Полисахариды

см. Гидраты углерода.

высокомолекулярные соединения из класса углеводов (См. Углеводы); состоят из остатков моносахаридов (См. Моносахариды) (М), связанных гликозидными связями. Молекулярные массы П. лежат в пределах от нескольких тыс. (ламинарин, инулин) до нескольких млн. (гиалуроновая кислота, гликоген) и могут быть определены лишь ориентировочно, т.к. индивидуальные П. обычно являются смесями компонентов, различающихся степенью полимеризации. Химическая классификация П. основана на строении составляющих их М — гексоз (См. Гексозы) (глюкоза, галактоза, манноза), пентоз (См. Пентозы) (арабиноза, ксилоза), а также аминосахаров (глюкозамин, галактозамин), дезоксисахаров (рамноза, фукоза), уроновых кислот (См. Уроновые кислоты)и др. К гидроксильным (—ОН) и аминогруппам (—NH₂;) моносахаридов в молекулах природных П. могут быть присоединены остатки кислот (уксусной, пировиноградной, молочной, фосфорной, серной) или спиртов (обычно метилового). Гомополисахариды построены из остатков только одного М (например, глюканы, фруктаны), гетерополисахариды — из остатков двух и более различных М (например, арабиногалактаны, глюкуроноксиланы). Многие распространённые П. или группы П. носят давно укоренившиеся название: Целлюлоза, Крахмал, Хитин, Пектиновые вещества и др. (иногда название П. связано с источником его выделения: нигеран — из гриба Aspergillus niger, одонталан — из водоросли Odontalia corymbifera).

П., в отличие от др. классов биополимеров (См. Биополимеры), могут существовать как в виде линейных (а), так и разветвленных (б, в) структур (см.рис.).

К линейным П. относятся целлюлоза, Амилоза, Мукополисахариды;Маннаныдрожжей и Камеди растений построены по типу б, а Гликоген, Амилопектин и галактан из виноградной улитки Helix pomatia — по типу в. Тип структуры П. определяет в значительной степени их физико-химические свойства, в частности растворимость в воде. Такие линейные регулярные (т. е. содержащие лишь один тип межмоносахаридной связи) П., как целлюлоза и хитин, нерастворимы в воде,

т.к. энергия межмолекулярного взаимодействия выше энергии гидратации. Высокоразветвлённые, не обладающие упорядоченной структурой П. хорошо растворимы в воде. Химические реакции, известные в ряду М, — ацилирование, алкилирование, окисление гидроксильных и восстановление карбоксильных, а также введение новых групп и др., осуществимы и в случае П., хотя степень протекания реакций, как правило, ниже. Химически модифицированные П. зачастую обладают новыми, ценными для практики свойствами, отсутствовавшими у исходного соединения.

Большинство П. устойчиво к щелочам; при действии кислот происходит их деполимеризация — гидролиз. В зависимости от условий кислотного гидролиза получают или свободные М или олигосахариды. Молекулы гетерополисахаридов, содержащих разные по кислотоустойчивости типы гликозидных связей, удаётся расщеплять избирательно. Для этой цели используют и специфические ферменты. Установление строения низкомолекулярных продуктов расщепления облегчает задачу установления строения самого П. Она сводится к определению структуры т. н. повторяющихся звеньев, из которых, как полагают (это доказано на ряде примеров), построены все П. Исследование вторичной структуры П. проводится с помощью физико-химических методов, в частности рентгеноструктурного анализа, который с успехом был применен, например, при исследовании целлюлозы.

Весьма разнообразны биологические функции П. Крахмал и гликоген — резервные П. растений и животных; целлюлоза растений и хитин насекомых и грибов — опорные П.; Гиалуроновая кислота, присутствующая в оболочке яйцеклетки, синовиальной жидкости, стекловидном теле глаза, — высокоэффективный «смазочный материал»; камеди и слизи растений и капсулярные П. микроорганизмов выполняют защитную функцию; высокосульфатированный П. Гепарин— ингибитор свёртывания крови. Фрагменты П. в смешанных углеводсодержащих биополимерах (гликопротеидах, липополисахаридах), присутствующих в поверхностном слое клетки, обусловливают специфические иммунные реакции организма. Внеклеточные П. и др. углеводсодержащие биополимеры обеспечивают межклеточное взаимодействие, скрепление клеток растений (пектиновые вещества) и животных (гиалин).

Биосинтез П. протекает главным образом с участием нуклеозиддифосфатсахаров, служащих донорами моносахаридных (реже — дисахаридных) остатков, которые переносятся на соответствующие олигосахаридные фрагменты строящегося П. Биосинтез гетерополисахаридов происходит путём последовательного включения М из соответствующих нуклеозиддифосфатсахаров в полисахаридную цепь. Известен и др. механизм, реализующийся при построении П. бактериальных антигенов (См. Антигены); вначале с участием липидных и нуклеотидных переносчиков сахаров синтезируются специфические, т. н. повторяющиеся звенья, из которых под действием фермента полимеразы происходит синтез П. Разветвленные П. типа гликогена и амилопектина образуются путём внутримолекулярной ферментативной перестройки линейного П. Разрабатываются подходы к направленному химическому синтезу П.

