Τι είναι οι πολυσακχαρίτες; Χαρακτηριστικά, Τύποι, Λειτουργίες

Πολυσακχαρίτες 

Τι είναι ένας πολυσακχαρίτης; Οι πολυσακχαρίτες είναι μια κύρια ομάδα βιομορίων που αποτελείται από μακριές αλυσίδες μορίων υδατανθράκων, που αποτελείται από αρκετούς μικρότερους μονοσακχαρίτες. Αυτά τα βιο-μακρομόρια δρουν ως ζωτική πηγή ενέργειας στα ζωικά κύτταρα και αποτελούν δομικό συστατικό ενός φυτικού κυττάρου. Ανάλογα με τον τύπο των μονοσακχαριτών που υπάρχουν, μπορεί να είναι ομοπολυσακχαρίτες ή ετεροπολυσακχαρίτες. Επιπλέον, οι πολυσακχαρίτες μπορούν να εμφανιστούν ως μια ευθεία αλυσίδα μονοσακχαριτών που ονομάζονται γραμμικοί πολυσακχαρίτες ή μπορούν να διακλαδιστούν, γνωστοί ως διακλαδισμένοι πολυσακχαρίτες.

Χαρακτηριστικά Πολυσακχαριτών

Ακολουθούν τα σημαντικά χαρακτηριστικά των πολυσακχαριτών:

• Δεν είναι γλυκά.
• Οι πολυσακχαρίτες είναι διαλυτοί με μια διακύμανση στη διαλυτότητά τους σε διαφορετικούς διαλύτες με βάση τη δομή και το μοριακό τους βάρος. Τα περισσότερα από αυτά είναι αδιάλυτα στο νερό. Οι μεγαλύτεροι πολυσακχαρίτες με υψηλότερο μοριακό βάρος είναι αδιάλυτοι στους περισσότερους διαλύτες λόγω του υψηλού εμβαδού και του όγκου τους.
• Είναι υδρόφοβα. δηλαδή δεν έλκονται από το νερό. Οι φορτισμένοι πολυσακχαρίτες (που μπορεί να περιέχουν θετικά και αρνητικά φορτία) δείχνουν μεγαλύτερη συγγένεια με το νερό.
• Δεν παράγουν κρυστάλλους κατά την αποξήρανση.
• Είναι υδατάνθρακες υψηλού μοριακού βάρους.
• Είναι συμπαγή και ωσμωτικά ανενεργά μέσα στα κύτταρα.
• Αποτελούνται από υδρογόνο, άνθρακα και οξυγόνο. Η αναλογία υδρογόνου προς οξυγόνο είναι 2:1.

Τύποι πολυσακχαριτών

Οι Οι πολυσακχαρίτες ταξινομούνται σε δύο τύπους:

• Ομοπολυσακχαρίτες.
• Ετεροπολυσακχαρίτες.
• Ομοπολυσακχαρίτες:Αυτοί οι πολυσακχαρίτες περιέχουν τον ίδιο τύπο μονοσακχαριτών. Παραδείγματα ομοπολυσακχαριτών είναι:

Γλυκογόνο :Αποτελείται από μια μεγάλη αλυσίδα μορίων και βρίσκεται σε ζώα και μύκητες.

Κυτταρίνη :Το κυτταρικό τοίχωμα των φυτών αποτελείται από κυτταρίνη, η οποία αποτελείται από μακριές αλυσίδες ꞵ-γλυκοσιδών.

Άμυλο :Το άμυλο σχηματίζεται ως προϊόν συμπύκνωσης αμυλόζης και αμυλοπηκτίνης. Βρίσκεται σε μεγάλες ποσότητες σε φυτά, φρούτα και σπόρους.

Ινουλίνη :Αποτελείται από πολλά μόρια φρουκτοφουρανόζης συνδεδεμένα μεταξύ τους σε αλυσίδες και βρίσκεται στους κονδύλους φυτών όπως η ντάλια και η αγκινάρα.

Ετεροπολυσακχαρίτες

Ένας πολυσακχαρίτης που αποτελείται από διαφορετικούς τύπους μονοσακχαριτών είναι γνωστός ως ετεροπολυσακχαρίτης. Μερικά παραδείγματα ετεροπολυσακχαριτών είναι:

Υαλουρονικό οξύ: Αποτελείται από D-γλυκουρονικό οξύ και Ν-ακετυλο-γλυκοζαμίνη και βρίσκεται στους συνδετικούς ιστούς και στο δέρμα των οργανισμών.

Ηπαρίνη :Αποτελείται από D-γλυκουρονικό οξύ και N-sulfo-D-γλυκοζαμίνη. Κατανέμεται σε μεγάλο βαθμό στα μαστοκύτταρα και στο αίμα μας.

