Polizaharide

Definiție polizaharidă

O polizaharidă este o moleculă mare formată din mai multe monosaharide mai mici. Monozaharidele sunt zaharuri simple, cum ar fi glucoza. Enzime speciale leagă acești monomeri mici împreună, creând polimeri mari de zahăr, sau polizaharide. O polizaharidă se mai numește și glican. O polizaharidă poate fi o homopolizaharidă, în care toate monosacaridele sunt identice, sau o heteropolizaharidă în care monosacaridele variază. În funcție de ce monosacaride sunt conectate și ce carboni din monosacaride se conectează, polizaharidele capătă o varietate de forme. O moleculă cu un lanț drept de monozaharide se numește polizaharidă liniară, în timp ce un lanț care are brațe și răsuciri este cunoscut sub numele de polizaharidă ramificată.

Funcțiile unei polizaharide

În funcție de structura lor, polizaharidele pot avea o mare varietate de funcții în natură. Unele polizaharide sunt folosite pentru a stoca energie, altele pentru a trimite mesaje celulare, iar altele pentru a oferi suport celulelor și țesuturilor.

Stocarea energiei

Multe polizaharide sunt folosite pentru a stoca energie în organisme. În timp ce enzimele care produc energie acționează numai asupra monosacaridelor stocate într-o polizaharidă, polizaharidele se pliază de obicei împreună și pot conține multe monosacaride într-o zonă densă. Mai mult, deoarece lanțurile laterale ale monosacaridelor formează cât mai multe legături de hidrogen cu ele însele, apa nu poate pătrunde în molecule, ceea ce le face hidrofobe. Această proprietate permite moleculelor să rămână împreună și să nu se dizolve în citosol. Acest lucru scade concentrația de zahăr dintr-o celulă, iar mai mult zahăr poate fi astfel absorbit. Nu numai că polizaharidele stochează energia, dar ele permit modificări ale gradientului de concentrație, ceea ce poate influența absorbția celulară de nutrienți și apă.

Comunicare celulară

Multe polizaharide devin glicoconjugate atunci când se leagă covalent de proteine sau lipide. Glicolipidele și glicoproteinele pot fi folosite pentru a trimite semnale între și în interiorul celulelor. Proteinele care se îndreaptă către un organit specific pot fi „marcate” de anumite polizaharide care ajută celula să le deplaseze către un organit specific. Polizaharidele pot fi identificate de proteine speciale, care ajută apoi la legarea proteinei, a veziculei sau a altei substanțe de un microtubul. Sistemul de microtubuli și proteinele asociate din interiorul celulelor poate duce orice substanță la locul său destinat, odată ce este marcată de polizaharidele specifice. Mai mult, organismele pluricelulare au sisteme imunitare conduse de recunoașterea glicoproteinelor de pe suprafața celulelor. Celulele unui singur organism vor produce polizaharide specifice cu care să își împodobească celulele. Atunci când sistemul imunitar recunoaște alte polizaharide și glicoproteine diferite, acesta intră în acțiune și distruge celulele invadatoare.

Susținerea celulară

De departe, unul dintre cele mai mari roluri ale polizaharidelor este cel de susținere. Toate plantele de pe Pământ sunt susținute, în parte, de polizaharida celuloză. Alte organisme, precum insectele și ciupercile, folosesc chitina pentru a susține matricea extracelulară din jurul celulelor lor. O polizaharidă poate fi amestecată cu orice număr de alte componente pentru a crea țesuturi mai rigide, mai puțin rigide sau chiar materiale cu proprietăți speciale. Între chitină și celuloză, ambele polizaharide alcătuite din monosacaride de glucoză, sute de miliarde de tone sunt create de organismele vii în fiecare an. Totul, de la lemnul din copaci până la cochiliile creaturilor marine, este produs de o anumită formă de polizaharidă. Prin simpla rearanjare a structurii, polizaharidele pot trece de la molecule de depozitare la molecule fibroase mult mai puternice. Structura inelară a majorității monosacaridelor ajută acest proces, așa cum se vede mai jos.

Structura unei polizaharide

Toate polizaharidele sunt formate prin același proces de bază: monosacaridele sunt conectate prin legături glicozidice. Atunci când se află într-o polizaharidă, monosacaridele individuale sunt cunoscute sub denumirea de reziduuri. Vedeți mai jos doar câteva dintre numeroasele monosacaride create în natură. În funcție de polizaharidă, orice combinație a acestora poate fi combinată în serie.

Structura moleculelor care se combină determină structurile și proprietățile polizaharidelor rezultate. Interacțiunea complexă dintre grupările hidroxil (OH) ale acestora, alte grupări laterale, configurațiile moleculelor și enzimele implicate, toate influențează polizaharida rezultată produsă. O polizaharidă utilizată pentru stocarea energiei va oferi un acces ușor la monosacaride, menținând în același timp o structură compactă. O polizaharidă utilizată ca suport este, de obicei, asamblată sub forma unui lanț lung de monosacaride, care acționează ca o fibră. Mai multe fibre împreună produc legături de hidrogen între fibre care întăresc structura generală a materialului, așa cum se vede în imaginea de mai jos.

