HOMOPOLYSACCHARIDEN: KENMERKEN, STRUCTUUR, FUNCTIES, VOORBEELDEN - BIOLOGIE - 2025

De homopolysacchariden of homoglycanen zijn een groep complexe koolhydraten die binnen de groep van polysacchariden worden ingedeeld. Deze omvatten alle koolhydraten die meer dan tien eenheden van dezelfde soort suiker bevatten.

Polysacchariden zijn essentiële macromoleculen die zijn samengesteld uit meerdere monomeren van suikers (monosacchariden) die herhaaldelijk met elkaar zijn verbonden door glycosidebindingen. Deze macromoleculen vormen de grootste bron van hernieuwbare natuurlijke hulpbronnen op aarde.

Voorbeeld van de basiseenheid van een glucaanhomopolysaccharide (Bron: Homopolysaccharide.svg: * Homopolysaccharide.jpg: Ccostellderivative werk: Odysseus1479 (talk) afgeleid werk: Odysseus1479 via Wikimedia Commons)

Goede voorbeelden van homopolysacchariden zijn zetmeel en cellulose die in grote hoeveelheden aanwezig zijn in plantaardige en dierlijke weefsels en glycogeen.

De meest voorkomende en belangrijkste homopolysacchariden in de natuur bestaan ​​uit D-glucoseresiduen, maar er zijn homopolysacchariden die zijn samengesteld uit fructose, galactose, mannose, arabinose en andere soortgelijke suikers of derivaten hiervan.

Hun structuren, afmetingen, lengtes en molecuulgewichten zijn zeer variabel en kunnen zowel worden bepaald door het type monosaccharide waaruit ze bestaan, als door de bindingen waarmee deze monosacchariden aan elkaar binden en de aan- of afwezigheid van vertakkingen.

Ze hebben veel functies in de organismen waarin ze voorkomen, waaronder de energiereserve en de structurering van cellen en de macroscopische lichamen van veel planten, dieren, schimmels en micro-organismen.

Kenmerken en structuur

Zoals voor de meeste polysacchariden, zijn homopolysacchariden zeer diverse biopolymeren, zowel qua functie als qua structuur.

Het zijn macromoleculen waarvan het hoge molecuulgewicht in wezen afhangt van het aantal monomeren of monosacchariden waaruit ze bestaan, en deze kunnen variëren van tien tot duizenden. Het molecuulgewicht is echter in het algemeen onbepaald.

De meest voorkomende homopolysacchariden in de natuur zijn samengesteld uit glucoseresiduen die met elkaar zijn verbonden door α-type of β-type glucosidebindingen, waarvan hun functie sterk afhangt.

De α-glucosidebindingen overheersen in de reserve homopolysacchariden, aangezien ze gemakkelijk enzymatisch worden gehydrolyseerd. De β-glucosidebindingen zijn daarentegen moeilijk te hydrolyseren en komen vaak voor bij structurele homopolysacchariden.

Kenmerken van de samenstellende monosacchariden

In de natuur is het gebruikelijk om te ontdekken dat polysacchariden, inclusief homopolysacchariden, zijn samengesteld uit suikermonomeren waarvan de structuur cyclisch is en waarbij een van de ringatomen bijna altijd een zuurstofatoom is en de andere koolstofatomen.

De meest voorkomende suikers zijn hexosen, hoewel pentosen ook kunnen worden gevonden en hun ringen variëren in termen van hun structurele configuratie, afhankelijk van het beschouwde polysaccharide.

Classificatie van koolhydraten

Zoals eerder vermeld, behoren homopolysacchariden tot de groep van polysacchariden, dit zijn complexe koolhydraten.

Complexe polysacchariden omvatten disacchariden (twee suikerresiduen die gewoonlijk met elkaar zijn verbonden via glycosidebindingen), oligosacchariden (tot tien suikerresiduen aan elkaar gekoppeld) en polysacchariden (die meer dan tien residuen bevatten).

Polysacchariden worden op basis van hun samenstelling onderverdeeld in homopolysacchariden en heteropolysacchariden. Homopolysacchariden zijn samengesteld uit hetzelfde type suiker, terwijl heteropolysacchariden complexe mengsels van monosacchariden zijn.

Polysacchariden kunnen ook worden geclassificeerd op basis van hun functies en er zijn drie hoofdgroepen die zowel homopolysacchariden als heteropolysacchariden omvatten: (1) structurele, (2) reserve of (3) vormende gels.

Naast complexe koolhydraten zijn er enkelvoudige koolhydraten, dit zijn monosaccharidesuikers (een enkel suikermolecuul).

Zowel homopolysachariden, heteropolysachariden, oligosachariden en disachariden kunnen worden gehydrolyseerd tot hun samenstellende monosachariden.