Χονδροϊτίνη-4-θειική: Τα συστατικά του σάκχαρα είναι το D-γλυκουρονικό οξύ και το N-ακετυλο-D-γαλακτοζαμινο-4-Ο-θειικό:Βρίσκεται στους χόνδρους.

Γ-σφαιρίνη: Η αμίνη Ν-ακετυλ-εξόζης, η D-μαννόζη και η γαλακτόζη είναι τα συστατικά του πολυσακχαρίτη γ-σφαιρίνης. Βρίσκεται στο αίμα μας.

Λειτουργίες Πολυσακχαριτών

Κατά κύριο λόγο, οι πολυσακχαρίτες χρησιμεύουν ως δομικό, οργανωτικό συστατικό σε ζώα και φυτά. Μερικές άλλες λειτουργίες των πολυσακχαριτών είναι:

• Βοηθούν στην αποθήκευση ενέργειας στους οργανισμούς.
• Επειδή περιέχουν πολλαπλούς δεσμούς υδρογόνου, το νερό δεν μπορεί να εισβάλει στα μόρια, καθιστώντας τα υδρόφοβα.
• Βοηθούν στη διατήρηση της βαθμίδας συγκέντρωσης, επηρεάζοντας την πρόσληψη θρεπτικών ουσιών και νερού από τα κύτταρα.
• Πολλοί πολυσακχαρίτες συνδέονται ομοιοπολικά με λιπίδια και πρωτεΐνες για να παράγουν γλυκολιπίδια και γλυκοπρωτεΐνες, οι οποίες στη συνέχεια χρησιμοποιούνται για την αποστολή μηνυμάτων ή σημάτων μεταξύ και εντός των κυττάρων.
• Παρέχουν μηχανική υποστήριξη στα κύτταρα. Το κυτταρικό τοίχωμα του φυτού περιλαμβάνει πολυσακχαρίτη κυτταρίνη, η οποία το υποστηρίζει. Σε έντομα και οργανισμούς όπως οι μύκητες, η χιτίνη παίζει ζωτικό ρόλο στην υποστήριξη της εξωκυτταρικής μήτρας που περιβάλλει τα κύτταρα.

Δομή Πολυσακχαριτών

Για να κατανοήσουμε τι είναι ένας πολυσακχαρίτης, είναι σημαντικό να κατανοήσουμε τη δομή του. Σχεδόν όλοι οι πολυσακχαρίτες παρασκευάζονται με την ίδια θεμελιώδη διαδικασία, όπου οι μονοσακχαρίτες συνδέονται με δεσμούς που ονομάζονται γλυκοσιδικοί δεσμοί, οι οποίοι σχηματίζονται από ένα μόριο οξυγόνου που σχηματίζει μια γέφυρα μεταξύ δύο δακτυλίων άνθρακα. Ο δεσμός παράγεται όταν μια ομάδα υδροξυλίου αποβάλλεται από το άτομο άνθρακα ενός μορίου, ενώ το υδρογόνο αποβάλλεται από την ομάδα υδροξυλίου ενός άλλου μονοσακχαρίτη. Επειδή δύο μόρια υδρογόνου και ένα μόριο οξυγόνου χάνονται, η αντίδραση είναι μια αντίδραση αφυδάτωσης. Οι δομές των μορίων που συνδυάζονται για να σχηματίσουν τους πολυσακχαρίτες καθορίζουν την τελική δομή και τις ιδιότητές τους. Ένας πολυσακχαρίτης που χρησιμοποιείται για αποθήκευση ενέργειας θα προσφέρει εύκολη πρόσβαση στους μονοσακχαρίτες από τους οποίους αποτελείται. Αντίθετα, ένας πολυσακχαρίτης που χρησιμοποιείται για υποστήριξη είναι συνήθως μια μακριά αλυσίδα μονοσακχαριτών που σχηματίζουν ινώδεις δομές.

Μερικά σημαντικά παραδείγματα πολυσακχαριτών

Ομοπολυσακχαρίτες

Άμυλο :είναι ένας τύπος πολυσακχαρίτη αποθήκευσης που βρίσκεται στα φυτικά κύτταρα και υπάρχει σε δύο μορφές—αμυλόζη και αμυλοπηκτίνη. Η αμυλόζη είναι η σπειροειδής μορφή αμύλου που αποτελείται μόνο από δεσμούς άλφα-1,4 και αμυλοπηκτίνη που έχει δομή όπως το γλυκογόνο, με την εξαίρεση ότι οι διακλαδισμένοι δεσμοί άλφα-1,6 εμφανίζονται μόνο σε περίπου ένα στα 30 μονομερή.

