HETEROPOLYSACHARIDY: VLASTNOSTI, STRUKTURA, FUNKCE - BIOLOGIE - 2025

Tyto heteropolysacharidy nebo heteroglycans jsou skupina komplexních sacharidů zařazených do skupiny polysacharidů, které zahrnují všechny sacharidy, které jsou složeny z více než 10 monosacharidových jednotek různých typů cukrů.

Většina heteropolysacharidů syntetizovaných v přírodě obvykle obsahuje pouze dva různé monosacharidy. Mezitím syntetické heteropolysacharidy obecně obsahují tři nebo více různých monosacharidových jednotek.

Příklad základní jednotky heteropolysacharidu (Zdroj: Ccostell přes Wikimedia Commons)

Heteropolysacharidy jsou makromolekuly, které plní životně důležité funkce. Skládají se z několika různých cukerných monomerů (monosacharidů), opakovaně spojených dohromady glykosidickými vazbami různých typů.

Mezi komplexní sacharidy, které se v přírodě vyskytují nejčastěji, patří hemicelulóza, pektiny a agar-agar a většina z nich jsou polysacharidy komerčního zájmu pro potravinářský průmysl.

V lékařském kontextu byly nejstudovanějšími heteropolysacharidy ty pojiva, pojiva z krevních skupin, ty spojené s glykoproteiny, jako je y-globulin a glykolipidy, které obalují neurony v centrálním nervovém systému.

V průběhu let as vědeckým pokrokem byly vyvinuty různé techniky pro studium heteropolysacharidů, které obecně zahrnují jejich rozklad na jejich monosacharidy, které jsou jejich součástí, a jejich individuální analýzu.

Tyto separační techniky jsou různé pro každý uhlohydrát a závisí na fyzikálních a chemických vlastnostech každého uhlohydrátu. Chromatografie je však nejpoužívanější technikou pro analýzu heteropolysacharidů.

Vlastnosti a struktura

Heteropolysacharidy jsou lineární nebo rozvětvené polymery složené z opakujících se jednotek dvou nebo více různých monosacharidů. Je třeba vzít v úvahu, že tyto monosacharidy mohou nebo nemusí být ve stejném poměru.

Heteropolysacharidy mají komplexní struktury s obecně rozvětvenou topologií a ve svém nativním stavu mají asymetrickou a poněkud amorfní morfologii.

Opakující se jednotky, které tvoří heteropolysacharidy (monosacharidy, disacharidy nebo oligosacharidy), jsou spojeny dohromady a- nebo P-glukosidickými vazbami. V těchto jednotkách je běžné pozorovat modifikace nebo substituce, jako jsou methylové a acetylové skupiny a další, zejména ve větvích.

Kromě toho může asociace určitých molekul s heteropolysacharidy propůjčit těmto molekulám čistý náboj, který má důležité fyziologické funkce v různých typech buněk.

Bakteriální sacharidy

Mikrobiální heteropolysacharidy jsou složeny z opakujících se jednotek tří až osmi monosacharidů, které mohou být lineární nebo rozvětvené. Obecně se skládají z monosacharidů D-glukózy, D-galaktózy a L-ramnózy v různých poměrech.

Fukóza, manóza, ribóza, fruktóza, monosacharidy a monosacharidy substituované glycerolem a další lze získat, i když v menší míře.

Funkce

Heteropolysacharidy obvykle fungují jako extracelulární podpory pro organismy všech království, od bakterií po člověka. Tyto cukry, spolu s vláknitými proteiny, jsou nejdůležitějšími složkami extracelulární matrice u zvířat a mezivrstvy v rostlinách.

Heteropolysacharidy se často vyskytují ve spojení s proteiny za vzniku proteoglykanů, glykosaminoglykanů a dokonce mukopolysacharidů. Ty plní různé funkce, mezi jinými regulují vstřebávání vody, fungují jako druh buněčného „cementu“ a fungují jako biologické mazivo.

