Poliszacharid

Poliszacharid definíció

A poliszacharid egy nagy molekula, amely sok kisebb monoszacharidból áll. A monoszacharidok egyszerű cukrok, mint például a glükóz. Speciális enzimek kötik össze ezeket a kis monomereket, nagy cukorpolimereket, azaz poliszacharidokat hozva létre. A poliszacharidot glikánnak is nevezik. A poliszacharid lehet homopoliszacharid, amelyben minden monoszacharid azonos, vagy heteropoliszacharid, amelyben a monoszacharidok különbözőek. Attól függően, hogy mely monoszacharidok kapcsolódnak, és a monoszacharidok mely szénatomjai kapcsolódnak, a poliszacharidok különböző formákat öltenek. A monoszacharidokból álló egyenes láncú molekulát lineáris poliszacharidnak, míg a karokkal és fordulatokkal rendelkező láncot elágazó poliszacharidnak nevezzük.

A poliszacharid funkciói

A poliszacharidok szerkezetüktől függően sokféle funkciót tölthetnek be a természetben. Egyes poliszacharidokat az energia tárolására, másokat a sejtek üzeneteinek továbbítására, másokat pedig a sejtek és szövetek támogatására használnak.

Energia tárolása

Sok poliszacharidot használnak a szervezetekben az energia tárolására. Míg az energiatermelő enzimek csak a poliszacharidban tárolt monoszacharidokon dolgoznak, addig a poliszacharidok jellemzően összecsukódnak, és sok monoszacharidot tartalmazhatnak sűrűn. Továbbá, mivel a monoszacharidok oldalláncai a lehető legtöbb hidrogénkötést képeznek egymással, a víz nem tud behatolni a molekulákba, így azok hidrofóbak. Ez a tulajdonság teszi lehetővé, hogy a molekulák együtt maradjanak, és ne oldódjanak fel a citoszolban. Ezáltal csökken a sejt cukorkoncentrációja, és így több cukrot lehet felvenni. A poliszacharidok nemcsak az energiát tárolják, hanem lehetővé teszik a koncentrációgradiens változását is, ami befolyásolhatja a sejtek tápanyag- és vízfelvételét.

Celluláris kommunikáció

Néhány poliszacharid glikokonjugátokká válik, amikor kovalensen kötődnek fehérjékhez vagy lipidekhez. A glikolipidek és glikoproteinek segítségével jeleket küldhetnek a sejtek között és a sejteken belül. Az egy adott organellumba tartó fehérjéket bizonyos poliszacharidok “megjelölhetik”, amelyek segítik a sejtet abban, hogy az adott organellumba juttassa. A poliszacharidok speciális fehérjékkel azonosíthatók, amelyek aztán segítenek a fehérjét, a vezikulát vagy más anyagot egy mikrotubulushoz kötni. A sejteken belüli mikrotubulusok és a hozzájuk kapcsolódó fehérjék rendszere képes bármilyen anyagot a rendeltetési helyére vinni, amint azt a specifikus poliszacharidok megjelölik. Továbbá a többsejtű szervezetek immunrendszere a sejtek felszínén lévő glikoproteinek felismerésén alapul. Az egyes élőlények sejtjei specifikus poliszacharidokat termelnek, amelyekkel a sejtjeiket díszítik. Amikor az immunrendszer más poliszacharidokat és más glikoproteineket ismer fel, működésbe lép, és elpusztítja a betolakodó sejteket.

Celluláris támogatás

A poliszacharidok egyik legnagyobb szerepe messze a támogatás. A Földön minden növényt részben a poliszacharid cellulóz támogat. Más élőlények, például a rovarok és a gombák kitint használnak a sejtjeiket körülvevő extracelluláris mátrix támogatására. Egy poliszacharid bármilyen más összetevővel keverhető, hogy merevebb, kevésbé merev szöveteket, vagy akár különleges tulajdonságokkal rendelkező anyagokat hozzon létre. A kitin és a cellulóz, mindkettő glükóz-monoszacharidokból álló poliszacharidok között évente több százmilliárd tonnát hoznak létre az élő szervezetek. A fák fájától kezdve a tengeri élőlények kagylóhéjáig minden valamilyen poliszacharidból készül. Egyszerűen a szerkezet átrendezésével a poliszacharidok raktározó molekulákból sokkal erősebb szálas molekulákká válhatnak. A legtöbb monoszacharid gyűrűs szerkezete segíti ezt a folyamatot, amint az alább látható.

