Структуры высших порядков

Полисахариды являются высокомолекулярными соединениями, содержащими сотни и тысячи остатков моносахаридов. В полисахаридах остатки моносахаридов связываются за счет полуацетального гидроксила одной молекулы и спиртового гидроксила другой и т.д. Каждый остаток моносахарида связан с соседними остатками гликозидными связями. Полигликозиды могут содержать разветвленные и не разветвленные цепи. Остатки моносахаридов, входящие в состав молекулы, могут быть одинаковыми или различными. Наибольшее значение из высших полисахаридов имеют крахмал, гликоген (животный крахмал), клетчатка (или целлюлоза). Все эти три полисахарида состоят из молекул глюкозы, по-разному соединенных друг с другом. Состав всех трех соединений можно выразить общей формулой: (С₆Н₁₀О₅)·n с различной степенью полимеризации.

Целлюлоза

Целлюлоза (от фрацузского cellulose, от лат. cellula, – клетка), линейный полисахарид – [поли (1→4)-β-глюкан или глюкопиранозил-D-глюкопираноза общей формулы [С₆Н₇О₂(ОН)₃]·n. Целлюлоза является одним из наиболее распространенных биополимеров, входящих в состав клеточных стенок растений и микроорганизмов. Некоторые из них, а также отдельные виды беспозвоночных – черви, древоточцы, благодаря ферменту целлюлазе, расщепляющему целюлозу, могут ее усваивать. Элементарное звено макромолекулы целлюлозы находится в конформации кресла с экваториально расположенными группами ОН и СН₂ОН (рис. 5.11). Значение n в некоторых видах целлюлозы достигает 10-12 тыс., а молекулярная масса доходит до нескольких миллионов Дальтон. Молекулы ее имеют линейное (неразветвленное) строение, вследствие чего целлюлоза легко образует волокна.

Рис. 5.11. Структура целлюлозы в проекции Хеуорса

Крахмал

Крахмал относится к полисахаридам. Молекулярная масса этого вещества точно не установлена, но известно, что она очень велика (порядка 100 кДа) и для разных образцов может сильно отличаться. Поэтому формулу крахмала, как и других полисахаридов, изображают в виде (С₆Н₁₀О₅)·n.

Рис. 5.12. Структура крахмала в проекции Хеуорса

 

Молекулы крахмала имеют как линейную (амилоза), так и разветвленную структуру (амилопектин). В этом основное отличие крахмала от целлюлозы (рис. 5.12). Целлюлоза имеет только линейное строение.

При сравнении структуры этих природных полимеров, было установлено, что структурным звеном крахмала является остаток α-глюкозы, а целлюлозы – остаток β-глюкозы. Кроме того, степень полимеризации крахмала изменяется от нескольких сотен до нескольких тысяч, а целлюлозы – от нескольких тысяч до нескольких десятков тысяч.

Гликоген

Гликоген (от глюкоза плюс ген), является основной формой хранения углеводов в организме, являясь точной копией крахмала, содержащегося в растениях. Гликоген – это гомополисахарид, построенный из 6-20 тыс. и более остатков α-D-глюкозы. Имеет разветвленное строение. Гликоген накапливается в печени и мышцах и может легко расщепляться с образованием глюкозы. Средняя протяжённость неразветвлённой цепи 10-14 остатков.