ΧΗΜΙΚΕΣ ΕΝΩΣΕΙΣ: ΒΙΟΠΟΛΥΜΕΡΗ 3ο: ΤΑ ΜΑΚΡΟΜΟΡΙΑ ΣΤΟΥΣ ΕΜΒΙΟΥΣ ΟΡΓΑΝΙΣΜΟΥΣ. Οι Μονοσακχαρίτες και οι Πολυσακχαρίτες

Δήμητρα Σπανού, Χημικός, καθηγήτρια Β/μιας Εκπ/σης, 1ου Γυμνασίου Δάφνης

ΤΙ ΕΙΝΑΙ ΟΙ ΠΟΛΥΣΑΚΧΑΡΙΤΕΣ

Οι πολυσακχαρίτες είναι πολυμερή συμπύκνωσης μονοσακχαριτών που ενώνονται σε αλυσίδα, ευθεία ή διακλαδιζόμενη. Η ένωση των μονοσακχαριτών προς πολυσακχαρίτη, γίνεται με την ένωση ενός μονοσακχαρίτη με έναν γειτονικό του οπότε έχουμε ευθεία αλυσίδα, ή και περισσότερους γιατί στο μόριό του περιέχονται περισσότερες από μια υδροξυλομάδες και τότε έχουμε διακλαδώσεις, διασταυρώσεις πλέγματα, υπερμοριακά συγκροτήματα κ.λ.π. με ανάλογες ιδιότητες των πολυμερών. (διαλυτότητα, δημιουργία κολλοειδών, πηκτωμάτων, ινών κ.λ.π.)

Η ένωση γίνεται με  αποβολή ενός μορίου νερού, είναι δηλαδή αντίδραση συμπύκνωσης και ο δεσμός λέγεται γλυκοζιτικός δεσμός .

 Ο αριθμός των μονοσακχαριτών στους πολυσακχαρίτες μπορει να είναι δεκάδες, εκατοντάδες ή χιλιάδες και ο γενικός χημικός τους τύπος (C₆H₁₀O₅ )_n.

Σε αντίθεση με τις πρωτεϊνες, οι πολυσακχαρίτες δεν μπορούν να χαρακτηριστούν από αυστηρά καθορισμένο μοριακό βάρος. Υπολλείματα μονοσακχαριτών μπορούν να διασπαστούν ενζυματικά από αυτούς, ανάλογα με τις μεταβολικές τάσεις του κυτάρου.

Οι πολυσακχαρίτες όπως και οι δισακχαρίτες, εφόσον έχουν την ελεύθερη τελική αλδευδομάδα διακρίνονται σε αναγωγικούς και όχι αναγωγικούς.

ΟΙ ΜΟΝΟΣΑΚΧΑΡΙΤΕΣ ΤΩΝ ΠΟΛΥΣΑΚΧΑΡΙΤΩΝ

Οι μονοσακχαρίτες φέρουν στο μόριό τους  την ομάδα -C=O είτε σαν αλδεϋδες σε ακραίο άτομο είτε κετόνες 

Ανάλογα με τον αριθμό των ανθράκων υπάρχουν μικροί υδατάνθρακες που έχουν από 3 έως 6 άνθρακες (μονοσακχαρίτες όπως τριόζες, πεντόζες, εξόζες), οι δισακχαρίτες από την ένωση δυο μονοσακχαριτών και οι πολυσακχαρίτες από πολυμερισμό μονοσακχαριτών 

 Από τους μονοσακχαρίτες που έχουν γενικό τύπο (CH₂O)_n  και διακρίνονται σε τριόζες (γλυκεριναλδεϋδη) 

(ξυλόζη)

πεντόζες (αραβινόζη, ξυλόζη, ριβόζη*,) και οι

 εξόζες (γλυκόζη, φρουκτόζη, γαλακτόζη), που είναι λευκές, στερεές, κρυσταλλικές  γλυκιές και συνήθως ευδιάλυτες στο νερό. Από αυτές  πολυμερίζονται με συμπύκνωση προς δημιουργία πολυσακχαριτών μόνο  εξόζες και μάλιστα στην κυκλοποιημένη τους μορφή (γλυκόζη, φρουκτόζη,   ) που είναι γλυκιές, ενώ οι πολυζακχαρίτες που παράγονται από αυτές είναι άγλυκοι. Η εξόζη  γαλακτόζη δεν απαντά ελεύθερη στη φύση παρά μόνο σε δισακχαρίτη και πολυμερή 