Γλυκογόνο :Αυτός είναι ένας πολυσακχαρίτης αποθήκευσης που παρατηρείται στα ζώα για την αποθήκευση ενέργειας. Περιλαμβάνει άλφα-1,4-γλυκοσιδικούς δεσμούς με διακλαδισμένους δεσμούς άλφα-1,6 που εμφανίζονται περίπου σε κάθε δέκατο μονομερές. Το ήπαρ και οι μύες το παράγουν κυρίως, αλλά μπορεί επίσης να παραχθεί κατά τη διάρκεια μιας διαδικασίας που ονομάζεται γλυκογένεση.

Κυτταρίνη :Αυτός είναι ένας δομικός πολυσακχαρίτης που εμφανίζεται στο κυτταρικό τοίχωμα του φυτού και, όταν καταναλώνεται, λειτουργεί ως διαιτητική ίνα. Η κυτταρίνη αναφέρεται ως ένα από τα πιο άφθονα οργανικά μόρια στη γη. Μερικές κοινές μορφές κυτταρίνης είναι το ξύλο, το χαρτί και το βαμβάκι.

Ετεροπολυσακχαρίτες

Αυτά εμφανίζονται ως διαφορετικά δομικά και λειτουργικά συστατικά στο ανθρώπινο σώμα.

Υαλουρονικό οξύ :Λειτουργεί ως λιπαντικό στο αρθρικό υγρό των αρθρώσεων.

Θιική χονδροϊτίνη :Συμβάλλει στην αντοχή σε εφελκυσμό και στην ελαστικότητα των χόνδρων, των συνδέσμων, των τενόντων και των τοιχωμάτων της αορτής.

θειική δερματάνη :Βρίσκεται κυρίως στο δέρμα και υπάρχει επίσης στα αιμοφόρα αγγεία, την καρδιά και τους πνεύμονες. Μπορεί να σχετίζεται με πήξη, αγγειακές παθήσεις και άλλες ιατρικές καταστάσεις.

θειική κερατάνη :Υπάρχει στον κερατοειδή, τα οστά, τους χόνδρους και μια ποικιλία άλλων δομών όπως τα νύχια και τα μαλλιά.

Ηπαρίνη :Υπάρχει ως αντιπηκτικό στο αίμα.

Πολλοί άλλοι τύποι πολυσακχαριτών βρίσκονται στο ανθρώπινο σώμα, συμπεριλαμβανομένων γλυκοζαμινογλυκανών ή βλεννοπολυσακχαριτών που σχηματίζονται από το ενδοπλασματικό δίκτυο και ωριμάζουν στη συσκευή Golgi. Είναι σημαντικά συστατικά των συνδετικών ιστών και βρίσκονται επίσης στο κολλαγόνο και την ελαστίνη.

Πέψη πολυσακχαριτών

Η πεπτικότητα του αμύλου εξαρτάται από διάφορους παράγοντες. Σε μοριακό επίπεδο, επηρεάζεται από την αναλογία αμυλόζης προς αμυλοπηκτίνη. Οι αλυσίδες αμυλόζης δημιουργούν μια ελικοειδή δομή που βρίσκεται συσκευασμένη εντός του κόκκου αμύλου. Αυτές οι δομές είναι πιο ευαίσθητες στην υδρόλυση και την πέψη αμυλάσης. Από την άλλη πλευρά, η αμυλοπηκτίνη είναι λιγότερο επιρρεπής να υποβληθεί σε αμυλόλυση ή πέψη λόγω της σφιχτής γέμισης των διπλών ελικοειδών αλυσίδων στους κόκκους τους. Επομένως, τα άμυλα με υψηλή περιεκτικότητα σε αμυλόζη έχουν μεγαλύτερη πεπτικότητα σε άψητη κατάσταση. Παραδείγματα πηγών τροφίμων πολυσακχαριτών (άμυλο) είναι οι πατάτες, οι γλυκοπατάτες, η ταπιόκα, το ρύζι, το σιτάρι και το καλαμπόκι.

Βιολογική σημασία των πολυσακχαριτών

Οι πολυσακχαρίτες, όπως και άλλοι υδατάνθρακες, λειτουργούν ως κύρια πηγή ενέργειας. Ως εκ τούτου, αποτελούν ένα από τα κύρια διατροφικά συστατικά. Όταν τα ζώα τα καταναλώνουν, αποκτούν μονοσακχαρίτες που μπορούν να χρησιμοποιήσουν για να συνθέσουν ATP. Τα ATP απαιτούνται από το σώμα για τη διεξαγωγή διαφορετικών μεταβολικών διεργασιών.

