Гомополисахариды

К числу наиболее известных и важных с биологической точки зрения гомополисахаридов относят крахмал, гликоген, целлюлозу, пектины и хитин. Важнейшим резервным полисахаридом в клетках растений является крахмал, а в клетках животных – гликоген. Крахмал представляет собой смесь двух полимеров глюкозы:

a-амилозы (15-20% от общего количества) и амилопектина (80‑85%). a-амилоза имеет неразветвленную спиральную структуру, в которой остатки глюкозы соединены a(1® 4)-связями (рис. 7.7).

Рис. 7.7. Структура фрагмента a-амилозы

Молекулярная масса цепей a-амилозы колеблется от нескольких тысяч до 500 000. Амилопектин также имеет высокую молекулярную массу, но в отличие от a-амилозы его цепи сильно разветвлены (одно ответвление примерно на каждые 20 остатков глюкозы). В неразветвленных участках остатки глюкозы соединены a(1 ® 4)-связями, а в точках ветвления – связями a(1 ® 6).

Рис. 7.8. Фрагмент структуры амилопектина. В точках ветвления возникает a(1® 6)-связь

Гликоген – основной резервный полисахарид в клетках животных. Основная масса гликогена накапливается у животных в клетках печени и клетках скелетной мускулатуры. Подобно амилопектину, гликоген является разветвленным полисахаридом, состоящим из остатков D-глюкозы, связанных друг с другом a(1® 4)-связями, но по сравнению с амилопектином он значительно более разветвлен (примерно одна точка ветвления на 10 остатков D‑глюкозы) и компактен. В местах ветвления образуются a(1® 6)-связи.

Декстринами называют вещества, образующиеся при гидролизе крахмала под действием амилаз. Амилазы расщепляют только a(1® 4)-связи. Устойчивое по отношению к амилазам «ядро» амилопектина, содержащее большое число a(1® 6)-связей называют остаточным декстрином.

Целлюлоза –линейный, неразветвленный гомополисахарид, состоящий из 10 000 и более остатков D-глюкозы. Она нерастворима в обычных растворителях и в воде и построена из a-D-глюкопиранозных звеньев, соединенных b(1® 4) связями, образующих длинные вытянутые цепи, стабилизированные поперечными водородными связями. Если наиболее распространенными внутриклеточными биополимерами следует считать белки, то целлюлоза, бесспорно, это не только самый распространенный внеклеточный структурный полисахарид в растительном мире, но и вообще самый распространенный в природе биополимер.

Рис. 7.9. Фрагмент структуры молекулы целлюлозы. Полимерные цепи целлюлозы располагаются параллельно и соединяются водородными связями

Многие млекопитающие, в том числе человек, не способны переваривать целлюлозу, так как их пищеварительная система не содержит ферментов, расщепляющих b-связи. В кишечнике жвачных и многих других травоядных животных присутствуют микроорганизмы, способные расщеплять b-связи, и для этих животных целлюлоза является важным источником пищевых калорий. В толстом кишечнике человека также содержится ряд штаммов бактерий, способных воздействовать на целлюлозу, но их количество мало, и с их помощью человек переваривает только незначительную часть поступающей в его организм целлюлозы.

В основе пектиновых соединений лежат, так называемые пектовые кислоты, которые построены, в основном, из остатков a-D-галактуроновой кислоты, связанных a(1®4)-связью.

Рис. 7.10. Фрагмент структуры молекулы пектина. Полимерные цепи пектина образованы, связанными друг с другом остатками a-D-галактуроновой кислоты

В пектине и протопектине разное число атомов водорода карбоксильных групп остатков a-D-галактуроновой кислоты (выделены звездочками) замещается метильными группами (–СН₃). Собственно пектин содержится в значительном количестве в растительных соках. Протопектин является обычным компонентом клеточной стенки и менее растворим, чем пектин.

Хитин, наряду с целлюлозой и пектинами, также является одним из важнейших полисахаридов, выполняющих структурную функцию. Он входит в состав клеточных стенок грибов и участвует в формировании твердого наружного покрова (экзоскелета) насекомых и ракообразных. Мономером хитина является N‑ацетилглюкозамин, молекулы которого связаны друг с другом b(1®4)‑гликозидной связью.

Рис. 7.11. Фрагмент структуры молекулы хитина. N-ацетил-D-глюкозамин является основным строительным блоком хитина и многих других структурных полисахаридов

Группа гетерополисахаридов будет рассмотрена нами в теоретической части к следующей лабораторной работе.