* Η δεοξυριβόζη του DNA δεν συμπεριλαμβάνεται στους μονοσακχαρίτες (πεντόζες) γιατί έχει ένα οξυγόνο λιγότερο

Ακόμη στους μονοσακχαρίτες πριλαμβάνοναι και τα οξέα, γλυκουρονικό, γαλακτουρονικό και μαννουρονικό

ΟΙ ΑΛΔΟΖΕΣ :  ΓΛΥΚΟΖΗ  Ο ΠΡΩΤΑΡΧΙΚΟΣ ΜΟΝΟΣΑΚΧΑΡΙΤΗΣ

Αποτελεί τον σημαντικότερο υδατάνθρακα στη βιολογία, είναι προϊόν φωτοσύνθεσης και χρησιμοποιείται στην κυτταρική αναπνοή. Είναι μια αλδοεξόζη. Έχει 6 άτομα άνθρακα και μια αλδεϋδομάδα στο ένα άκρο της.

ΕΝΑΝΤΙΟΜΕΡΙΩΣΗ  D, L ΜΟΡΦΕΣ ΣΤΙΣ ΕΞΟΖΕΣ (ανοικτή αλυσίδα)

 Στα άλλα πέντε έχει ομάδες υδροξυλίου. Οι 4 ενδιάμεσοι άνθρακες C₂ -C₅ είναι ασύμμετροι και  ένα από τα 4 ΟΗ τους βρίσκεται σε αντίθετη πλευρά από τα άλλα 3, ώστε, σε δομή ανοικτής αλυσίδας απαντάται σε δύο εναντιομερή με σχέση ειδώλου αντικειμένου την Dγλυκόζη και την Lγλυκόζη εκ των οποίων η πρώτη είναι κυρίως αυτή που συναντάμε στην φύση και που είναι το μονομερές από την αφυδάτωση του οποίου προέρχονται  πολυμερή άμυλο κυτταρίνη κ.α.

Εκτός από την D και L γλυκόζη, Οι διαφορετικές θέσεις των ΟΗ δίνουν άλλες 7 D εξόζες και 7L αντίστοιχες. Είναι η αλλόζη, η αλτρόζη, η μανόζη, η γουλόζη, η ιδόζη, η γαλακτόζη και η ταλόζη και άλλες 7 εναντιομερείς τους σε L μορφή 

ΙΣΟΜΕΡΙΩΣΗ CIS TRANS (α και β) ΣΤΗΝ ΕΤΕΡΟΚΥΚΛΙΚΗ  D  και L (Da , Dβ, Lα , Lβ) ΜΟΡΦΗ ΤΩΝ ΕΝΑΝΤΙΟΜΕΡΩΝ

Οι υδατάνθρακες μονοσακχαρίτες, κυκλοποιούνται και δίνουν και άλλου τύπου ισομερή. 

Αυτό όμως κάνει τον C₁  χειρόμορφο , με τέσσερες δαφορετικούς υποκαταστάτες (Η, Ο, ΟΗ, C), ώστε έχουμε άλλα ισομερή cis και  trans που εξαρτώνται από την σχετική θέση των OH του άνθρακα  C₁ και η ομάδα   CH₂OH του άνθρακα  C₅

Αν βρίσκονται στην ίδια πλευρά του επιπέδου που ορίζεται, έχουμε α trans γλυκόζη D ή α trans γλυκόζη L

Αν βρίσκονται σε διαφορετική πλευρά του επιπέδου που ορίζεται, έχουμε β trans γλυκόζη D ή β trans γλυκόζη L

Προκύπτουν έτσι, τα ετεροκυκλικά ισομερή, καθώς το υδροξύλιο του πέμπτου  άνθρακα (ασύμμετρος ), ενώνεται με ενδομοριακή αντίδραση με την αλδευδομάδα για να δώσει μια ετεροκυκλική ένωση (πυρανόζη με 6μελή δακτύλιο))

Η γλυκόζη ισομεριώνεται επίσης και σε διάφορες κυκλικές μορφές σημαντικότερη των οποίων είναι η πυρανόζη με εξαμελή ετεροκυκλικό δακτύλιο που σχηματίζεται από την ένωση του C₁ με  C₅

δίνοντας ομάδα ημικετάλης, η οποία σε υδατικό διάλυμα υπερισχύει με ποσοστό 99% ενώ η άκυκλη γλυκόζη  περιορίζεται στο 0,25%

Άλλες ετεροκυκλικές ισομερείς της γλυκόζης είναι σε αμεληταίες   ποσότητες

Όταν η γλυκόζη κυκλοποιείται είτε στην D ή L μορφή της,  με αντίδραση είτε  μεταξύ του 1ου και 5ου ατόμου άνθρακα (πυρανόζη) είτε μεταξύ 1ου και 4ου (φουρανόζη) κ.ο.κ., δημιουργείται ένας δακτύλιος εξαμελής, πενταμελής κ.λ.π..

