, kan du måske bemærke, at der er begyndt at samle sig noget gult plak. En del af plakken består af dextrans, eller polysaccharider, som bakterier bruger til at lagre energi. Hvor får bakterierne monosakkariderne fra til at skabe disse polysaccharider?
A. De syntetiserer dem fra sollys.
B. De skaber dem fra deres genetiske kode.
C. De indsamler dem fra de madrester, man spiser.

2. Planter producerer både stivelsen amylose og den strukturelle polymer cellulose ud fra enheder af glukose. De fleste dyr kan ikke fordøje cellulose. Selv drøvtyggere som f.eks. kvæg kan ikke fordøje cellulose og er afhængige af indre symbiotiske organismer til at bryde cellulosens bindinger. Alle pattedyr producerer dog amylase, et enzym, som kan nedbryde amylose. Hvorfor kan amylase ikke bryde cellulosens bindinger?
A. Cellulose og amylose er strukturelt forskellige, og amylase kan ikke genkende cellulose.
B. De glykosidiske bindinger i cellulose er stærkere.
C. Den ekstracellulære matrix, der er skabt af cellulose, kan ikke nedbrydes.