ХЕТЕРОПОЛИЗАХАРИДИ: ХАРАКТЕРИСТИКИ, СТРУКТУРА, ФУНКЦИИ - БИОЛОГИЯ - 2025

В хетерополизахариди или heteroglycans са група от сложни въглехидрати класират в групата на полизахариди, които включват всички въглехидрати, които са съставени от повече от 10 монозахаридни единици на различни видове захари.

Повечето от хетерополизахаридите, които се синтезират в природата, обикновено съдържат само два различни монозахариди. Междувременно синтетичните хетерополизахариди обикновено притежават три или повече различни монозахаридни единици.

Пример за основната единица на хетерополизахарид (Източник: Ccostell via Wikimedia Commons)

Хетерополизахаридите са макромолекули, които изпълняват основните функции за живота. Те са съставени от множество различни мономери на захар (монозахариди), повтарящи се заедно чрез гликозидни връзки от различни видове.

Сред сложните въглехидрати, които се срещат най-често в природата, са хемицелулоза, пектини и агар-агар, като повечето от тях са полизахариди с търговски интерес за хранителната промишленост.

В медицински контекст най-изследваните хетерополизахариди са тези на съединителната тъкан, тези на кръвните групи, тези, свързани с гликопротеини като γ-глобулин и гликолипиди, които покриват невроните в централната нервна система.

С течение на годините и с научен напредък са разработени различни техники за изследване на хетерополизахариди, които обикновено включват тяхното разлагане в съставните им монозахариди и техния индивидуален анализ.

Тези техники за разделяне са различни за всеки въглехидрат и зависят от физичните и химичните характеристики на всеки въглехидрат. Хроматографията обаче е най-широко използваните техники за анализ на хетерополизахариди.

Характеристики и структура

Хетерополизахаридите са линейни или разклонени полимери, съставени от повтарящи се единици от два или повече различни монозахариди. Трябва да се има предвид, че тези монозахариди могат или не могат да бъдат в еднакво съотношение.

Хетерополизахаридите имат сложни структури, с общо разклонена топология и в родното си състояние имат асиметрична и донякъде аморфна морфология.

Повтарящите се единици, които съставят хетерополизахариди (монозахариди, дизахариди или олигозахариди) са свързани заедно с α- или β-глюкозидни връзки. В тези единици е обичайно да се наблюдават модификации или замествания като метилови и ацетилови групи и други, особено в клоните.

Освен това, свързването на определени молекули с хетерополизахариди може да придаде нетен заряд на последния, който има важни физиологични функции в различни видове клетки.

Бактериални въглехидрати

Микробните хетерополизахариди са съставени от повтарящи се единици от три до осем монозахариди, които могат да бъдат линейни или разклонени. Те обикновено се състоят от монозахариди D-глюкоза, D-галактоза и L-рамноза в различни пропорции.

Фукоза, маноза, рибоза, фруктоза, монозахариди и монозахариди, заместени с глицерол и други, могат да бъдат получени, макар и в по-малка степен.

Характеристика

Обикновено хетерополизахаридите функционират като извънклетъчна опора за организми от всички царства - от бактерии до хора. Тези захари, заедно с фиброзните протеини, са най-важните компоненти на извънклетъчната матрица при животните и на междинната пластина в растенията.

Хетерополизахаридите често се срещат във връзка с протеини, за да образуват протеогликани, гликозаминогликани и дори мукополизахариди. Те изпълняват различни функции, от регулиране на абсорбцията на вода, действайки като вид клетъчен "цимент" и функционирайки като биологичен лубрикант, наред с много други.

Хетерополизахаридите в съединителните тъкани имат киселинни групи в структурите си. Те действат като мостове между водните молекули и металните йони. Най-често срещаният хетерополизахарид в тези тъкани е уроновата киселина със сулфатирани замествания.

Протеогликаните могат да бъдат намерени като структурни елементи на плазмената мембрана, действащи като ядрорецептори при приемане на стимули на повърхността на клетъчната мембрана и стимулиращи механизми за вътрешен отговор.

Глобулините са гликопротеини, които са част от имунната система на много животни и базират системата си за разпознаване върху частта от хетерополизахаридите, които имат в най-външния си слой.

Хепарините имат антикоагулантни функции и са мукоглакани, които използват дизахариди със сулфатирани заместители, за да намалят отрицателния си заряд и пречат на съединението между тромбин и тромбоцити, като от своя страна насърчават свързването на антитромбините и инактивиращите протромбини.

Примери

Хемецелулозата

Този термин обхваща група от хетерополизахариди, които включват монозахариди като глюкоза, ксилоза, маноза, арабиноза, галактоза и различни уронови киселини в своята структура. Най-често срещаните структури обаче са линейни полимери на ксилани и ксилогликани, свързани с β-1,4 връзки.

Тези хетерополизахариди са много в изобилие в клетъчната стена на растенията. Те също са разтворими в концентрирани алкални разтвори, а някои видове развиват фибриларна форма, където действат като циментиращи агенти в растителната тъкан.

пектин

Пектините са полизахариди от средния слой между клетъчните стени от първичен произход в растенията. Основният му компонент е D-галактуронова киселина, свързана с α-D-1,4 връзка, в която някои карбоксили могат да бъдат естерифицирани с метилови групи.

Този вид захар има способността лесно да се полимеризира при контакт с метилови естери и други захари като галактоза, рабиноза и рамноза. Те се използват широко в хранително-вкусовата промишленост, за да придадат твърдост на някои продукти като конфитюри, компоти и захарни венци.

хепарин

Това е антикоагулант, който се произвежда в кръвта и в различни органи като белите дробове, бъбреците, черния дроб и далака на животните. Съставен е от 12 до 50 повторения на D-глюкуронова киселина или L-идуронова киселина и N -ацетил-D-глюкозамин. Хепарините са полизахариди от гликозаминогликанов тип със силен отрицателен заряд.

Хепарините имат голямо промишлено значение и се получават изкуствено от генно инженерство в бактерии или естествено от белите дробове на говеда или чревната лигавица на прасетата.

Хиалуронова киселина

Това е едно от лекарствата, които най-често се използват в естетическата индустрия като смазка, поради своите вискозни, еластични и реологични свойства. Използва се като смазка за очи, амортисьор в ставите и за забавяне на процесите на стареене, тъй като намалява активността на клетките в клетъчния цикъл.

Това е полимер, принадлежащ към групата на гликозаминогликаните и се състои от D-глюкуронова киселина и N-ацетил-D-глюкозамин, свързани заедно с β-1,3 връзка. Той се намира в почти всички прокариотни и еукариотни клетки, особено в съединителните тъкани и кожата на животните.

Препратки

1. Delgado, LL, & Masuelli, M. (2019). Полизахариди: понятия и класификация. Evolution in Polymer Technology Journal, 2 (2), 2–7.
2. Huber, KC, & BeMiller, JN (2018). Въглехидрати. В органичната химия (стр. 888-928). Elsevier Inc.
3. Дейвисън, Е. (1999). Енциклопедия Британика. Произведено на 14 август 2019 г. от www.britannica.com/science/carbohydrate/
4. Huber, KC, & BeMiller, JN (2018). Въглехидрати. В органичната химия (стр. 888-928). Elsevier Inc.
5. Университетът в Мейн. (Ро). Произведено на 14 август 2019 г. от www.umaine.edu