A poliszacharid szerkezete

Minden poliszacharid ugyanazon alapvető folyamat révén jön létre: a monoszacharidok glikozidos kötésekkel kapcsolódnak össze. Amikor egy poliszacharidban az egyes monoszacharidokat maradékoknak nevezzük. Az alábbiakban látható csak néhány a természetben keletkező számos monoszacharid közül. A poliszacharidtól függően ezek bármely kombinációja sorba kapcsolható.

D-hexózok szerkezete

A kombinálódó molekulák szerkezete határozza meg a keletkező poliszacharid szerkezetét és tulajdonságait. A hidroxilcsoportjaik (OH), más oldalcsoportjaik, a molekulák konfigurációi és a résztvevő enzimek közötti összetett kölcsönhatás mind befolyásolják a keletkező poliszacharidot. Az energiatárolásra használt poliszacharid könnyű hozzáférést biztosít a monoszacharidokhoz, miközben kompakt szerkezetet tart fenn. A tartószerkezetként használt poliszacharid általában monoszacharidok hosszú láncaként áll össze, amely rostként viselkedik. Sok szál együttesen hidrogénkötéseket hoz létre a szálak között, amelyek erősítik az anyag általános szerkezetét, ahogy az alábbi képen látható.

Cellulóz szál

A monoszacharidok közötti glikozidos kötések két széngyűrűt áthidaló oxigénmolekulából állnak. A kötés akkor jön létre, amikor az egyik molekula szénjéről egy hidroxilcsoport, míg egy másik monoszacharid hidroxilcsoportjáról a hidrogén veszik el. Az első molekula szénje a második molekula oxigénjét sajátjaként helyettesíti, és glikozidos kötés jön létre. Mivel két molekula hidrogén és egy oxigén távozik, a reakció során egy vízmolekula is keletkezett. Az ilyen típusú reakciót dehidrációs reakciónak nevezzük, mivel a reagensekből víz távozik.

Példák egy poliszacharidra

Cellulóz és kitin

A cellulóz és a kitin egyaránt szerkezeti poliszacharidok, amelyek sok ezer glükóz-monomerből állnak, hosszú szálakká egyesülve. A két poliszacharid között az egyetlen különbség a monoszacharidok széngyűrűihez kapcsolódó oldalláncok. A kitinben a glükóz-monoszacharidokat egy több szenet, nitrogént és oxigént tartalmazó csoporttal módosították. Az oldallánc dipólust hoz létre, ami növeli a hidrogénkötést. Míg a cellulóz olyan kemény szerkezeteket képes létrehozni, mint a fa, addig a kitin még keményebb szerkezeteket képes létrehozni, mint a kagyló, a mészkő vagy akár a márvány, ha összenyomják.

Mindkét poliszacharid hosszú, lineáris láncok formájában alakul ki. Ezek a láncok hosszú szálakat alkotnak, amelyek a sejtmembránon kívül rakódnak le. Bizonyos fehérjék és más tényezők segítenek a szálaknak összetett formába szövődni, amelyet az oldalláncok közötti hidrogénkötések tartanak a helyükön. Így az egykor energiatárolásra használt egyszerű glükózmolekulák szerkezeti merevséggel rendelkező molekulákká alakíthatók át. Az egyetlen különbség a strukturális poliszacharidok és a tároló poliszacharidok között a felhasznált monoszacharidok. A glükózmolekulák konfigurációjának megváltoztatásával a szerkezeti poliszacharid helyett a molekula elágazik és sokkal több kötést tárol kisebb térben. A cellulóz és a keményítő között az egyetlen különbség a felhasznált glükóz konfigurációja.

Glikogén és keményítő

A glikogént és a keményítőt

A glikogént és a keményítőt, amelyek valószínűleg a legfontosabb tároló poliszacharidok a Földön, az állatok, illetve a növények termelik. Ezek a poliszacharidok egy központi kiindulópontból képződnek, és bonyolult elágazási mintázatuknak köszönhetően spirálisan haladnak kifelé. Az egyes poliszacharidokhoz kötődő különböző fehérjék segítségével a nagy, elágazó molekulák szemcséket vagy klasztereket alkotnak. Ez látható az alábbi képen, amelyen a glikogénmolekulák és a hozzájuk kapcsolódó fehérjék láthatóak középen.

Glikogén szerkezete

A glikogén- vagy keményítőmolekula lebontásakor a felelős enzimek a középponttól legtávolabbi végekről indulnak. Ez azért fontos, mert észrevehetjük, hogy a kiterjedt elágazás miatt csak 2 kiindulási pont van, de sok végpont. Ez azt jelenti, hogy a monoszacharidok gyorsan kivonhatók a poliszacharidból, és energiaként hasznosíthatók. A keményítő és a glikogén között az egyetlen különbség a molekulánként előforduló elágazások száma. Ezt az okozza, hogy a monoszacharidok különböző részei kötéseket képeznek, és különböző enzimek hatnak a molekulákra. A glikogénben körülbelül 12 maradékonként fordul elő egy elágazás, míg a keményítőben csak 30 maradékonként fordul elő egy elágazás.