Kenmerken

Omdat glucose het belangrijkste energiemolecuul in cellen is, zijn de homopolysacchariden van deze suiker niet alleen belangrijk voor onmiddellijke metabolische functies, maar ook voor de reserve of opslag van energie.

Bij dieren worden reserve-homopolysacchariden bijvoorbeeld omgezet in vetten, waardoor veel grotere hoeveelheden energie per massa-eenheid kunnen worden opgeslagen en ze meer "vloeibaar" zijn in cellen, wat gevolgen heeft voor de lichaamsbeweging.

In de industrie worden structurele homopolysacchariden zoals cellulose en chitine op grote schaal gebruikt voor verschillende doeleinden.

Papier, katoen en hout zijn de meest voorkomende voorbeelden van industriële toepassingen van cellulose, en deze moeten ook de productie van ethanol en biobrandstoffen uit hun fermentatie en / of hydrolyse omvatten.

Zetmeel wordt gewonnen en gezuiverd uit een grote verscheidenheid aan planten en wordt voor verschillende doeleinden gebruikt, zowel op gastronomisch gebied als bij de vervaardiging van biologisch afbreekbare kunststoffen en andere verbindingen van economisch en commercieel belang.

Voorbeelden

Zetmeel

Zetmeel is een oplosbaar plantaardig homopolysaccharide dat is samengesteld uit D-glucose-eenheden in de vorm van amylose (20%) en amylopectine (80%). Aardappelen, rijst, bonen, maïs, erwten en diverse knollen komen voor in bloem.

Amylose is samengesteld uit lineaire ketens van D-glucosen die met elkaar zijn verbonden door glucosidebindingen van het α-1,4-type. Amylopectine is samengesteld uit ketens van D-glucosen verbonden door α-1,4-bindingen, maar het heeft ook vertakkingen die verbonden zijn door α-1,6-bindingen, ongeveer om de 25 glucoseresiduen.

Glycogeen

Het reservepolysaccharide van dieren is een homopolysaccharide dat bekend staat als glycogeen. Net als zetmeel is glycogeen samengesteld uit lineaire ketens van D-glucosen die met elkaar zijn verbonden door α-1,4-bindingen die sterk vertakt zijn dankzij de aanwezigheid van α-1,6-bindingen.

In vergelijking met zetmeel heeft glycogeen vertakkingen voor elke tien (10) glucoseresiduen. Deze vertakkingsgraad heeft belangrijke fysiologische effecten bij dieren.

Cellulose

Cellulose is een onoplosbaar structureel homopolysaccharide dat een fundamenteel onderdeel vormt van de celwanden van plantenorganismen. De structuur bestaat uit lineaire ketens van D-glucoseresiduen die met elkaar zijn verbonden door β-1,4-glucosidebindingen in plaats van α-1,4-bindingen.

Dankzij de aanwezigheid van β-bindingen in hun structuur, kunnen celluloseketens extra waterstofbruggen met elkaar vormen, waardoor een stijve structuur ontstaat die bestand is tegen druk.

Chitine

Net als cellulose is chitine een onoplosbaar structureel homopolysaccharide dat bestaat uit zich herhalende eenheden van N-acetylglucosamine die met elkaar zijn verbonden door glucosidebindingen van het β-1,4-type.

Net als cellulose, geeft dit type binding chitine belangrijke structurele kenmerken waardoor het een ideaal onderdeel is van het exoskelet van geleedpotigen en schaaldieren. Het is ook aanwezig in de celwanden van veel schimmels.

Dextran

Dextran is een reserve homopolysaccharide dat aanwezig is in gist en bacteriën. Net als alle voorgaande is deze ook samengesteld uit D-glucoses, maar voornamelijk verbonden door α-1,6-bindingen.

Een bekend voorbeeld van dit type polysaccharide is er een die extracellulair aanwezig is in tandplakbacteriën.

Referenties

1. Aspinal, G. (1983). Classificatie van polysacchariden. In The Polysaccharides (Vol. 2, pp. 1-9). Academic Press, Inc.
2. Clayden, J., Greeves, N., Warren, S., & Wothers, P. (2001). Organische chemie (1st ed.). New York: Oxford University Press.
3. Delgado, LL, en Masuelli, M. (2019). Polysacchariden: concepten en classificatie. Evolution in Polymer Technology Journal, 2 (2), 2–7.
4. Garrett, R., en Grisham, C. (2010). Biochemie (4e ed.). Boston, VS: Brooks / Cole. CENGAGE Leren.
5. Huber, KC en BeMiller, JN (2018). Koolhydraten. In Organic Chemistry (pp.888-928). Elsevier Inc.
6. Yurkanis Bruice, P. (2003). Organische chemie. Pearson.