V.1.1. Пути распада полисахаридов и дисахаридов

Полисахариды распадаются до более простых соединений посредством реакций двух типов: гидролиза и фосфоролиза. Реакция гидролиза одного из самых распространённых полисахаридов – крахмала ускоряется специальными ферментами – амилазами, относящимися к классу гидролаз. В зависимости от характера фермента разрыв эфирных связей между остатками a-D-глюкопиранозы в молекуле крахмала и присоединение по месту разрыва воды может происходить в различных позициях. Соответственно этому продукты гидролиза крахмала также могут быть разные: глюкоза, мальтоза или олигосахариды. В качестве промежуточных продуктов всех типов реакций гидролиза крахмала образуются декстрины.

Биохимики обнаружили в природе несколько видов амилаз:

1) Глюкоамилаза (g-амилаза, a-1,4-глюкан глюкогидролаза) ускоряет реакцию гидролиза 1,4-связей в молекуле крахмала, олигосахаридов и даже дисахаридов, последовательно отщепляя остатки глюкозы от невосстанавливающего конца молекулы. Механизм её действия таков:

2) b-Амилаза (a-1,4-глюкан мальтогидролаза) ускоряет реакцию гидролиза крахмала по 1,4-связям, последовательно отщепляя остатки мальтозы, начиная с нередуцирующего конца молекулы крахмала. Действие b-амилазы прекращается в точках разветвления в молекуле крахмала. При этом мальтоза образуется в b-форме.

3) a-Амилаза (a-1,4-глюкан 4-глюканогидролаза) ускоряет реакцию гидролиза 1,4-гликозидных связей в молекуле крахмала без какого-то определённого порядка, в результате чего сначала возникают олигосахариды, которые в дальнейшем также подвергаются действию a-амилазы. Конечным продуктом деятельности a-амилазы является мальтоза, поскольку этот фермент не способен гидролизовать 1,4-связи в молекулах дисахаридов.

4) Амило-1,6-глюкозидаза ускоряет реакцию гидролиза 1,6-связей в молекуле амилопектина крахмала, расщепляя её в точках разветвления полиглюкозидной цепи:

При этом образуются линейные олигосахариды, которые подвергаются дальнейшему гидролизу с помощью упомянутых ранее амилаз.

5) Гликозидазы действуют на дисахариды – мальтозу, лактозу, сахарозу, трегалозу и др., расщепляя их на индивидуальные моносахариды. Различают a- и b-гликозидазы, которые ускоряют реакции гидролиза соответственно a- и b-глюкозидов. Необходимо также отметить, что гликозидазы, кроме гидролазной активности, обладают также гликозилтрансферазным действием и ускоряют процессы переноса гликозильных остатков на те или иные субстраты.

Аналогично крахмалу и гликогену ферментативному гидролизу подвергаются также и другие полисахариды: целлюлоза – под действием фермента целлюлазы, инулин – инулиназы, хитин – хитиназы и т.д.

Второй тип распада полисахаридов, как уже упоминалось ранее, представлен реакциями фосфоролиза. Эти реакции ускоряются специфическими ферментами фосфорилазами, которые являются гликозилтрансферазами, ускоряющими процессы ступенчатого переноса гликозильного остатка с невосстанавливающего конца молекулы полисахарида на неорганический фосфат. При этом расщепляются только 1,4-связи. 1,6-Связи остаются нетронутыми и олигосахариды с негидролизованными 1,6-связями образуют остаточный дексрин, на которые фосфорилазы уже не действуют.

Процесс фосфоролиза крахмала – переноса остатков глюкозы на H₃PO₄ многократно повторяется, в результате чего образуется большое количество молекул глюкозо-1-фосфата и молекула глюкозы, замыкавшая линейную цепочку полисахарида:

Реакции фосфоролиза широко представлены в природе. Именно так идёт распад гликогена, когда он вступает на путь гликогенолиза. Характерной особенностью реакций фосфоролиза является их обратимость. Поэтому реакции данного типа могут служить не только для распада полисахаридов, но и для их синтеза.