Η πιο κοινή μορφή μονοσακχαρίτη που χρησιμοποιείται από το κύτταρο για τη σύνθεση του ATP είναι η γλυκόζη. Από τη γλυκόζη, το ATP παράγεται μέσω φωσφορυλίωσης σε επίπεδο υποστρώματος ή οξειδωτικής φωσφορυλίωσης. Μία από τις πηγές γλυκόζης είναι μια δίαιτα πλούσια σε υδατάνθρακες. Η υπερβολική ποσότητα υδατανθράκων στη διατροφή, ωστόσο, μπορεί να οδηγήσει σε προβλήματα υγείας. Τα επίμονα υψηλά επίπεδα γλυκόζης στο αίμα θα μπορούσαν τελικά να οδηγήσουν σε μια ιατρική κατάσταση που ονομάζεται σακχαρώδης διαβήτης. Το έντερο θα πρέπει επίσης να καταβάλει μεγαλύτερες προσπάθειες για να τα αφομοιώσει. Εάν υπάρχει υπερβολική ποσότητα φρουκτόζης στο λεπτό έντερο, θα μπορούσε να οδηγήσει σε δυσαπορρόφηση. Όταν συμβεί αυτό, η μη απορροφημένη φρουκτόζη πηγαίνει στο παχύ έντερο, το οποίο θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για ζύμωση από τη χλωρίδα του παχέος εντέρου. Αυτό μπορεί να οδηγήσει σε γαστρεντερικό πόνο, διαταραχές του εντέρου ή φούσκωμα.

Η γλυκόζη που δεν χρειάζεται αποθηκεύεται με τη μορφή αμύλου από τα φυτά. Αυτά τα φυτά συλλέγονται για την εξαγωγή του αμύλου για χρήση στην παρασκευή τροφίμων και βιομηχανικούς σκοπούς. Οι πολυσακχαρίτες είναι επίσης ζωτικής σημασίας για τους ζωντανούς οργανισμούς καθώς αποτελούν κύρια δομικά συστατικά βιολογικών δομών όπως η κυτταρίνη και η χιτίνη. Η φυτική κυτταρίνη εξάγεται για τις ποικίλες χρήσεις της στη βιομηχανία.

Συμπέρασμα

Μπορούμε να συμπεράνουμε ότι οι πολυσακχαρίτες έχουν πολύ περίπλοκες δομικές ιδιότητες όσον αφορά τη σύστασή τους, τους δεσμούς, τον βαθμό διακλάδωσης, τα μοριακά βάρη και την παρουσία ειδικών ομάδων. Η κατανόηση του τι είναι ένας πολυσακχαρίτης και η γνώση των βασικών δομικών ιδιοτήτων του θα μπορούσε να διευκολύνει καλύτερα τις εφαρμογές τους σε βιομηχανίες τροφίμων και μη.

Συχνές ερωτήσεις

1. Τι είναι η γλυκογένεση;

Η γλυκογένεση είναι η μεταβολική διαδικασία μέσω της οποίας παράγεται γλυκογόνο από τη γλυκόζη για αποθήκευση. Εμφανίζεται κυρίως στο ήπαρ και στα μυϊκά κύτταρα λόγω των υψηλών επιπέδων γλυκόζης στην κυκλοφορία του αίματος. Όταν το σώμα χρειάζεται ενέργεια, αυτό το γλυκογόνο διασπάται σε γλυκόζη μέσω της διαδικασίας της γλυκογονόλυσης.

2. Πώς αποθηκεύονται οι υδατάνθρακες στον οργανισμό;

Οι υδατάνθρακες αποθηκεύονται στο σώμα με τη μορφή γλυκογόνου, έτσι ώστε όταν η ζήτηση για γλυκόζη είναι μεγαλύτερη, να μπορεί να ληφθεί από αυτό το απόθεμα μέσω της γλυκογονόλυσης.

3. Βοηθούν οι πολυσακχαρίτες στην κυτταρική επικοινωνία;

Αρκετοί πολυσακχαρίτες γίνονται γλυκοσυζεύκτες όταν συνδέονται ομοιοπολικά με πρωτεΐνες ή λιπίδια. Αυτά τα γλυκολιπίδια και οι γλυκοπρωτεΐνες στέλνουν σήματα μεταξύ και εντός των κυττάρων.

4. Τι είναι οι βακτηριακοί πολυσακχαρίτες;

Οι βακτηριδιακοί πολυσακχαρίτες είναι εκείνοι οι πολυσακχαρίτες που απαντώνται στα κυτταρικά τοιχώματα και τις μεμβράνες των βακτηρίων. Παραδείγματα βακτηριακών πολυσακχαριτών είναι οι πεπτιδογλυκάνες, οι λιποπολυσακχαρίτες και οι εξωπολυσακχαρίτες.