  • Monoszacharid – A cukormolekulák legkisebb egysége, vagy cukormonomer.
  • Monomer – Egyetlen egység, amely nagyobb egységgé, polimerré egyesíthető.
  • Polimer – Ide tartoznak a fehérjék, poliszacharidok és sok más, kisebb egységekből álló molekulák, amelyek egymással kombinálva állnak.
  • Polipeptid – Aminosav-monomerek polimerje, fehérjének is nevezik.

Kvíz

1. Ha egy ideje nem mostál fogat, észreveheted, hogy sárga lepedék kezd felhalmozódni. A lepedék egy része dextrákból, vagyis poliszacharidokból áll, amelyeket a baktériumok energiatárolásra használnak. Honnan szerzik be a baktériumok a monoszacharidokat, hogy létrehozzák ezeket a poliszacharidokat?
A. A napfényből szintetizálják őket.
B. A genetikai kódjukból állítják elő őket.
C. Az elfogyasztott ételmaradékból gyűjtik őket.

Az 1. kérdésre adott válasz
A C a helyes. Minden egyes alkalommal, amikor harapsz egy falatot, ételmaradékok akadnak a fogaid közé. A legtöbb élelmiszerben monoszacharidok vannak jelen, amelyek táplálhatják a baktériumokat, és lehetővé teszik számukra, hogy energiát tároljanak a dextránsokba, és plakkot hozzanak létre. Az emésztési folyamat azonban a nyálban kezdődik, és mivel az étel a szájában marad, továbbra is monoszacharidokat bocsát ki, amelyek lehetővé teszik a baktériumok szaporodását. Ezért fontos a rendszeres fogmosás és fogselyem használata.

2. A növények mind az amilóz keményítőt, mind a cellulóz szerkezeti polimert glükóz egységekből állítják elő. A legtöbb állat nem képes megemészteni a cellulózt. Még a kérődzők, például a szarvasmarha sem képes megemészteni a cellulózt, és a cellulóz kötéseinek felbontásában szimbiózisban élő belső szervezetekre támaszkodnak. Minden emlős azonban amilázt termel, egy olyan enzimet, amely képes lebontani az amilózt. Miért nem képes az amiláz megbontani a cellulóz kötéseit?
A. A cellulóz és az amilóz szerkezetileg különbözik, és az amiláz nem ismeri fel a cellulózt.
B. A cellulóz glikozidos kötései erősebbek.
C. A cellulóz által létrehozott extracelluláris mátrixot nem lehet lebontani.

Válasz a 2. kérdésre
Az A helyes. Bár mindkét molekula létrehozásához glükózt használnak, különböző konfigurációkat használnak. Az amilózban ez egy sűrű, elágazó mintázatot eredményez, amelynek sok olyan pontja van szabadon, amelyet az amiláz meg tud emészteni. Az amiláz specifikusan felismeri az amilózt, és nem képes a cellulóz kötéseihez kapcsolódni vagy azokat megbontani. Ezt részben az okozza, hogy a cellulóz kötései erősebbek, csak a glikozidos kötések nem. A cellulóz számos más, az amilózban nem látható kötést mutat, amelyek az oldalláncok között jönnek létre. Ez is segít megtartani az alakját, de nem lehetetlen a lebontása. A tehenek sok órán át rágják a növényi rostokból álló kötegüket, lassan felbontva a cellulózmolekulák közötti kötéseket.

3. A hialuronsav a gerincesek ízületeiben található molekula, amely a csontok kipárnázására szolgáló kocsonyaszerű mátrix létrehozásával biztosít támasztékot. A hialuronán több különböző monoszacharidból jön létre, amelyek hosszú láncokban kapcsolódnak egymáshoz. Az alábbiak közül melyek jellemzik a hialuronánt?
1. Homopoliszacharid
2. Heteropoliszacharid
3. Polimer
4. Monomer
A. Mindegyik
B. 1, 3
C. 2, 3

A 3. kérdésre adott válasz
A C a helyes. A hialuronán egy poliszacharid, amely különböző típusú monoszacharidokból áll, így heteropoliszacharid. Általában polimernek, azaz monomerekből álló molekulának is nevezik. Ebben az esetben a monoszacharidok a monomerek.

Vélemény, hozzászólás?

Az e-mail-címet nem tesszük közzé.