Από τα άλλα ισομερή της γλυκόζης αναφέρουμε χαρακτηριστικά την εξόζη μαννόζη η οποία διαφέρει σε ένα μόνο στερεογονικό κέντρο το C2  και βέβαια την συναντάμε σε δύο εναντιομερείς μορφές D και L (συναντώνται στη φύση) και στην κυκλικη της μορφη δίνει συνήθως 2 μορφές ετεροκυκλικών δακτυλίων έναν εξαμελή (πυρανόζη)  και έναν πενταμελή (φουρανόζη).Υπάρχει στο άμυλο των φυτών, σε πολλά φρούτα και λαχανικά αλλα΄και στο ζωϊκό βασίλειο και σε αυτό των μικροοργανισμών.

ΤΑ ΕΤΕΡΟΚΥΚΛΙΚΑ ΙΣΟΜΕΡΗ ΤΩΝ ΜΟΝΟΣΑΧΑΡΙΤΩΝ ΚΕΤΟΖΩΝ  ΠΟΛΥΜΕΡΙΖΟΝΤΑΙ

ή φουρανόζη (πενταμελή δακτύλιο για τις αλδοκετόζες όπως η φρουκτόζη). Η κυκλική δομή δίνει όπως και στις αλδόζες sic και trans ισομερή δηλαδή αD φρουκτόζη, βD φρουκτόζη, αL φρουκτόζη, βD φρουκτόζη

Η μαννοζη κυκλοποιείται και σε πενταμελή και σε εξαμελή δακτύλιο

Πυρανόζη ή φουρανόζη

Σε αυτή την μορφή οι μονοσακχαρίτες πολυμερίζονται σε δισακχαρίτες ή πολυσακχαρίτες

Οι υδατάνθρακες μονοσακχαρίτες, κυκλοποιούνται και δίνουν και άλλου τύπου ισομερή. 

Προκύπτουν έτσι, τα ετεροκυκλικά ισομερή, καθώς το υδροξύλιο του πέμπτου  άνθρακα (ασύμμετρος ), ενώνεται με ενδομοριακή αντίδραση με την αλδευδομάδα για να δώσει μια ετεροκυκλική ένωση (πυρανόζη με 6μελή δακτύλιο)) 

 

ή φουρανόζη (πενταμελή δακτύλιο για τις αλδοκετόζες όπως η φρουκτόζη)

 

 

Η μαννοζη κυκλοποιείται και σε πενταμελή και σε εξαμελή δακτύλιο

Πυρανόζη ή φουρανόζη

 

Σε αυτή την μορφή οι μονοσακχαρίτες πολυμερίζονται σε δισακχαρίτες ή πολυσακχαρίτες

ΠΟΛΥΣΑΚΧΑΡΙΤΕΣ: ΤΑ ΠΟΛΥΜΕΡΗ ΤΩΝ ΜΟΝΟΣΑΚΧΑΡΙΤΩΝ

ΟΜΟΠΟΛΥΣΑΚΧΑΡΙΤΕΣ, ΕΤΕΡΟΠΟΛΥΣΑΚΧΑΡΙΤΕΣ, ΣΥΝΘΕΤΟΙ ΠΟΛΥΣΑΚΧΑΡΙΤΕΣ

Πολυσακχαρίτες που δημιουργούνται από έναν μονοσακχαρίτη ονομάζονται ομοπολυσακχαρίτες (κυτταρίνη, γλυκογόνο φρουκτάνη κ.α )

 ενώ από διαφορετικούς μονοσακχαρίτες, ετεροπολυσακχαρίτες (ηπατίνη, πηκτίνες, κόμεα, ινουλίνη, υαλουρονικό βλενοπολυσακχαρίτες κ.α.)

