ลักษณะโพลีแซ็กคาไรด์โครงสร้างการจำแนกตัวอย่าง - ชีววิทยา - 2025

polysaccharidesมักจะเรียกว่า glycans, เป็นสารประกอบทางเคมีของน้ำหนักโมเลกุลสูงเกิดขึ้นโดยกว่า 10 หน่วยของน้ำตาลของแต่ละบุคคล (monosaccharides) กล่าวอีกนัยหนึ่งก็คือพอลิเมอร์โมโนแซ็กคาไรด์ที่เชื่อมโยงกันผ่านพันธะไกลโคซิดิก

โมเลกุลเหล่านี้เป็นโมเลกุลที่พบได้ทั่วไปในธรรมชาติเช่นเดียวกับที่พบในสิ่งมีชีวิตทุกชนิดซึ่งพวกมันทำหน้าที่ได้หลากหลายซึ่งหลายอย่างยังอยู่ในระหว่างการศึกษา ถือเป็นแหล่งทรัพยากรธรรมชาติหมุนเวียนที่ใหญ่ที่สุดในโลก

โครงสร้างของเซลลูโลสซึ่งเป็น homopolysaccharide (ที่มา: http://www.monografias.com/trabajos46/celulosa-madera/celulosa-madera2.shtml / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa /4.0) ผ่าน Wikimedia Commons)

ตัวอย่างเช่นผนังของเซลล์พืชประกอบด้วยโพลีแซ็กคาไรด์ที่มีอยู่มากที่สุดชนิดหนึ่งในชีวมณฑล: เซลลูโลส

สารประกอบนี้ประกอบด้วยหน่วยโมโนแซคคาไรด์ที่เรียกว่ากลูโคสซ้ำ ๆ ทำหน้าที่เป็นอาหารของจุลินทรีย์เชื้อราและสัตว์หลายพันชนิดนอกเหนือจากหน้าที่ในการรักษาโครงสร้างของพืช

เมื่อเวลาผ่านไปมนุษย์สามารถใช้ประโยชน์จากเซลลูโลสเพื่อวัตถุประสงค์ในทางปฏิบัติได้เขาใช้ฝ้ายในการทำเสื้อผ้า "เยื่อ" ของต้นไม้ในการทำกระดาษและอื่น ๆ

โพลีแซคคาไรด์ที่อุดมสมบูรณ์อีกชนิดหนึ่งซึ่งผลิตโดยพืชและมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อมนุษย์คือแป้งเนื่องจากเป็นแหล่งคาร์บอนและพลังงานหลักชนิดหนึ่ง มันอยู่ในเมล็ดธัญพืชในหัว ฯลฯ

ลักษณะของโพลีแซ็กคาไรด์

- เป็นโมเลกุลขนาดใหญ่ที่มีน้ำหนักโมเลกุลสูงมาก

- ประกอบด้วยอะตอมของคาร์บอนไฮโดรเจนและออกซิเจนเป็นหลัก

- พวกเขามีโครงสร้างและการพูดที่หลากหลายมาก

- มีอยู่ในสิ่งมีชีวิตทั้งหมดบนโลก: พืชสัตว์แบคทีเรียโปรโตซัวและเชื้อรา

- โพลีแซ็กคาไรด์บางชนิดสามารถละลายได้ในน้ำและอื่น ๆ ไม่ได้ซึ่งมักขึ้นอยู่กับการมีกิ่งก้านในโครงสร้าง

- ทำงานในการจัดเก็บพลังงานในการสื่อสารกับเซลล์ในการสนับสนุนโครงสร้างของเซลล์และเนื้อเยื่อ ฯลฯ

- การไฮโดรไลซิสโดยทั่วไปส่งผลให้มีการปลดปล่อยสารตกค้าง (โมโนแซ็กคาไรด์)

- สามารถพบได้เป็นส่วนหนึ่งของโมเลกุลขนาดใหญ่ที่ซับซ้อนมากขึ้นเช่นส่วนคาร์โบไฮเดรตของไกลโคโปรตีนไกลโคลิปิดเป็นต้น