В живых организмах П., служащие основными резервами энергии, расщепляются внутри- и внеклеточными ферментами с образованием М и их производных, распадающихся далее с высвобождением энергии. Накопление и распад гликогена в печени человека и высших животных — способ регулирования уровня глюкозы (См. Глюкоза)в крови. Мономерные продукты образуются или непосредственно путём последовательного отщепления от молекулы П., или в результате ступенчатого распада П. с промежуточным образованием олигосахаридов. Многие П. (крахмал, целлюлоза, пектиновые вещества и др.) применяют в пищевой, химической и др. отраслях промышленности, в медицине. См. также статьи Углеводы, Углеводный обмен.

Лит.: Стейси М., Баркер С., Углеводы живых тканей, пер. с англ., М., 1965; Химия углеводов, М., 1967.

Л. В. Бакиновский.

ПОЛИСАХАРИДЫ - высокомолекулярные углеводы, образованные остатками моносахаридов (глюкозы, фруктозы и др.) или их производных (напр., аминосахаров). Присутствуют во всех организмах, выполняя функции запасных (крахмал, гликоген), опорных (целлюлоза, хитин), защитных (камеди, слизи) веществ. Участвуют в иммунных реакциях, обеспечивают сцепление клеток в тканях растений и животных. Составляют основную массу органического вещества в биосфере.

ПОЛИСАХАРИДЫ, высокомолекулярные углеводы, образованные остатками моносахаридов (глюкозы, фруктозы и др.) или их производных (например, аминосахаров). Присутствуют во всех организмах, выполняя функции запасных (крахмал, гликоген), опорных (клетчатка, хитин), защитных (камеди, слизи) веществ. Участвуют в иммунных реакциях, обеспечивают сцепление клеток в тканях растений и животных. Составляют основную массу органического вещества в биосфере.

ПОЛИСАХАРИДЫ, группа УГЛЕВОДОВ, молекулы которых состоят из длинных цепей молекул МОНОСАХАРИДОВ (простых Сахаров), часто насчитывающих от нескольких тысяч до нескольких миллионов молекул. Так, ГЛЮКОЗА является моносахаридом, а полисахариды КРАХМАЛ и ЦЕЛЛЮЛОЗА являются ее ПОЛИМЕРАМИ. Все высшие углеводы являются полисахаридами и расщепляются путем ГИДРОЛИЗА на большое число молекул моносахаридов. Полисахариды являются одновременно «хранилищами» питательных веществ (крахмал у растений и ГЛИКОГЕН у животных) и структурным материалом (целлюлоза и ПЕКТИН в клеточных стенках растений, и хитин в защитном наружном скелете насекомых).

(син.: гликаны, полиозы)

общее название углеводов, содержащих более 10 моносахаридных остатков; входят в состав различных тканей, выполняют функции структурного элемента или депо энергетического материала.

ПОЛИСАХАРИДЫ

гликаны, высокомолекулярные углеводы, молекулы к-рых построены из моносахаридных остатков, связанных гдикозидными связями и образующих линейные или разветвлённые цепи. Мол. м. от неск. тыс. до неск. млн. В состав простейших П. входят остатки только одного моносахарида (гомополисахариды), более сложные П. (гетерополисахариды) состоят из остатков двух или более моносахаридов и м. б. построены из регулярно повторяющихся олигосахаридных блоков. Кроме обычных гексоз и пентоз встречаются де-зоксисахара, аминосахара (глюкозамин, галактозамин), уроновые к-ты. Часть гидроксильных групп нек-рых П. ацилирована остатками уксусной, серной, фосфорной и др. к-т. Углеводные цепи П. могут быть ковалентно связаны с пептидными цепями с образованием гликопротеидов. Свойства и биол. функции П. чрезвычайно разнообразны. Нек-рые линейные регулярные гомополисахариды (целлюлоза, хитин, ксиланы, маннаны) не растворяются в воде вследствие прочной межмолекулярной ассоциации. Более сложные П. склонны к образованию гелей (агар, альгиновые к-ты, пектины), а мн. разветвлённые П. хорошо растворимы в воде (гликоген, декстраны). Кислотный или ферментативный гидролиз П. приводит к полному или частичному расщеплению гликозидных связей и образованию соответственно моно- или олигосахаридов. Крахмал, гликоген, ламинарии, инулин, нек-рые растительные слизи — энергетич. резерв клеток. Целлюлоза и гемицеллюлозы клеточной стенки растений, хитин беспозвоночных и грибов, пепти-догликан прокариот, мукополисахариды соединит, ткани животных — опорные П. Камеди растений, капсульные П. микроорганизмов, гиалуроновая к-та и гепарин у животных выполняют защитные функции. Липополисахариды бактерий и разнообразные гликопротеиды поверхности животных клеток обеспечивают специфичность межклеточного взаимодействия и иммунологич. реакций. Биосинтез П. заключается в последовательном переносе моносахаридных остатков из соотв. нуклеозиддифосфатса-харов с помощью специфич. гликозил-трансфераз либо непосредственно на растущую полисахаридную цепь, либо путём предварит, сборки олигосахаридного повторяющегося звена на т. н. липидном переносчике (фосфате полиизопреноидного спирта) с последующим транспортом через мембрану и полимеризацией под действием специфич. полимеразы. Разветвлённые П. типа амилопектина или гликогена образуются путём ферментативной перестройки растущих линейных участков молекул типа амилозы. Многие П. получают из природного сырья и используют в пищ. (крахмал, пектины) или химич. (целлюлоза и её производные) пром-сти и в медицине (агар, гепарин, декстраны).