Οι σύνθετοι ή συζευγμένοι  πολυσακχαρίτες συμπλέκονται με άλλες ενώσεις όπως πρωτεϊνες, λιπίδια κ.λ.π. (πρωτεϊνογλυκάνες,γλυκοπρωτεϊνες, γλυκολιπίδια, λιπογλυκάνες, τεχοϊκά οξέα κ.α.)

ΓΝΩΣΤΟΙ ΠΟΛΥΣΑΚΧΑΡΙΤΕΣ

Το Γλυκογόνο (βιοπολυμερές, α γλυκάνη, αποταμιευτική ουσία ζώων και μυκήτων) από πολυμερισμό γλυκόζης

, η Αμυλόζη (βιοπολυμερές, α γλυκάνη, θρεπτικό απόθεμα των φυτών 20-30% του αμύλου αδιάλυτο στο νερό) προέρχεται από πολυμερισμό γλυκόζης σε γραμμική διάταξημε δεσμούς 1->4 ,

 η Αμυλοπηκτίνη (βιοπολυμερές, α γλυκάνη, θρεπτικό απόθεμα των φυτών73% του αμύλου διαλυτή στο νερό) προέρχεται από πολυμερισμό γλυκόζης σε διακλαδισμένη διάταξη με δεσμούς 1->4 και 1->6, 

η Κυτταρόζη (βιοπολυμερές, β γλυκάνη, συγκροτεί  τους φυτικούς ιστούς) προέρχεται από πολυμερισμό γλυκόζης σε γραμμική διάταξη με γλυκοζιτικούς δεσμούς

η Ζυμωσάνη (βιοπολυμερές, β γλυκάνη, βρίσκεται στην επιφάνεια μυκήτων όπως η μαγιά, είναι συνδέτης) προέρχεται από πολυμερισμό γλυκόζης με β 1->3 γλυκοζιτικούς δεσμούς και επειδή είναι μια β γλυκάνη, συνδέεται και με  πρωτεϊνη  TLR2 και με την πρωτεϊνη δεκτίνη1

 οι Δεξτρίνες, (βιοπολυμερές ) που προέρχεται από μερική διάσπαση αμύλου ή γλυκογόνου, με την αποκοπή των διακλαδόσεων της αλυσίδας τους  β δεξτρίνες ή με διάσπαση δεσμών 1->4 (α δεξτρίνες

η Λεντινάνη  (βιοπολυμερές) είναι μια β γλυκάνη 1->3 είναι πολυσακχαρίτης που απομονώνεται από το σώμα του μανιτταριού

  της γλυκόζης

Η ΟΝΟΜΑΣΙΑ ΤΩΝ ΠΟΛΥΣΑΚΧΑΡΙΤΩΝ

Εάν πρόκειται για ομοπολυσακχαρηες, κρατάμε το όνομα των μονοσακχαριτών που τον αποτελούν και αλλάζουμε την συλλαβή ΟΖΗ με την συλλαβή ΑΝΗ . Όπως για παράδειγμα ΓΛΥΚΟΖΗ -ΓΛΥΚΑΝΗ

Εάν πρόκειται για ετεροπολυσακχαρίτη, με μονομερή υπολλείματα γλυκόζης στη ραχοκοκαλιά και μαννόζης σε πλευρικές αλυσίδες διακλαδώσεων , το ονομάζουμε ΜΑΝΝΟΓΛΥΚΑΝΗ. Σε αντιθετη περίπτωση όπου η ραχοκοκαλιά είναι μανόζη και οι πλευρικές αλυσίδες γλυκόζης, το λέμε ΓΛΥΚΟΜΑΝΝΑΝΗ

ΟΙ ΔΟΜΙΚΟΙ ΚΑΙ ΟΙ ΑΠΟΤΑΜΙΕΥΤΙΚΟΙ Ή ΕΦΕΔΡΙΚΟΙ ΠΟΛΥΣΑΚΧΑΡΙΤΕΣ

ΔΟΜΙΚΟΙ ΠΟΛΥΣΑΚΧΑΡΙΤΕΣ

Οι δομικοί πολυσακχαρίτες χρησιμεύουν σαν εξωτερικά στοιχεία στήριξης σε κυτταρικά τοιχώματα μικροοργανισμών και φυτών  αλλά και σε σκελετό εξωσκελετικών και  σε συνδετικούς ιστούς σπονδυλωτών.