โครงสร้าง

ดังที่เราได้กล่าวไว้ในตอนต้นโพลีแซ็กคาไรด์เป็นโพลีเมอร์ที่มีน้ำตาลหรือสารตกค้างของโมโนแซ็กคาไรด์มากกว่า 10 ชนิดซึ่งเชื่อมโยงกันผ่านพันธะกลูโคซิดิก

แม้ว่าจะเป็นโมเลกุลที่มีความหลากหลายมาก (มีประเภทโครงสร้างที่เป็นไปได้หลากหลายไม่สิ้นสุด) โมโนแซ็กคาไรด์ที่พบมากที่สุดในโครงสร้างของพอลิแซ็กคาไรด์คือน้ำตาลเพนโทสและเฮกโซสนั่นคือน้ำตาลของคาร์บอน 5 และ 6 อะตอมตามลำดับ

ความหลากหลาย

ความหลากหลายของโมเลกุลขนาดใหญ่เหล่านี้อยู่ที่ความจริงที่ว่านอกเหนือจากน้ำตาลที่แตกต่างกันที่สามารถสร้างขึ้นได้แล้วกากน้ำตาลแต่ละชนิดยังสามารถอยู่ในรูปแบบวัฏจักรที่แตกต่างกันได้สองรูปแบบ ได้แก่ ฟูราโนสหรือไพราโนส (เฉพาะน้ำตาลที่มีคาร์บอน 5 และ 6 อะตอม)

นอกจากนี้พันธะไกลโคซิดิกสามารถอยู่ในโครงร่างα-หรือβ-และราวกับว่ายังไม่เพียงพอการก่อตัวของพันธะเหล่านี้อาจเกี่ยวข้องกับการแทนที่หมู่ไฮดรอกซิล (-OH) หนึ่งกลุ่มขึ้นไปในสารตกค้างที่อยู่ติดกัน

นอกจากนี้ยังสามารถเกิดจากน้ำตาลที่มีโซ่แยกย่อยโดยน้ำตาลที่ไม่มีหมู่ไฮดรอกซิล (-OH) หนึ่งกลุ่มขึ้นไปและโดยน้ำตาลที่มีคาร์บอนมากกว่า 6 อะตอมรวมทั้งอนุพันธ์ที่แตกต่างกันของโมโนแซ็กคาไรด์ (ทั่วไปหรือไม่)

การแสดงภาพกราฟิกของพอลิแซ็กคาไรด์เชิงเส้นและแบบแยกแขนง (ที่มา: jphwang / โดเมนสาธารณะผ่าน Wikimedia Commons) แก้ไขโดย Raquel Parada Puig

โดยทั่วไปแล้วพอลิแซ็กคาไรด์แบบโซ่เชิงเส้นจะ "บรรจุ" ได้ดีกว่าในโครงสร้างที่แข็งหรือไม่ยืดหยุ่นและไม่ละลายในน้ำเมื่อเทียบกับโพลีแซ็กคาไรด์แบบแยกแขนงซึ่งละลายน้ำได้สูงและก่อตัวเป็นโครงสร้าง "สีซีด" ในสารละลายในน้ำ

การจำแนกประเภทของโพลีแซ็กคาไรด์

การจำแนกประเภทของโพลีแซ็กคาไรด์มักขึ้นอยู่กับการเกิดขึ้นตามธรรมชาติอย่างไรก็ตามการจำแนกประเภทของโพลีแซ็กคาไรด์เป็นเรื่องปกติมากขึ้นตามโครงสร้างทางเคมี

ผู้เขียนหลายคนพิจารณาว่าวิธีที่ดีที่สุดในการจำแนกโพลีแซ็กคาไรด์นั้นขึ้นอยู่กับประเภทของน้ำตาลที่ประกอบขึ้นตามที่มีการกำหนดกลุ่มใหญ่สองกลุ่ม ได้แก่ homopolysaccharides และ heteropolysaccharides