Legăturile glicozidice dintre monosacaride constau într-o moleculă de oxigen care face legătura între două inele de carbon. Legătura se formează atunci când o grupare hidroxil este pierdută de la carbonul unei molecule, în timp ce hidrogenul este pierdut de către grupa hidroxil a unei alte monosacaride. Carbonul de pe prima moleculă va înlocui oxigenul din cea de-a doua moleculă ca fiind al său, iar legătura glicozidică este formată. Deoarece sunt eliminate două molecule de hidrogen și una de oxigen, reacția a produs și o moleculă de apă. Acest tip de reacție se numește reacție de deshidratare, deoarece apa este eliminată din reactanți.

Exemple de polizaharide

Celuloză și chitină

Celuloza și chitina sunt ambele polizaharide structurale care constau din mai multe mii de monomeri de glucoză combinați în fibre lungi. Singura diferență între cele două polizaharide este reprezentată de lanțurile laterale atașate la inelele de carbon ale monosacaridelor. În cazul chitinei, monozaharidele de glucoză au fost modificate cu un grup care conține mai mult carbon, azot și oxigen. Lanțul lateral creează un dipol, ceea ce sporește legătura de hidrogen. În timp ce celuloza poate produce structuri dure, precum lemnul, chitina poate produce structuri și mai dure, precum cochilia, calcarul și chiar marmura, atunci când este comprimată.

Ambele polizaharide se formează sub formă de lanțuri lungi, liniare. Aceste lanțuri formează fibre lungi, care sunt depozitate în afara membranei celulare. Anumite proteine și alți factori ajută fibrele să se împletească într-o formă complexă, care este menținută în poziție prin legături de hidrogen între lanțurile laterale. Astfel, moleculele simple de glucoză, care erau folosite cândva pentru stocarea energiei, pot fi transformate în molecule cu rigiditate structurală. Singura diferență între polizaharidele structurale și polizaharidele de stocare sunt monosacaridele utilizate. Prin schimbarea configurației moleculelor de glucoză, în locul unei polizaharide structurale, molecula se va ramifica și va stoca mult mai multe legături într-un spațiu mai mic. Singura diferență între celuloză și amidon este configurația glucozei folosite.

Glicogen și amidon

Probabil cele mai importante polizaharide de stocare de pe planetă, glicogenul și amidonul sunt produse de animale și, respectiv, de plante. Aceste polizaharide sunt formate dintr-un punct de plecare central și se formează în spirală spre exterior, datorită modelelor lor complexe de ramificare. Cu ajutorul diverselor proteine care se atașează la polizaharidele individuale, moleculele mari ramificate formează granule, sau clustere. Acest lucru poate fi observat în imaginea de mai jos a moleculelor de glicogen și a proteinelor asociate, văzute în mijloc.

Când o moleculă de glicogen sau amidon este descompusă, enzimele responsabile încep de la capetele cele mai îndepărtate de centru. Acest lucru este important, deoarece veți observa că, din cauza ramificării extinse, există doar 2 puncte de plecare, dar multe capete. Acest lucru înseamnă că monozaharidele pot fi extrase rapid din polizaharidă și pot fi utilizate pentru energie. Singura diferență între amidon și glicogen este numărul de ramificații care apar pe moleculă. Acest lucru este cauzat de diferite părți ale monosacaridelor care formează legături și de diferite enzime care acționează asupra moleculelor. În glicogen apare o ramificație la fiecare 12 sau cam așa ceva reziduuri, în timp ce în amidon apare o ramificație doar la fiecare 30 de reziduuri.

• Monozaharidă – Cea mai mică unitate de molecule de zahăr, sau un monomer de zahăr.
• Monomer – O singură entitate care poate fi combinată pentru a forma o entitate mai mare, sau polimer.
• Polimer – Include proteinele, polizaharidele și multe alte molecule care există din unități mai mici combinate între ele.
• Polipeptidă – Un polimer de monomeri de aminoacizi, numit și proteină.

Întrebare

1. Dacă nu v-ați mai spălat pe dinți de ceva vreme, s-ar putea să observați că începe să se formeze o placă galbenă. O parte din placa dentară este formată din dextrani, sau polizaharide pe care bacteriile le folosesc pentru a stoca energie. De unde obțin bacteriile monozaharidele pentru a crea aceste polizaharide?
A. Ele le sintetizează din lumina soarelui.
B. Le creează din codul lor genetic.
C. Le colectează din resturile de alimente pe care le consumați.

2. Plantele produc atât amidonul amiloză, cât și polimerul structural celuloză, din unități de glucoză. Majoritatea animalelor nu pot digera celuloza. Chiar și rumegătoarele, cum ar fi bovinele, nu pot digera celuloza și se bazează pe organisme interne simbiotice pentru a rupe legăturile de celuloză. Cu toate acestea, toate mamiferele produc amilază, o enzimă care poate descompune amiloza. De ce nu poate amilaza să rupă legăturile de celuloză?
A. Celuloza și amiloza sunt diferite din punct de vedere structural, iar amilaza nu recunoaște celuloza.
B. Legăturile glicozidice ale celulozei sunt mai puternice.
C. Matricea extracelulară creată de celuloză nu poate fi descompusă.

.