POLYSACCHARIDEN: KENMERKEN, STRUCTUUR, CLASSIFICATIE, VOORBEELDEN - BIOLOGIE - 2026

De polysacchariden , vaak glycanen genoemd, zijn chemische verbindingen met een hoog molecuulgewicht die worden gevormd door meer dan 10 eenheden individuele suikers (monosacchariden). Met andere woorden, het zijn monosaccharidepolymeren die met elkaar zijn verbonden via glycosidebindingen.

Dit zijn veel voorkomende moleculen in de natuur, omdat ze in alle levende wezens worden aangetroffen, waar ze een breed scala aan functies vervullen, waarvan er vele nog steeds worden bestudeerd. Ze worden beschouwd als de grootste bron van hernieuwbare natuurlijke hulpbronnen op aarde.

Structuur van cellulose, een homopolysaccharide (Bron: http://www.monografias.com/trabajos46/celulosa-madera/celulosa-madera2.shtml / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa /4.0) via Wikimedia Commons)

Zo bestaat de wand van plantencellen uit een van de meest voorkomende polysacchariden in de biosfeer: cellulose.

Deze verbinding, die bestaat uit herhaalde eenheden van een monosaccharide genaamd glucose, dient als voedsel voor duizenden micro-organismen, schimmels en dieren, naast de functies die het heeft bij het behouden van de structuur van planten.

De mens is er in de loop van de tijd in geslaagd om cellulose te gebruiken voor praktische doeleinden: hij gebruikt katoen om kleding te maken, de "pulp" van bomen om papier te maken, enzovoort.

Een ander zeer overvloedig polysaccharide, ook geproduceerd door planten en van groot belang voor de mens, is zetmeel, aangezien het een van de belangrijkste bronnen van koolstof en energie is. Het zit in de granen, in knollen, enz.

Kenmerken van polysacchariden

- Het zijn macromoleculen met een zeer hoog molecuulgewicht

- Ze zijn voornamelijk samengesteld uit koolstof-, waterstof- en zuurstofatomen

- Ze zijn structureel en functioneel zeer divers

- Ze komen voor in praktisch alle levende wezens op aarde: planten, dieren, bacteriën, protozoa en schimmels

- Sommige polysacchariden zijn zeer goed oplosbaar in water en andere niet, wat meestal afhangt van de aanwezigheid van takken in hun structuur

- Ze werken bij de opslag van energie, bij cellulaire communicatie, bij de structurele ondersteuning van cellen en weefsels, enz.

- Zijn hydrolyse resulteert in het algemeen in het vrijkomen van individuele residuen (monosacchariden)

- Ze kunnen worden aangetroffen als onderdeel van complexere macromoleculen, zoals het koolhydraatgedeelte van veel glycoproteïnen, glycolipiden, enz.

Structuur

Zoals we in het begin al noemden, zijn polysacchariden polymeren van meer dan 10 suiker- of monosaccharideresiduen, die met elkaar verbonden zijn door glucosidebindingen.

Hoewel het extreem diverse moleculen zijn (er is een oneindige verscheidenheid aan mogelijke structurele typen), zijn de meest voorkomende monosacchariden die in de structuur van een polysaccharide worden aangetroffen pentose- en hexosesuikers, dat wil zeggen suikers met respectievelijk 5 en 6 koolstofatomen.

Diversiteit

De diversiteit van deze macromoleculen ligt in het feit dat, naast de verschillende suikers waaruit ze kunnen bestaan, elk suikerresidu twee verschillende cyclische vormen kan hebben: furanose of pyranose (alleen die suikers met 5 en 6 koolstofatomen).

Bovendien kunnen de glycosidebindingen de α- of β-configuratie hebben en, alsof dat nog niet genoeg is, kan de vorming van deze bindingen de substitutie van een of meer hydroxylgroepen (-OH) in het aangrenzende residu inhouden.

Ze kunnen ook worden gevormd door suikers met vertakte ketens, door suikers zonder een of meer hydroxylgroepen (-OH) en door suikers met meer dan 6 koolstofatomen, evenals door verschillende derivaten van monosacchariden (algemeen of niet).