โฮโมพอลิแซ็กคาไรด์หรือโฮโมไกลแคน

กลุ่มนี้รวมถึงโพลีแซ็กคาไรด์ทั้งหมดที่ประกอบด้วยน้ำตาลหรือหน่วยโมโนแซคคาไรด์ที่เหมือนกันกล่าวคือเป็นโฮโมพอลิเมอร์ของน้ำตาลชนิดเดียวกัน

โฮโมพอลิแซ็กคาไรด์ที่ง่ายที่สุดคือสารที่มีโครงสร้างเชิงเส้นซึ่งกากน้ำตาลทั้งหมดเชื่อมโยงกันผ่านพันธะเคมีชนิดเดียวกัน เซลลูโลสเป็นตัวอย่างที่ดี: เป็นโพลีแซคคาไรด์ที่ประกอบด้วยกากน้ำตาลกลูโคสที่เชื่อมโยงด้วยพันธะβ (1 → 4)

อย่างไรก็ตามมีโฮโมพอลิแซ็กคาไรด์ที่ซับซ้อนกว่าและเป็นพันธะที่มีพันธะมากกว่าหนึ่งชนิดในโซ่เชิงเส้นและยังสามารถมีกิ่งก้านได้

ตัวอย่างของโฮโมพอลิแซ็กคาไรด์ที่พบบ่อยในธรรมชาติ ได้แก่ เซลลูโลสไกลโคเจนและแป้งซึ่งประกอบด้วยหน่วยกลูโคสซ้ำ กลุ่มนี้ยังรวมถึงไคตินซึ่งประกอบด้วยหน่วยซ้ำของ N -acetyl-glucosamine ซึ่งเป็นอนุพันธ์ของกลูโคส

จากนั้นก็มีคนอื่น ๆ ที่ไม่ค่อยได้รับความนิยมในวรรณคดีเช่นฟรุคแคน (ประกอบด้วยหน่วยฟรุกโตส) เพนโตซาน (ประกอบด้วยอะราบิโนสหรือไซโลส) และเพคติน (ประกอบด้วยอนุพันธ์ของกรดกาแลกตูโรนิกซึ่งได้มาจากกาแลคโตส)

Heteropolysaccharides หรือ heteroglycans

ในกลุ่มนี้ในทางกลับกันโพลีแซ็กคาไรด์ทั้งหมดที่ประกอบด้วยน้ำตาลสองชนิดขึ้นไปจะถูกจัดประเภทนั่นคือเป็นสารต่างชนิดกันของน้ำตาลที่แตกต่างกัน

เฮเทอโรโพลีแซ็กคาไรด์ที่ง่ายที่สุดเกิดจากกากน้ำตาลที่แตกต่างกันสองชนิด (หรืออนุพันธ์ของน้ำตาล) ซึ่งสามารถ (1) อยู่ในห่วงโซ่เชิงเส้นเดียวกันหรือ (2) เป็นห่วงโซ่เชิงเส้นหลักและอีกเส้นที่เป็นโซ่ด้านข้าง

อย่างไรก็ตามอาจมีเฮเทอโรโพลีแซ็กคาไรด์ที่ประกอบด้วยสารตกค้างที่แตกแขนงสูงหรือไม่มีน้ำตาลมากกว่า 2 ชนิด

โมเลกุลเหล่านี้จำนวนมากเชื่อมโยงกับโปรตีนหรือไขมันสร้างไกลโคโปรตีนและไกลโคลิปิดซึ่งมีมากในเนื้อเยื่อของสัตว์

ตัวอย่างที่พบบ่อยมากของ heteropolysaccharides ได้แก่ สารที่เป็นส่วนหนึ่งของ mucopolysaccharides เช่นกรดไฮยาลูโรนิกซึ่งกระจายอยู่ทั่วไปในสัตว์และประกอบด้วยสารตกค้างของกรดกลูคูโรนิกที่เชื่อมโยงกับสารตกค้างของ N -acetyl-D-glucosamine

กระดูกอ่อนที่มีอยู่ในสัตว์มีกระดูกสันหลังทุกชนิดยังมีเฮเทอโรโพลีแซ็กคาไรด์มากมายโดยเฉพาะคอนดรอยตินซัลเฟตซึ่งประกอบด้วยหน่วยซ้ำของกรดกลูคูโรนิกและ N -acetyl-D-galactosamine

