POLYSACCHARID: ĐẶC ĐIỂM, CẤU TRÚC, PHÂN LOẠI, VÍ DỤ - SINH HỌC - 2026

Các polysaccharid , thường được gọi là glycans, là các hợp chất hóa học có trọng lượng phân tử cao được tạo thành bởi hơn 10 đơn vị đường riêng lẻ (monosaccharid). Nói cách khác, chúng là các polyme monosaccharide liên kết với nhau thông qua các liên kết glycosidic.

Đây là những phân tử rất phổ biến trong tự nhiên, vì chúng được tìm thấy trong tất cả các sinh vật sống, nơi chúng thực hiện nhiều chức năng khác nhau, nhiều trong số đó vẫn đang được nghiên cứu. Chúng được coi là nguồn tài nguyên thiên nhiên tái tạo lớn nhất trên trái đất.

Cấu trúc của cellulose, một homopolysaccharide (Nguồn: http://www.monografias.com/trabajos46/celulosa-madera/celulosa-madera2.shtml / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa /4.0) qua Wikimedia Commons)

Ví dụ, thành tế bào thực vật được tạo thành từ một trong những polysaccharid phong phú nhất trong sinh quyển: cellulose.

Hợp chất này, được hình thành bởi các đơn vị monosaccharide lặp đi lặp lại gọi là glucose, dùng làm thức ăn cho hàng nghìn vi sinh vật, nấm và động vật, ngoài các chức năng của nó trong việc duy trì cấu trúc của thực vật.

Theo thời gian, con người đã tận dụng được xenlulo vào những mục đích thiết thực: dùng bông để làm quần áo, "bột giấy" của cây cối để làm giấy, v.v.

Một polysaccharide rất phong phú khác, cũng được sản xuất bởi thực vật và có tầm quan trọng lớn đối với con người, là tinh bột, vì nó là một trong những nguồn cacbon và năng lượng chính. Nó có trong hạt ngũ cốc, trong củ, v.v.

Đặc điểm của polysaccharid

- Chúng là những đại phân tử có khối lượng phân tử rất cao

- Chúng được cấu tạo chủ yếu từ các nguyên tử cacbon, hydro và oxy

- Chúng rất đa dạng về cấu trúc và chức năng nói

- Chúng tồn tại trên thực tế mọi sinh vật trên trái đất: thực vật, động vật, vi khuẩn, động vật nguyên sinh và nấm

- Một số polysaccharid hòa tan nhiều trong nước và một số khác thì không, điều này thường phụ thuộc vào sự hiện diện của các nhánh trong cấu trúc của chúng

- Chúng hoạt động trong việc lưu trữ năng lượng, trong giao tiếp tế bào, hỗ trợ cấu trúc của tế bào và mô, v.v.

- Sự thủy phân của nó nói chung dẫn đến việc giải phóng các chất cặn bã riêng lẻ (monosaccharide)

- Chúng có thể được tìm thấy như một phần của các đại phân tử phức tạp hơn, chẳng hạn như phần carbohydrate của nhiều glycoprotein, glycolipid, v.v.

Kết cấu

Như chúng ta đã đề cập ở phần đầu, polysaccharid là các polyme của hơn 10 phần đường hoặc monosaccharid, được liên kết với nhau thông qua các liên kết glucosidic.

Mặc dù chúng là những phân tử cực kỳ đa dạng (có vô số kiểu cấu trúc có thể có), nhưng monosaccharide phổ biến nhất được tìm thấy trong cấu trúc của polysaccharide là đường pentose và đường hexoses, tức là đường có 5 và 6 nguyên tử carbon, tương ứng.

Đa dạng

Sự đa dạng của các đại phân tử này nằm ở chỗ, ngoài các loại đường khác nhau có thể tạo nên chúng, mỗi bã đường có thể ở hai dạng mạch vòng khác nhau: furanose hoặc pyranose (chỉ những loại đường có 5 và 6 nguyên tử cacbon).

Hơn nữa, các liên kết glycosidic có thể ở cấu hình α- hoặc β- và nếu điều đó là chưa đủ, sự hình thành các liên kết này có thể liên quan đến sự thay thế một hoặc nhiều nhóm hydroxyl (-OH) trong phần dư bên cạnh.

Chúng cũng có thể được hình thành bởi đường có chuỗi phân nhánh, đường không có một hoặc nhiều nhóm hydroxyl (-OH) và đường có hơn 6 nguyên tử cacbon, cũng như bởi các dẫn xuất khác nhau của monosaccharid (phổ biến hoặc không).