Grafische weergave van een lineair en een vertakt polysaccharide (Bron: jphwang / Public domain, via Wikimedia Commons), gewijzigd door Raquel Parada Puig

Polysacchariden met een lineaire keten zijn over het algemeen beter "verpakt" in stijve of inflexibele structuren en zijn onoplosbaar in water, in tegenstelling tot vertakte polysacchariden, die zeer goed oplosbaar zijn in water en "pasteuze" structuren vormen in waterige oplossingen.

Classificatie van polysacchariden

De classificatie van polysacchariden is meestal gebaseerd op hun natuurlijke voorkomen, maar het wordt steeds gebruikelijker om ze te classificeren op basis van hun chemische structuur.

Veel auteurs zijn van mening dat de beste manier om polysacchariden te classificeren is gebaseerd op het type suikers waaruit ze bestaan, volgens welke twee grote groepen zijn gedefinieerd: die van homopolysacchariden en die van heteropolysacchariden.

Homopolysacchariden of homoglycanen

Deze groep omvat alle polysacchariden die zijn opgebouwd uit identieke suiker- of monosaccharide-eenheden, dat wil zeggen dat het homopolymeren zijn van hetzelfde type suiker.

De eenvoudigste homopolysacchariden zijn die met een lineaire conformatie, waarbij alle suikerresten met elkaar verbonden zijn via dezelfde soort chemische binding. Cellulose is een goed voorbeeld: het is een polysaccharide dat is samengesteld uit glucoseresiduen verbonden door β-bindingen (1 → 4).

Er zijn echter meer complexe homopolysacchariden en het zijn degenen die meer dan één type binding in een lineaire keten hebben en zelfs vertakkingen kunnen hebben.

Voorbeelden van homopolysacchariden die in de natuur veel voorkomen zijn cellulose, glycogeen en zetmeel, die allemaal bestaan ​​uit zich herhalende glucose-eenheden; Deze groep omvat ook chitine, dat bestaat uit zich herhalende eenheden van N-acetylglucosamine, een derivaat van glucose.

Dan zijn er nog andere die in de literatuur minder populair zijn, zoals fructanen (bestaande uit fructose-eenheden), pentosanen (bestaande uit arabinose of xylose) en pectines (bestaande uit derivaten van galacturonzuur, op hun beurt afgeleid van galactose).

Heteropolysacchariden of heteroglycanen

Binnen deze groep worden daarentegen al die polysacchariden die zijn samengesteld uit twee of meer verschillende soorten suikers, geclassificeerd, dat wil zeggen dat het heteropolymeren van verschillende suikers zijn.

De eenvoudigste heteropolysacchariden worden gevormd door twee ongelijke suikerresiduen (of derivaten van suikers), die (1) in dezelfde lineaire keten kunnen zijn of (2) een die een lineaire hoofdketen vormt en de andere zijketens.

Er kunnen echter ook heteropolysacchariden zijn die bestaan ​​uit meer dan 2 soorten sterk vertakte of niet-suikerhoudende residuen.

Veel van deze moleculen associëren zich met eiwitten of lipiden, waarbij ze glycoproteïnen en glycolipiden vormen, die zeer overvloedig aanwezig zijn in dierlijke weefsels.

Veel voorkomende voorbeelden van heteropolysacchariden zijn die die deel uitmaken van mucopolysacchariden zoals hyaluronzuur, wijd verspreid onder dieren en bestaan ​​uit glucuronzuurresiduen gekoppeld aan N-acetyl-D-glucosamineresiduen.

Kraakbeen, aanwezig in alle gewervelde dieren, bevat ook overvloedige heteropolysacchariden, vooral chondroïtinesulfaat, dat bestaat uit zich herhalende eenheden van glucuronzuur en N-acetyl-D-galactosamine.

Een algemeen feit over de nomenclatuur

Polysacchariden worden genoemd met de algemene term glycan, dus de meest nauwkeurige nomenclaturen gebruiken, om een ​​naam te geven, het voorvoegsel van "ouderlijke suiker" en het einde "-ano". Een polysaccharide op basis van glucose-eenheden kan bijvoorbeeld een glucaan worden genoemd.

Voorbeelden van polysacchariden

In de hele tekst hebben we de meest voorkomende voorbeelden genoemd die ongetwijfeld deze grote groep macromoleculen vertegenwoordigen. Vervolgens zullen we er enkele wat verder uitwerken en zullen we andere even belangrijke noemen.