ข้อเท็จจริงทั่วไปเกี่ยวกับระบบการตั้งชื่อ

โพลีแซ็กคาไรด์ได้รับการตั้งชื่อด้วยคำว่าไกลแคนทั่วไปดังนั้นการตั้งชื่อที่แม่นยำที่สุดจึงใช้ในการตั้งชื่อคำนำหน้าของ "parental sugar" และคำลงท้าย "-ano" ตัวอย่างเช่นโพลีแซคคาไรด์ที่ใช้หน่วยกลูโคสสามารถเรียกได้ว่ากลูแคน

ตัวอย่างของโพลีแซ็กคาไรด์

ตลอดทั้งข้อความเราได้อ้างถึงตัวอย่างทั่วไปที่แสดงถึงกลุ่มโมเลกุลขนาดใหญ่นี้อย่างไม่ต้องสงสัย ต่อไปเราจะพัฒนาบางส่วนอีกเล็กน้อยและเราจะพูดถึงสิ่งอื่น ๆ ที่สำคัญไม่แพ้กัน

ไกลโคเจนและเซลลูโลสสองโพลีแซ็กคาไรด์ (ที่มา: Sunshineconnelly ที่ en.wikibooks / CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by/2.5) ผ่าน Wikimedia Commons แก้ไขโดย Raquel Parada Puig)

เซลลูโลสและไคติน

เซลลูโลสซึ่งเป็นโพลีเมอร์กากน้ำตาลกลูโคสพร้อมกับไคตินซึ่งเป็นพอลิเมอร์ตกค้างของ N-acetyl-glucosamine ซึ่งเป็นโพลีเมอร์ที่มีอยู่มากที่สุดชนิดหนึ่งในโลก

ไคตินโมเลกุล

อดีตเป็นส่วนพื้นฐานของผนังที่ปกคลุมเซลล์พืชและหลังอยู่ในผนังเซลล์ของเชื้อราและโครงกระดูกภายนอกของสัตว์ขาปล้องซึ่งเป็นสัตว์ไม่มีกระดูกสันหลังที่มีความหลากหลายและอุดมสมบูรณ์อย่างไม่น่าเชื่อรวมทั้งแมลงและแมลง ตัวอย่างเช่นกุ้ง

โฮโมพอลิแซ็กคาไรด์ทั้งสองมีความสำคัญเท่าเทียมกันไม่เพียง แต่สำหรับมนุษย์เท่านั้น แต่สำหรับระบบนิเวศทั้งหมดในชีวมณฑลเนื่องจากเป็นส่วนโครงสร้างของสิ่งมีชีวิตที่อยู่ที่ฐานของห่วงโซ่อาหาร

ไกลโคเจนและแป้ง

โพลีแซ็กคาไรด์ซึ่งทำหน้าที่เป็นวัสดุสำรองพลังงาน แป้งผลิตในพืชและผลิตไกลโคเจนในสัตว์

ทั้งสองเป็นโฮโมพอลิแซ็กคาไรด์ประกอบด้วยกากน้ำตาลกลูโคสซึ่งเชื่อมโยงกันผ่านพันธะไกลโคซิดิกที่แตกต่างกันทำให้มีกิ่งก้านจำนวนมากในรูปแบบที่ค่อนข้างซับซ้อน ด้วยความช่วยเหลือของโปรตีนบางชนิดโมเลกุลทั้งสองชนิดสามารถสร้างเม็ดเล็ก ๆ ได้มากขึ้น

แป้งเป็นสารประกอบเชิงซ้อนที่ประกอบด้วยโพลีเมอร์กลูโคสสองชนิด ได้แก่ อะไมโลสและอะมิโลเพคติน อะไมโลสเป็นพอลิเมอร์เชิงเส้นของกากน้ำตาลกลูโคสที่เชื่อมโยงด้วยพันธะα (1 → 4) ในขณะที่อะไมโลเพคตินเป็นโพลีเมอร์แบบแยกแขนงที่จับกับอะไมโลสผ่านพันธะα (1 → 6)

