Polysackarid Definition
En polysackarid är en stor molekyl som består av många mindre monosackarider. Monosackarider är enkla sockerarter, som glukos. Särskilda enzymer binder ihop dessa små monomerer och skapar stora sockerpolymerer, eller polysackarider. En polysackarid kallas också för en glykan. En polysackarid kan vara en homopolysackarid, där alla monosackarider är desamma, eller en heteropolysackarid där monosackariderna varierar. Beroende på vilka monosackarider som är sammankopplade och vilka kolväten i monosackariderna som är sammankopplade antar polysackariderna en mängd olika former. En molekyl med en rak kedja av monosackarider kallas en linjär polysackarid, medan en kedja som har armar och svängar kallas en förgrenad polysackarid.
Funktioner hos en polysackarid
Avhängigt av sin struktur kan polysackarider ha en mängd olika funktioner i naturen. Vissa polysackarider används för att lagra energi, vissa för att sända cellulära meddelanden och andra för att ge stöd till celler och vävnader.
Lagring av energi
Många polysackarider används för att lagra energi i organismer. Medan de enzymer som producerar energi endast arbetar på de monosackarider som lagras i en polysackarid, viks polysackarider vanligtvis ihop och kan innehålla många monosackarider i ett tätt område. Eftersom monosackaridernas sidokedjor bildar så många vätebindningar som möjligt med varandra kan vatten inte tränga in i molekylerna, vilket gör dem hydrofoba. Denna egenskap gör att molekylerna kan hålla ihop och inte lösas upp i cytosolen. Detta sänker sockerkoncentrationen i en cell och mer socker kan då tas in. Polysackariderna lagrar inte bara energin, utan möjliggör även förändringar i koncentrationsgradienten, vilket kan påverka cellens upptag av näringsämnen och vatten.
Cellulär kommunikation
Många polysackarider blir till glykokonjugater när de blir kovalent bundna till proteiner eller lipider. Glykolipider och glykoproteiner kan användas för att skicka signaler mellan och inom celler. Proteiner som är på väg till en viss organell kan ”märkas” med vissa polysackarider som hjälper cellen att flytta proteinet till en viss organell. Polysackariderna kan identifieras av särskilda proteiner som sedan hjälper till att binda proteinet, vesikeln eller andra ämnen till en mikrotubuli. Systemet med mikrotubuli och associerade proteiner i cellerna kan föra vilket ämne som helst till sin avsedda plats när det väl är märkt med specifika polysackarider. Dessutom har flercelliga organismer immunsystem som styrs av igenkänning av glykoproteiner på cellernas yta. Cellerna i en enskild organism producerar specifika polysackarider för att pryda sina celler med. När immunsystemet känner igen andra polysackarider och olika glykoproteiner sätts det i aktion och förstör de invaderande cellerna.
Cellulärt stöd
En av polysackaridernas överlägset största roller är den som stöd. Alla växter på jorden stöds delvis av polysackariden cellulosa. Andra organismer, som insekter och svampar, använder kitin som stöd för den extracellulära matrisen runt sina celler. En polysackarid kan blandas med ett antal andra komponenter för att skapa vävnader som är mer styva, mindre styva eller till och med material med speciella egenskaper. Mellan kitin och cellulosa, båda polysackarider som består av glukosmonosackarider, skapas hundratals miljarder ton av levande organismer varje år. Allt från trädens ved till havsdjurens skal tillverkas av någon form av polysackarid. Genom att helt enkelt omorganisera strukturen kan polysackarider gå från lagringsmolekyler till mycket starkare fibermolekyler. Ringstrukturen hos de flesta monosackarider underlättar denna process, vilket framgår nedan.
Strukturen hos en polysackarid
Alla polysackarider bildas genom samma grundläggande process: monosackarider kopplas samman via glykosidbindningar. När de enskilda monosackariderna ingår i en polysackarid kallas de för rester. Nedan visas bara några av de många monosackarider som skapas i naturen. Beroende på polysackariden kan alla kombinationer av dem kombineras i serie.
Strukturen hos de molekyler som kombineras bestämmer strukturerna och egenskaperna hos den resulterande polysackariden. Den komplexa interaktionen mellan deras hydroxylgrupper (OH), andra sidogrupper, molekylernas konfigurationer och de inblandade enzymerna påverkar alla den resulterande polysackarid som produceras. En polysackarid som används för energilagring kommer att ge enkel tillgång till monosackariderna, samtidigt som den bibehåller en kompakt struktur. En polysackarid som används som stöd är vanligtvis sammansatt som en lång kedja av monosackarider, som fungerar som en fiber. Många fibrer tillsammans ger upphov till vätebindningar mellan fibrerna som stärker materialets övergripande struktur, vilket syns i bilden nedan.