Biểu diễn đồ họa của một polysaccharide mạch thẳng và một nhánh (Nguồn: jphwang / Public domain, qua Wikimedia Commons), được sửa đổi bởi Raquel Parada Puig

Các polysaccharid mạch thẳng thường đóng gói tốt hơn trong các cấu trúc cứng nhắc hoặc không linh hoạt và không hòa tan trong nước, trái ngược với các polysaccharid phân nhánh, có khả năng hòa tan cao trong nước và hình thành cấu trúc "nhão" trong dung dịch nước.

Phân loại polysaccharid

Việc phân loại polysaccharid thường dựa trên sự xuất hiện tự nhiên của chúng, tuy nhiên, việc phân loại chúng theo cấu trúc hóa học ngày càng trở nên phổ biến hơn.

Nhiều tác giả cho rằng cách tốt nhất để phân loại polysaccharid là dựa vào loại đường tạo nên chúng, theo đó hai nhóm lớn đã được xác định: nhóm homopolysaccharid và nhóm dị polysaccharid.

Homopolysaccharid hoặc homoglycans

Nhóm này bao gồm tất cả các polysaccharide được tạo thành từ các đơn vị đường hoặc monosaccharide giống hệt nhau, tức là chúng là các homopolyme của cùng một loại đường.

Các homopolysaccharid đơn giản nhất là những homopolysaccharid có cấu trúc tuyến tính, trong đó tất cả các gốc đường được liên kết thông qua cùng một loại liên kết hóa học. Xenlulo là một ví dụ điển hình: nó là một polysaccharide bao gồm các gốc glucose được liên kết với nhau bằng các liên kết β (1 → 4).

Tuy nhiên, có nhiều homopolysaccharid phức tạp hơn và chúng là những homopolysaccharid có nhiều hơn một loại liên kết trong một chuỗi thẳng và thậm chí có thể có các nhánh.

Ví dụ về homopolysaccharid rất phổ biến trong tự nhiên là xenlulo, glycogen và tinh bột, tất cả đều được tạo thành từ các đơn vị glucose lặp lại; Nhóm này cũng bao gồm chitin, bao gồm các đơn vị lặp lại của N -acetyl-glucosamine, một dẫn xuất của glucose.

Sau đó, có những loại khác ít phổ biến hơn trong tài liệu như fructan (được tạo thành từ các đơn vị fructose), pentosans (được tạo thành từ arabinose hoặc xylose) và pectin (được tạo thành từ các dẫn xuất của axit galacturonic, lần lượt được dẫn xuất từ ​​galactose).

Heteropolysaccharides hoặc heteroglycans

Mặt khác, trong nhóm này, tất cả các polysaccharide bao gồm hai hoặc nhiều loại đường khác nhau đều được phân loại, tức là chúng là dị trùng hợp của các loại đường khác nhau.

Các heteropolysaccharide đơn giản nhất được hình thành bởi hai gốc đường khác nhau (hoặc các dẫn xuất của đường), có thể (1) trong cùng một chuỗi thẳng hoặc (2) là một tạo thành chuỗi tuyến tính chính và một tạo thành chuỗi phụ.

Tuy nhiên, cũng có thể có các heteropolysaccharid được tạo thành từ nhiều hơn 2 loại bã có nhiều nhánh hoặc không có đường.

Nhiều phân tử trong số này liên kết với protein hoặc lipid, tạo thành glycoprotein và glycolipid, rất nhiều trong các mô động vật.

Các ví dụ rất phổ biến về dị trùng hợp là một phần của mucopolysaccharid như axit hyaluronic, phân bố rộng rãi giữa các loài động vật và bao gồm dư lượng axit glucuronic liên kết với dư lượng N -acetyl-D-glucosamine.

Sụn, hiện diện ở tất cả các loài động vật có xương sống, cũng có nhiều dị trùng hợp, đặc biệt là chondroitin sulfate, được tạo thành từ các đơn vị lặp lại của axit glucuronic và N -acetyl-D-galactosamine.

Một sự thật chung về danh pháp

Polysaccharides được đặt tên với thuật ngữ chung là glycan, vì vậy các danh pháp chính xác nhất sử dụng, để đặt tên, tiền tố của "đường mẹ" và phần cuối là "-ano". Ví dụ, một polysaccharide dựa trên các đơn vị glucose có thể được gọi là glucan.

Ví dụ về polysaccharid

Xuyên suốt văn bản, chúng tôi đã trích dẫn những ví dụ phổ biến nhất chắc chắn đại diện cho nhóm đại phân tử lớn này. Tiếp theo, chúng tôi sẽ phát triển một số trong số chúng nhiều hơn một chút và chúng tôi sẽ đề cập đến những cái khác quan trọng không kém.