แป้งธัญพืชในเซลล์มันฝรั่ง ที่มา: Ganymede / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0)

ในทางกลับกันไกลโคเจนเป็นโพลีเมอร์ของหน่วยกลูโคสที่เชื่อมโยงด้วยพันธะα (1 → 4) และมีกิ่งก้านจำนวนมากที่เชื่อมต่อด้วยพันธะα (1 → 6) มีจำนวนกิ่งมากกว่าแป้งอย่างเห็นได้ชัด

โครงสร้างของไกลโคเจน

เฮ

เฮปารินเป็นไกลโคซามิโนไกลแคนที่เกี่ยวข้องกับกลุ่มซัลเฟต เป็นเฮเทอโรโพลีแซ็กคาไรด์ที่ประกอบด้วยหน่วยกรดกลูคูโรนิกซึ่งหลายหน่วยเป็นเอสเทอร์และหน่วยเอ็น - กลูโคซามีนซัลเฟตที่มีกลุ่มซัลเฟตเพิ่มเติมบนคาร์บอน 6 ตัวที่เชื่อมด้วยพันธะα (1 → 4)

โครงสร้างของเฮปาริน แหล่งที่มาของภาพ: Jü / CC0

สารประกอบนี้มักใช้เป็นยาต้านการแข็งตัวของเลือดซึ่งปกติกำหนดไว้สำหรับการรักษาอาการหัวใจวายและโรคหลอดเลือดหัวใจตีบที่ไม่เสถียร

โพลีแซ็กคาไรด์อื่น ๆ

พืชผลิตสารหลายชนิดที่อุดมไปด้วยเฮเทอโรโพลีแซ็กคาไรด์ที่ซับซ้อนรวมทั้งเหงือกและสารประกอบกาวหรืออิมัลชันอื่น ๆ สารเหล่านี้มักอุดมไปด้วยโพลีเมอร์ของกรดกลูคูโรนิกและน้ำตาลอื่น ๆ

แบคทีเรียยังผลิตเฮเทอโรโพลีแซ็กคาไรด์ซึ่งหลายครั้งปล่อยออกสู่สิ่งแวดล้อมที่อยู่รอบ ๆ ตัวพวกมันด้วยเหตุนี้จึงเรียกว่า exopolysaccharides

สารเหล่านี้จำนวนมากถูกใช้เป็นสารก่อเจลในอุตสาหกรรมอาหารโดยเฉพาะสารที่สังเคราะห์โดยแบคทีเรียกรดแลคติก

อ้างอิง

1. De Vuyst, L. และ Degeest, B. (1999). Heteropolysaccharides จากแบคทีเรียกรดแลคติก. บทวิจารณ์จุลชีววิทยาของ FEMS, 23 (2), 153-177
2. Aspinall, GO (Ed.) (2014) พอลิแซ็กคาไรด์ สำนักพิมพ์วิชาการ.
3. บรรณาธิการสารานุกรมบริแทนนิกา (2019) สารานุกรมบริแทนนิกา. สืบค้นเมื่อ 18 เมษายน 2020 จาก www.britannica.com/science/polysaccharide
4. Dische, ZACHABIAS (1955). น้ำตาลในโพลีแซ็กคาไรด์ ในวิธีการวิเคราะห์ทางชีวเคมี (เล่ม 2, หน้า 313-358) Interscience นิวยอร์ก
5. บราวน์จูเนียร์ RM (2004). โครงสร้างเซลลูโลสและการสังเคราะห์ทางชีวภาพ: มีอะไรอยู่ในศตวรรษที่ 21? วารสารวิทยาศาสตร์พอลิเมอร์ Part A: Polymer Chemistry, 42 (3), 487-495.
6. แมลงสาบ, PJ (2002). ไกลโคเจนและการเผาผลาญ ยาโมเลกุลปัจจุบัน, 2 (2), 101-120. Al of Polymer Science Part A: Polymer Chemistry, 42 (3), 487-495.