Glykosidbindningarna mellan monosackariderna består av en syremolekyl som överbryggar två kolringar. Bindningen bildas när en hydroxylgrupp försvinner från kolet i en molekyl, medan väte försvinner från hydroxylgruppen i en annan monosackarid. Kolet på den första molekylen ersätter syret från den andra molekylen som sitt eget, och en glykosidbindning bildas. Eftersom två vätemolekyler och en syremolekyl utvisas, producerade reaktionen också en vattenmolekyl. Denna typ av reaktion kallas en dehydreringsreaktion eftersom vatten avlägsnas från reaktanterna.
Exempel på en polysackarid
Cellulosa och kitin
Cellulosa och kitin är båda strukturella polysackarider som består av många tusen glukosmonomerer kombinerade i långa fibrer. Den enda skillnaden mellan de två polysackariderna är de sidokedjor som är knutna till kolringarna i monosackariderna. I kitin har glukosmonosackariderna modifierats med en grupp som innehåller mer kol, kväve och syre. Sidokedjan skapar en dipol, vilket ökar vätebindningen. Medan cellulosa kan ge hårda strukturer som trä kan kitin ge ännu hårdare strukturer, som skal, kalksten och till och med marmor när det komprimeras.
Båda polysackariderna bildas som långa, linjära kedjor. Dessa kedjor bildar långa fibrer som deponeras utanför cellmembranet. Vissa proteiner och andra faktorer hjälper fibrerna att väva in en komplex form, som hålls på plats av vätebindningar mellan sidokedjorna. På så sätt kan enkla glukosmolekyler som tidigare användes för energilagring omvandlas till molekyler med strukturell styvhet. Den enda skillnaden mellan de strukturella polysackariderna och lagringspolysackariderna är de monosackarider som används. Genom att ändra konfigurationen av glukosmolekylerna kommer molekylen i stället för en strukturell polysackarid att förgrena sig och lagra många fler bindningar på ett mindre utrymme. Den enda skillnaden mellan cellulosa och stärkelse är konfigurationen av den glukos som används.
Glykogen och stärkelse
Glykogen och stärkelse är troligen de viktigaste lagringspolysackariderna på planeten och produceras av djur respektive växter. Dessa polysackarider bildas från en central utgångspunkt och spiralformas utåt på grund av sina komplexa förgreningsmönster. Med hjälp av olika proteiner som fäster vid enskilda polysackarider bildar de stora förgrenade molekylerna granuler eller kluster. Detta kan ses i bilden nedan av glykogenmolekyler och de associerade proteinerna, som syns i mitten.
När en glykogen- eller stärkelsemolekyl bryts ner börjar de ansvariga enzymerna i de ändar som ligger längst bort från centrum. Detta är viktigt, eftersom du kommer att märka att det på grund av den omfattande förgreningen bara finns två startpunkter, men många ändar. Detta innebär att monosackariderna snabbt kan extraheras från polysackariden och användas som energi. Den enda skillnaden mellan stärkelse och glykogen är antalet grenar som förekommer per molekyl. Detta beror på att olika delar av monosackariderna bildar bindningar och att olika enzymer verkar på molekylerna. I glykogen förekommer en förgrening var 12:e rest, medan det i stärkelse endast förekommer en förgrening var 30:e rest.
- Monosackarid – Den minsta enheten av sockermolekyler, eller en sockermonomer.
- Monomer – En enda enhet som kan kombineras för att bilda en större enhet, eller polymer.
- Polymer – Inkluderar proteiner, polysackarider och många andra molekyler som består av mindre enheter som kombineras ihop.
- Polypeptid – En polymer av aminosyramonomerer, även kallad protein.
Quiz
1. Om du inte har borstat tänderna på ett tag kan du märka att gult plack börjar bildas. En del av placket består av dextrans, eller polysackarider som bakterier använder för att lagra energi. Varifrån får bakterierna monosackariderna för att skapa dessa polysackarider?
A. De syntetiserar dem från solljus.
B. De skapar dem från sin genetiska kod.
C. De samlar in dem från matrester som du äter.
2. Växter producerar både stärkelsen amylos och strukturpolymeren cellulosa från enheter av glukos. De flesta djur kan inte smälta cellulosa. Även idisslare som nötkreatur kan inte smälta cellulosa och är beroende av symbiotiska interna organismer för att bryta cellulosans bindningar. Alla däggdjur producerar dock amylas, ett enzym som kan bryta ner amylos. Varför kan amylas inte bryta cellulosans bindningar?
A. Cellulosa och amylos är strukturellt olika, och amylas känner inte igen cellulosa.
B. De glykosidiska bindningarna i cellulosa är starkare.
C. Den extracellulära matris som skapas av cellulosa kan inte brytas ner.
3. Hyaluronan är en molekyl som finns i lederna hos ryggradsdjur och som ger stöd genom att skapa en geléliknande matris som dämpar benen. Hyaluronan skapas av flera olika monosackarider som är bundna till varandra i långa kedjor. Vilka av följande beskriver hyaluronan?
1. Homopolysackarid
2. Heteropolysackarid
3. Polymer
4. Monomer
A. Alla
B. 1, 3
C. 2, 3