ομοπολυσακχαρίτες είναι η κυτταρίνη και η χιτίνη. 

Και οι δύο αυτοοί δομικοί ομοπολυσακχαρίτες,   αποτελούνται από συνδεδεμένα μόρια μονοσακχαριτών που  οι γλυκαζιτικοί δεσμοί είναι p- (1->4)

Στην κυτταρίνη τα υπολλείματα γλυκόζης συνδέονται με p- (1->4) δεσμούς που δεν υπάρχουν ενζυμα στο πεπτικό των σπονδυλωτών για να τους διασπάσουν. Οι αλυσίδες που σχηματίζονται συνδέονται μεταξύ τους σε διασταυρούμενες δομές και σχηματίζουν ινίδια με αποτέλεσμα την ανθεκτικότητα του υλικού

Στην χιτίνη τα υπολλείματα Ν ακετυλογλυκζαμίνης συνδέονται επίσης με p-(1->4) γλυκοζιτικούς δεσμούς με δομή παρόμοια της κυτταρίνης που συναντάται σε αρθρόποδα, μύκητες, βακτήρια, φύκη. Σχηματίζει ανάλογες δομές με την κυτταρίνη  και επιτελεί ανάλογες προστατευτικές και υποστηρικτικές λειτουργίες

Οι δομικοί ετεροπολυσακχαρίτες περιλαμβάνουν

 το υαλουρονικό οξύ,

την θειϊκή χονδροιτίνη, κερατοθειϊκά. Ονομάζονται και βλεννοπολυσακχαρίτες γιατί τα υδατικά τους διαλύματα  είναι σαν πηκτές.

ΟΙ ΑΠΟΤΑΜΙΕΥΤΙΚΟΙ Ή ΕΦΕΔΡΙΚΟΙ ΠΟΛΥΣΑΚΧΑΡΙΤΕΣ 

Οι περισσότεροι εφεδρικοί πολυσακχαρίτες είναι ομοπολυσακχαρίτες όπου κυριαρχούν οι α 1->4 γλυκοζιτικοί δεσμοί. Δρουν σαν πηγές άνθρακα και ενέργειας για τα κύτταρα σε περόδους πείνας και συναντώνται μαζί με υδρολυτικά ένζυμα που μπορούν να τα διασπούν. Εξ άλλου τα μόριά τους συναντώνται σε χαλαρές διακλαδισμένες δομές που διευκολύνουν την διάσπασή τους.

Η λειτουργία τους έχει ως εξής: Εάν  υπάρχει περίσσεια γλυκόζης στο κύτταρο τότε με την βοήθεια κατάλληλων ενζύμων μόρια γλυκόζης προσκολλώνται  σε αποθεματικό πολυσακχαρίτη, άμυλο ή γλυκογόνο. Εάν υπάρχει ανάγκη για γλυκόζη για μεταβολισμό τότε οι αποθηκευτικού πολυσακχαρίτες διασπώνται ενζυμικά και ελευθερώνουν μόρια γλυκόζης  

Έτσι  οι α εξασφαλίζουν μεν τους μονοσακχαρίτες που απαιτούνται για τον μεταβολισμό, χωρίς να υπάρχουν πολλά διαλυμένα σωματίδια στα εσωτερικά υγρά πράγμα που θα επιρρέαζε την ωσμωτική πίεση των κυττάρων  κι εφόσον πρακτικά οι πολυσακχαρίτες είναι αδιάλυτοι. 

Δήμητρα Σπανού

ΠΗΓΕΣ

Μονοσακχαρίτης - Βικιπαίδεια

Γλυκάνες - Βικιπαίδεια

δεξτρίνες  https://xumuk.ru/encyklopedia/1217.html

https://en.wikipedia.org/wiki/Zymosan

Μαννόζη - Βικιπαίδεια

Κρατήστε πολυσακχαρίτη σε ζώα και φυτά

https://el.wikipedia.org/wiki/%CE%A6%CF%81%CE%BF%CF%85%CE%BA%CF%84%CF%8C%CE%B6%CE%B7

Δομικοί Πολυσακχαρίτες - ΒΙΟΧΗΜΕΙΑ

https://faunist.ru/xitin.html Chitin | Definition, Structure, Function & Examples

Πολυσακχαρίτες - Υδατάνθρακες - Δομική Βιοχημεία - Σύγγραμμα - E. A. Bessolitsyna 2015

ακατεργαστο