Heteropolysacharidy v pojivových tkáních mají ve svých strukturách kyselé skupiny. Působí jako mosty mezi molekulami vody a kovovými ionty. Nejběžnějším heteropolysacharidem v těchto tkáních je kyselina uronová se sulfatovanými substitucemi.

Proteoglykany lze nalézt jako strukturální prvky plazmatické membrány, které fungují jako korceptory při přijímání podnětů na povrchu buněčné membrány a stimulují mechanismy vnitřní reakce.

Globuliny jsou glykoproteiny, které jsou součástí imunitního systému mnoha zvířat a jejich rozpoznávací systém je založen na části heteropolysacharidů, které mají ve své nejvzdálenější vrstvě.

Hepariny mají antikoagulační funkce a jsou mukoglakány, které používají disacharidy se sulfatovanými substituenty, aby snížily svůj negativní náboj a interferovaly s unií mezi trombinem a krevními destičkami, což zase podporuje vazbu antitrombinů a inaktivujících protrombinů.

Příklady

Hemicelulóza

Tento termín zahrnuje skupinu heteropolysacharidů, které ve své struktuře zahrnují monosacharidy, jako je glukóza, xylóza, manóza, arabinóza, galaktóza a různé uronové kyseliny. Nejběžnější struktury jsou však lineární polymery xylanů a xyloglykanů spojených vazbami P-1,4.

Tyto heteropolysacharidy jsou velmi hojné v buněčné stěně rostlin. Jsou také rozpustné v koncentrovaných alkalických roztocích a některé typy si vytvářejí fibrilární formu, kde působí jako cementovací činidla v rostlinné tkáni.

Pektin

Pektiny jsou polysacharidy střední vrstvy mezi buněčnými stěnami primárního původu v rostlinách. Jeho hlavní složkou je kyselina D-galakturonová spojená vazbou a-D-1,4, ve které mohou být některé karboxyly esterifikovány methylovými skupinami.

Tento typ cukru má schopnost snadno polymerizovat v kontaktu s methylestery a jinými cukry, jako je galaktóza, rabbinóza a ramnóza. Jsou běžně používány v potravinářském průmyslu, aby poskytly pevnost některým výrobkům, jako jsou džemy, kompoty a sladké gumy.

Heparin

Je to antikoagulant, který se produkuje v krvi a v různých orgánech, jako jsou plíce, ledviny, játra a slezina zvířat. Skládá se z 12 až 50 opakování kyseliny D-glukuronové nebo L-iduronové a N-acetyl-D-glukosaminu. Hepariny jsou polysacharidy typu glykosaminoglykanu se silným negativním nábojem.

Hepariny mají velký průmyslový význam a získávají se uměle genetickým inženýrstvím v bakteriích nebo přirozeně z plic skotu nebo střevní sliznice prasat.

Kyselina hyaluronová

Jedná se o jedno z nejpoužívanějších léků v estetickém průmyslu jako lubrikant díky svým viskózním, elastickým a reologickým vlastnostem. Používá se jako oční mazivo, tlumič nárazů v kloubech a zpomaluje procesy stárnutí, protože snižuje aktivitu buněk v buněčném cyklu.

Je to polymer patřící do skupiny glykosaminoglykanů a je složen z kyseliny D-glukuronové a N-acetyl-D-glukosaminu, spojené dohromady vazbou P-1,3. Nachází se téměř ve všech prokaryotických a eukaryotických buňkách, zejména ve spojovacích tkáních a kůži zvířat.

Reference

1. Delgado, LL, a Masuelli, M. (2019). Polysacharidy: Koncepty a klasifikace. Evolution in Polymer Technology Journal, 2 (2), 2–7.
2. Huber, KC, & BeMiller, JN (2018). Sacharidy. V Organic Chemistry (str. 888-928). Elsevier Inc.
3. Davison, E. (1999). Encyklopedie Britannica. Citováno 14. srpna 2019 z www.britannica.com/science/carbohydrate/
4. Huber, KC, & BeMiller, JN (2018). Sacharidy. V Organic Chemistry (str. 888-928). Elsevier Inc.
5. University of Maine. (nd). Získáno 14. srpna 2019, z www.umaine.edu