высокомолекулярные углеводы, образованные остатками моносахаридов или их производных. Присутствуют во всех организмах, играют важную биологическую роль. Гликоген и крахмал – основные энергетические резервы клеток растений, грибов и животных. Целлюлоза и хитин – опорные полисахариды клеточных стенок растений и грибов; из хитина состоит наружный скелет членистоногих. Полисахариды образуют сложные соединения с белками (гликопротеиды) и липидами (гликолипиды), обеспечивающие межклеточные взаимодействия, иммунные реакции организма и др.

(гликаны), полимерные углеводы, молекулы к-рых построены из моносахаридных остатков, соединенных гликозидными связями.

Степень полимеризации П. составляет от 10-20 до неск. тысяч остатков. Каждый моносахаридный остаток в составе П. может находиться в пиранозной или фуранозной форме и иметь а- или р-конфигурацию гликозидного центра (см. Моносахариды). Моносахаридный остаток способен образовывать одну гликозидную связь с соседним моносахаридом, но может предоставить неск. гидроксильных групп для присоединения др. моносахаридов. В соответствии с этим, как и в случае олигосахаридов, молекулы П. могут быть линейными или разветвленными. Линейные П. имеют один невосстанавливающий и один восстанавливающий конец; в разветвленных П. также м. б. только один восстанавливающий конец, тогда как число невосстанавливающих концевых моносахаридных остатков на 1 превышает число разветвлений. Благодаря гликозидной гидроксигруппе восстанавливающего конца молекулы П. могут присоединяться к молекулам неуглеводной природы, напр. к белкам и пептидам с образованием гликопротеинов и протеогликанов, к липидам с образованием липополисахаридов и гликолипидов и т. д.; в сравнительно редких случаях наблюдается образование циклических П.

Гидрокси-, карбокси- и аминогруппы моносахаридных остатков, входящих в П., в свою очередь могут служить местами присоединения неуглеводных группировок, таких, как остатки орг. и неорг. к-т (с образованием ацетатов, сульфатов, фосфатов и др.), пировиноградной к-ты (образующей циклич. ацетали), метанола (образующего сложные эфиры с уроновыми к-тами) и т. д.

П., построенные из остатков только одного моносахарида, наз. гомополисахаридами (гомогликанами); в соответствии с природой этого моносахарида различают глю-каны, маннаны, галактаны, ксиланы, арабинаны и др. Полное название П. должно содержать информацию об абс. конфигурации входящих в его состав моносахаридных остатков, размере циклов, положении связей и конфигурации гликозидных центров; в соответствии с этими требованиями строгим назв., напр., целлюлозы будет поли(1: 4)-b-D-глюкопиранан.

П., построенные из остатков двух и более моносахаридов, наз. гетерополисахаридами (гетерогликанами). К ним относятся глюкоманнаны, арабиногалактаны, араби-ноксиланы и др. Строгие назв. гетерогликанов (а также и гомополисахаридов, содержащих разветвления или неск. типов связей) громоздки и неудобны в употреблении; обычно пользуются широко распространенными тривиальными назв. (напр., гепарин, гликоген, инулин, ламтаран, хитин), а для изображения структурных ф-л часто применяют сокращенную запись (см. также Олигосахариды):

Галактоманнан; a-D-галактопирано-b-D-маннопиранан (Manp и Galp- соотв. остатки маннозы и галактозы в пиранозной форме)

4-О-Метилглюкуроноксилан; (4-О-метил)-a-D-глюкопиран-уроно-b-D-ксилопиранан (Xylp и GlcpA-соотв. остатки ксилозы и глюкуроновой к-ты в пиранозной форме, Me = СН ₃)

Гиалуроновая к-та, глюкозаминоглюкуроногликан; 2-ацет-амидо-2-дезокси-b-D-глюкопирано-b-D-глюкопирануроно-гликан [Ас = СН ₃ С(О)]

П. в природе составляют главную массу орг. в-ва, находящегося в биосфере Земли. Они выполняют в живых организмах три важнейших типа биол. ф-ций, выступая в роли энергетич. резерва, структурных компонентов клеток и тканей или же защитных в-в.