Glycogen và cellulose, hai polysaccharide (Nguồn: Sunshineconnelly tại en.wikibooks / CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by/2.5) qua Wikimedia Commons, được sửa đổi bởi Raquel Parada Puig)

Xenluloza và kitin

Xenlulo, một polyme cặn glucose, cùng với chitin, một polyme cặn N-acetyl-glucosamine, một trong những polyme phong phú nhất trên trái đất.

Phân tử chitin

Phần trước là phần cơ bản của thành tế bào thực vật và phần sau nằm trong thành tế bào của nấm và bộ xương ngoài của động vật chân đốt, động vật không xương sống vô cùng đa dạng và phong phú bao gồm cả côn trùng và sâu bọ. động vật giáp xác chẳng hạn.

Cả hai homopolysaccharide đều quan trọng như nhau, không chỉ đối với con người, mà còn đối với tất cả các hệ sinh thái trong sinh quyển, vì chúng tạo thành một phần cấu trúc của các sinh vật ở cơ sở của chuỗi thức ăn.

Glycogen và tinh bột

Polysaccharid, trong số nhiều chức năng của chúng, đóng vai trò như vật liệu dự trữ năng lượng. Tinh bột được tạo ra ở thực vật và glycogen được tạo ra ở động vật.

Cả hai đều là các homopolysaccharide bao gồm các gốc glucose, được liên kết với nhau thông qua các liên kết glycosidic khác nhau, có nhiều nhánh trong các kiểu khá phức tạp. Với sự trợ giúp của một số protein, hai loại phân tử có thể tạo thành các hạt nhỏ gọn hơn.

Tinh bột là một phức hợp được tạo thành từ hai polyme glucose khác nhau: amylose và amylopectin. Amylose là một polyme mạch thẳng của các gốc glucose được liên kết bằng các liên kết α (1 → 4), trong khi amylopectin là một polyme phân nhánh liên kết với amylose thông qua các liên kết α (1 → 6).

Hạt tinh bột trong một tế bào khoai tây. Nguồn: Ganymede / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0)

Mặt khác, glycogen cũng là một polyme của các đơn vị glucozơ được liên kết bằng liên kết α (1 → 4) và với nhiều nhánh nối với nhau bằng liên kết α (1 → 6). Điều này có số lượng nhánh cao hơn đáng kể so với tinh bột.

Cấu trúc của glycogen

Heparin

Heparin là một glycosaminoglycan liên kết với các nhóm sulfat. Nó là một heteropolysaccharide bao gồm các đơn vị axit glucuronic, nhiều đơn vị trong số đó được este hóa và đơn vị N -glucosamin sulfat có một nhóm sulfat bổ sung ở 6 cacbon của chúng được liên kết bằng liên kết α (1 → 4).

Cấu trúc của heparin. Nguồn ảnh: Jü / CC0

Hợp chất này thường được sử dụng như một chất chống đông máu, thường được kê đơn để điều trị các cơn đau tim và cơn đau thắt ngực không ổn định.

Các polysaccharid khác

Thực vật tạo ra nhiều chất giàu chất dị phân tử phức tạp, bao gồm gôm và các hợp chất kết dính hoặc nhũ hóa khác. Những chất này thường giàu polyme của axit glucuronic và các loại đường khác.

Vi khuẩn cũng sản xuất ra các heteropolysaccharid, nhiều lần giải phóng vào môi trường xung quanh chúng, đó là lý do tại sao chúng được gọi là exopolysaccharid.

Nhiều chất trong số này được sử dụng làm chất tạo gel trong công nghiệp thực phẩm, đặc biệt là những chất được tổng hợp bởi vi khuẩn axit lactic.

Người giới thiệu

1. De Vuyst, L., & Degeest, B. (1999). Heteropolysaccharide từ vi khuẩn axit lactic. Các đánh giá về vi sinh học của FEMS, 23 (2), 153-177.
2. Aspinall, GO (Ed.). (2014). Các polysaccharid. Báo chí Học thuật.
3. Các biên tập viên của Encyclopaedia Britannica (2019). Bách khoa toàn thư Britannica. Được truy cập ngày 18 tháng 4 năm 2020, từ www.britannica.com/science/polysaccharide
4. Dische, ZACHABIAS (1955). Đường trong polysaccharid. Trong Phương pháp phân tích sinh hóa (Tập 2, trang 313-358). Interscience New York.
5. Brown Jr, RM (2004). Cấu trúc xenlulo và quá trình sinh tổng hợp: những gì tồn tại trong thế kỷ 21? Tạp chí Khoa học Polyme Phần A: Hóa học Polyme, 42 (3), 487-495.
6. Roach, PJ (2002). Glycogen và sự chuyển hóa của nó. Y học phân tử hiện tại, 2 (2), 101-120. Al của Khoa học Polyme Phần A: Hóa học Polyme, 42 (3), 487-495.