Glycogeen en cellulose, twee polysacchariden (Bron: Sunshineconnelly op en.wikibooks / CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by/2.5) via Wikimedia Commons, gewijzigd door Raquel Parada Puig)

Cellulose en chitine

Cellulose, een glucoseresidepolymeer, is, samen met chitine, een N-acetyl-glucosamine-residu-polymeer, een van de meest voorkomende polymeren op aarde.

Chitine-molecuul

De eerste is een fundamenteel onderdeel van de muurbedekkende plantencellen en de laatste bevindt zich in de celwand van schimmels en het exoskelet van geleedpotigen, ongelooflijk diverse en overvloedige ongewervelde dieren, waaronder insecten en insecten. schaaldieren bijvoorbeeld.

Beide homopolysacchariden zijn even belangrijk, niet alleen voor de mens, maar voor alle ecosystemen in de biosfeer, aangezien ze een structureel onderdeel vormen van de organismen die aan de basis van de voedselketen staan.

Glycogeen en zetmeel

Polysacchariden dienen, naast hun vele functies, als energiereservemateriaal. Zetmeel wordt geproduceerd in planten en glycogeen wordt geproduceerd in dieren.

Beide zijn homopolysacchariden die zijn samengesteld uit glucoseresiduen, die zijn verbonden via verschillende glycosidebindingen, en die talrijke vertakkingen in vrij complexe patronen vertonen. Met behulp van sommige eiwitten kunnen de twee soorten moleculen compactere korrels vormen.

Zetmeel is een complex dat bestaat uit twee verschillende glucosepolymeren: amylose en amylopectine. Amylose is een lineair polymeer van glucoseresiduen verbonden door α-bindingen (1 → 4), terwijl amylopectine een vertakt polymeer is dat zich bindt aan amylose via α-bindingen (1 → 6).

Zetmeelkorrels in een aardappelcel. Bron: Ganymede / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0)

Glycogeen, aan de andere kant, is ook een polymeer van glucose-eenheden verbonden door α-bindingen (1 → 4) en met talrijke vertakkingen verbonden door α-bindingen (1 → 6). Dit heeft een significant hoger aantal vertakkingen dan zetmeel.

Structuur van glycogeen

Heparine

Heparine is een glycosaminoglycaan dat is geassocieerd met sulfaatgroepen. Het is een heteropolysaccharide dat bestaat uit glucuronzuureenheden, waarvan er vele veresterd zijn, en N-glucosaminesulfaateenheden die een extra sulfaatgroep op hun 6-koolstofatomen hebben, verbonden door α (1 → 4) bindingen.

Structuur van heparine. Afbeeldingsbron: Jü / CC0

Deze verbinding wordt vaak gebruikt als anticoagulans, normaal voorgeschreven voor de behandeling van hartaanvallen en onstabiele angina pectoris.

Andere polysacchariden

Planten produceren veel stoffen die rijk zijn aan complexe heteropolysacchariden, waaronder gommen en andere hechtende of emulgerende verbindingen. Deze stoffen zijn vaak rijk aan polymeren van glucuronzuur en andere suikers.

Bacteriën produceren ook heteropolysacchariden die vaak vrijkomen in de omgeving die hen omringt, daarom staan ​​ze bekend als exopolysacchariden.

Veel van deze stoffen worden gebruikt als geleermiddelen in de voedingsindustrie, met name die welke worden gesynthetiseerd door melkzuurbacteriën.

Referenties

1. De Vuyst, L., & Degeest, B. (1999). Heteropolysacchariden van melkzuurbacteriën. FEMS-microbiologiebeoordelingen, 23 (2), 153-177.
2. Aspinall, GO (Ed.). (2014). De polysacchariden. Academische pers.
3. De redactie van Encyclopaedia Britannica (2019). Encyclopaedia Britannica. Opgehaald 18 april 2020, van www.britannica.com/science/polysaccharide
4. Dische, ZACHABIAS (1955). Suikers in polysacchariden. In Methods of biochemical analysis (Vol. 2, pp. 313-358). Interscience New York.
5. Brown Jr, RM (2004). Cellulosestructuur en biosynthese: wat staat de 21ste eeuw te wachten? Journal of Polymer Science Part A: Polymer Chemistry, 42 (3), 487-495.
6. Roach, PJ (2002). Glycogeen en zijn metabolisme. Huidige moleculaire geneeskunde, 2 (2), 101-120. Al of Polymer Science Part A: Polymer Chemistry, 42 (3), 487-495.