24. Гомо- и гетерополисахариды.

Ответ. Полисахариды – это природные высокомолекулярные вещества, состоящие из большого количества остатков моносахаридов. Полисахариды, в составе которых присутствуют остатки только одного моносахарида, называют гомополисахаридами. Если остатки моносахаридов разные, такие полисахариды называют гетерополисахаридами. Полисахариды в различных организмах выполняют несколько важных биологических функций: структурная у растений (целлюлоза); защитная у членистоногих (хитин); запасающая (крахмал – у растений; гликоген – у животных и грибов). К числу наиболее распространенных гомополисахаридов принадлежат крахмал, гликоген (животный крахмал) - резервные полисахариды и цел­люлоза (клетчатка) - структурный полисахарид. Все они являются полигликозидами, в молекулах которых за счет эфирных (кислородных) мостиков объединяются сотни, тысячи и десятки тысяч остатков моносахаридов. Эфирные мостики образуются за счет взаимодействия гликозидного гидроксила одного остатка моносахарида со спиртовым гидроксилом (чаще всего у 4-го атома С - для линейных форм, 4-го и 6-го - у разветвленных форм) другого остатка моносахарида. Крахмал - один из самых распространенных гомополисахаридов, содержится в зернах злаков (пшеница, кукуруза) и в клубнях расте­ний (картофель и др.). Он нерастворим в холодной воде, а в горячей об­разует коллоидный раствор - клейстер. Крахмал - природный полимер, мономером которого является D-глюкоза. Состоит из двух различных фракций, различающихся по своему строению и свойствам: амилозы (~20%) и амилопектина, общая формула которых одинакова (С6Н10О5)n. Амилоза - линейный полисахарид - остатки D-глюкозы соеди­нены α-1,4-глюкозидными связями; она имеет молекулярную массу от 20000, до 200000 Да, в водной среде амилоза образует двухспиральные структуры. Ее коллоидные частицы (мицеллы) дают с йодом характерное синее окрашивание. Амилопектин - разветвленный полисахарид с молекулярной массой от 100000 до 1 млн Да. Примерно через 15-25 моносахаридных звеньев у него имеются точки ветвления, образованные α-1,6-глюкозидмыми связями. Коллоидные растворы амилолектина дают с йодом красно-фиолетовое окрашивание. Компоненты крахмала прочно связываются в клетке с белком, образуя смешанные макромолекулы. Возможно, что синтез крахмала, т.е. удлинение полисахаридных цепей, происходит на белковой основе. Оче­видно, белковая часть придает полисахариду некоторую способность к диффузии внутри клетки. При частичном гидролизе крахмала образуются полисахариды с меньшей степенью полимеризации - декстрины, при полном гидролизе - мальтоза и глюкоза. Крахмал - наиболее важный пищевой углевод для человека, содержание его в муке 75-80%, в картофеле - 25%. Гликоген - является главным резервным гомополисахаридом в организме человека и животных. Поэтому его называют «животный крахмал», однако он найден в грибах, дрожжах и зернах кукурузы. Гли­коген содержится почти во всех органах и тканях животных и человека, но больше всего в печени и в мышцах. Молекулярная масса гликогена 105-108Да и выше. Гликоген по строению близок к амилолектину, но от­личается большой разветвленностью цепей. В молекуле гликогена раз­личают внутренние цепи - участки полиглюкозидных цепей между точ­ками ветвления, и наружные цепи - участки от периферической точки ветвления до конца цепи. В цепях остатки глюкозы соединены α-1,4-глюкозидными связями, а в точках ветвления - α-1,6-глюкозидные связи. При гидролизе гликоген распадается, как и крахмал, сначала до декстринов, затем до мальтозы и, наконец, до глюкозы. Распад гликогена носит название гликогенолиза и обеспечивает потребность организма в энергии для поддержания температуры тела, осуществления мышечного сокращения, протекания биохимических реакций и т.д. В клетке гликоген, как и крахмал, связан с белком цитоплазмы и частично белком внутриклеточных мембран. Целлюлоза (клетчатка) - наиболее распространенный гомополисахарид растительного мира: в древесине 50 - 70% клетчатки, в стеб­лях волокнистых растений (лен) еще больше, а волокно хлопка - почти чистая, клетчатка. Она играет большую роль в построении клеточных стенок (название целлюлоза - от латинского "целлюла" - клетка). Клетчатка так же, как и крахмал, построена из остатков D-глюкозы, но в отличие от крахмала - это β-полиглюкозид: с молеку­лярной массой 5·104- ·106 Да. Ниже представлен фрагмент молекулы целлюлозы. При частичном гидролизе клетчатки образуется дисахарид целлобиоза, а при полном гидролизе – D-глюкоза. Гетерополисахариды, или мукополисахариды (от латинского mucos - слизь), представляют собой сильно гидратированные, желеподобные, липкие вещества, имеющие значительный отрицательный заряд. Они обычно находятся в межклеточном веществе и связаны с белками, вот почему зачастую их относят классу протеогликанов. На рисунках ниже представлен участок внеклеточной матрицы (гликокаликс) представляющий собой длинную молекулу гиалуроновой кислоты нековалентно связанной с примерно 100 молекулами основного белка аггрекана, который в свою очередь ковалентно связывает хондроитин сульфат и кератан сульфат. В качестве примеров изолированных гетерополисахаридов можно привести гиалуроновую кислоту, хондроитин-4-сульфат, хондроитин-6-сульфат, кератансульфат, гепарин, гепарансульфат. Гиалуроновая кислота содержит D-глюкуроновую кислоту и N-ацетил-D-глюкозамин, а остальные - сульфатированные аминосахара и D-глюкуроновую или L-идуроновую кислоты. В кератансульфате вместо гексуроновых кислот содержится D-галактоза. Взаимосвязь между клетками и внеклеточной матрицей осуществляется через мембранный белок интегрин и внеклеточный белок фибронектин связанный с коллагеновыми фибриллами и протеогликаном. Протеогликан внеклеточной матрицы представляет собой длинную молекулу гиалуроновой кислоты нековалентно связанную с примерно 100 молекулами основного белка аггрекана, который в свою очередь ковалентно связывает хондроитин сульфат и кератан сульфат. Потребление глюкозы клетками из кровотока происходит путем облегченной диффузии при участии специальных белков-транспортеров (ГЛЮТов). Следовательно, скорость трансмембранного потока глюкозы зависит только от градиента ее концентрации. Исключением являются клетки мышц и жировой ткани, где облегченная диффузия регулируется инсулином. В отсутствии инсулина плазматическая мембрана этих клеток непроницаема для глюкозы, так как в ней нет белков переносчиков для глюкозы (ГЛЮТов). ГЛЮТ-1 служит для обеспечения стабильного потока глюкозы в мозг. В других тканях (в плаценте, почках, толстой кишке) он поставляет глюкозу в клетки, когда они находятся в состоянии покоя. ГЛЮТ-2 обнаружен в клетках органов, выделяющих глюкозу в кровь (печень, b-клетки островков Лангерганса). При участии ГЛЮТ-2 глюкоза переходит в кровь из энтероцита после ее всасывания в кишечник. ГЛЮТ-3 обладает большим, чем ГЛЮТ-1, сродством к глюкозе. Он также обеспечивает постоянный приток глюкозы к клеткам нервной системы, плаценте, почкам. ГЛЮТ-4 – главный переносчик глюкозы в мышцах и адипоцитах. ГЛЮТ-5 встречается г.о. в клетках тонкой кишки. Его функции известны недостаточности. Все типы ГЛЮТов могут находится как в плазматической мембране, так и в цитозольных везикулах. В отсутствие инсулина ГЛЮТ-4 (и в меньшей степени ГЛЮТ-1) почти полностью находится в цитоплазме. Влияние инсулина на такие клетки приводит к перемещению везикул, содержащих ГЛЮТы к плазматической мембране и их слиянию с ней, после чего возможен облегченный транспорт глюкозы в эти клетки. После снижения концентрации инсулина в крови белки-транспортеры глюкозы снова перемещаются в цитозоль. В клетки печени глюкоза переходит при участии ГЛЮТ-2, независимого от инсулина.