Osnovy_biokhimii_Nelson_i_Kokh_tom_1 (1123313), страница 113
Текст из файла (страница 113)
Краткое содержание раздела 7д ИОНОСАХАРИДЫ И ДИСАХАРИДЫ ° Сахара (или сахариды) — соединения, содержащие эльдсгидную или кстонную группу и две или большее число гидроксильных групп. ° Моносахариды обычно содержат несколько хиральных атомов углерода и поэтому существуют в нескольких стереоформах, которые на плоскости можно изобразить с помощью проекционных формул Фишера. Эпимерами называют сахара, различающиеся лишь конфигурацией при одном атоме углерода. ° Моносахариды часто образуют внутримолекулярные полуацетали или полукетэли, в которых алы1егидная или кетонная группа связана с гидроксильной группой той жс молекулы, в результате чего возникает циклическая структура.
Такие структуры изображают с помощью проекционных формул Хеуорса. Атом углерода, исходно при надлежавпшй альдегидной или кетонной группе (апомерный атом углерода), может находиться в одной из двух конфигураций (и или Д), которые переходят друг в друга в процессе мутаротации. В линейной форме моносахарида, находящейся в равновесии с циклической формой, аномерпый атом углерода легко окисляется. ° Гидроксильная группа одного моносахарида может взаимодействовать с аномерным атомом углерода второго моносахарида с образованием ацеталя. В подобном дисахариде гликозидная связь защищает аномерный атом от окисления.
° Олигосахариды — олигомеры, состоящие из небольшого числа моносахаридных звеньев, соединенных гликозидными связями. На одном конце цепи (восстанавливающем конце) сохраняется аномерный углерод, не участвующий в образовании гликозидной связи. ° Номенклатура, принятая для обозначений дни олигосахаридов, определяет порядок моносахаридных звеньев, конфигурацик~ каждого апомерного атома и номера атомов углерода, участвующих в образовании гликозидных связей. Большинство углеводов в природе представлено полисахаридами — полимерными молекулами с большой молекулярной массой.
Нолисахариды, или гликаны, различаются между собой природой составляющих их моносахаридных звеньев, длиной цепи, типом гликозндных связей, а также степенью разветвленности. Гомополисахариды содержат мономерные звенья только одного вида; гетерополисахариды могут содержать звенья двух или большего числа видов (рис. 7-13). Некоторые гомополисахариды, такие как крахмал и гликоген, служат в качестве запасной формы моносахаридов, используюгдихся в качестве топливных молекул. Другие гомополисахариды (например, целлюлоза н хитин) выполняют функцию структурнзях элементов в клеточных Рис.
143. Гомо- и гвтвропописвхвриды. Полисвхарнды могут состоять из одного, двух или нескольких типов иоиосахаридных звеньев, соединенных в линейные илн разветвленные цепи разной длины. 7.2 Полисахариды 13531 стенках растений и наружном скелете животных. Гетерополисахариды служат элементами внеклеточного каркаса у организмов всех царств.
Например, прочный слой оболочки бактериальной клетки (пептидогликан) содержит в своем составе гстерополисахарил, построенный из двух чередующихся типов моносахаридных звеньев. В тканях животных впеклеточное пространство заполнено гетерополисахаридами различного типа, которые образуют каркас, удерживающий вместе индивидуальные клетки, а также обеспечивающий форму н защиту клеткам, тканям и органам.
В отличие от белков полисахариды обычно нельзя охарактеризовать строго определенной молекулярной массой, что объясняется различными механизмами сборки этих биополимеров. Как мы обсудим в гл. 27, белки синтезируются на матрице с определенной последовательностью и длиной (на информационной РНК) с помощью ферментов, синтез в точности следует «указаниям» матрицы. Для синтеза полисахаридов такой матрицы не существует; программа синтеаа полисахарида заключена в самом ферменте, каталнзирующем полимеризацию мопомерных звеньев, и в данном случае нет специфической команды для остановки процесса синтеза. Некоторые гомополисахариды служат для эапасания энергии клеткой Наиболее важным запасным полисахаридом в клетюгх растений является крахмал, а в клетках животных — гликогсн. Оба этих соединения находятся в клетках в виде крупных кластеров или гранул. Молекулы крахмала и гликогена сильно гидратированы, поскольку имеют множество обращенных наружу гидроксильных групп, лоступных для образования водородных связей с водой.
Крахмал образуется в большинстве клеток растений (см. Рис. 20-2), но наиболее высока его концентрация в клубнях (например, картофеля) и семенах. Крахмал — это смесь двух полимеров глюкозы: амилозы и амилопектина (рис. 7-14). Первый из них состоит из длинных неразветвленных цепей из остатков О-глюкозы, соедивенных (гх1- 4)-связями. Молекулярная масса таких цепей варьирует от нескольких тысяч до миллионов дальтон. Амилопектин также имеет большую молекулярную массу (до 100 млн Да), но, в отличие от амилозы, его молекулы силыю разветвлены. В неразветвленных участкахостатки глюкозы соединены между собой (сг1- 4)- гликозидными связями, а в участках ветвления (встречающихся через каждые 24 — 30 остатков) — (гг1 — 6)-связями. Гликоген — основной запасной полисахарид в животных клетках.
Подобно амилопскгину, гликоген представляет собой полимер, состоящий из соединенных (гх1- 4) связями остатков глюкозы с разветвлениями, образованными (гх1 — 6)-связями. Однако гликоген имеет гораздо более разветвленную (точки ветвления встречаются через каждые 8 — 12 остатков глюкозы) и более компактную структуру, чем крахмал. В наибольшем количестве гликоген содержится в печсни, где на его долю приходится до 7Ж общей массы органа„а кроме того, он встречается в скелетных мышцах.
В гепатоцитах гликоген присутствует в виде крупных гранул, которые, в свою очередь, состоят из более мелких гранул, образованных единичными сильно разветвленными молекулами гликогена со средней молекулярной массой до нескольких миллионов дальтон. С этими грану- лами прочно связаны ферменты, отвечающие за синтез и распад гликогена. Поскольку каждая цепь гликогена оканчивается невосстанавливающим оста~ком сахара, в молекуле гликогена ровно столько невосстанавливающих концов, сколько ветвей содержится в его молекуле, но восстанавливающий конец только один. При использовании гликогена в качсстве источника энергии остатки глюкозы отщепляются от невосстанавливающих концов по одному. Ферменты, катализирующие распад гликогена, действуют только на невосстанавливающие концы, но могут одновременно разрушать несколько ветвей, что значительно ускоряет процесс превращения полимера в составляющие его моносахариды.
Почему же глюкоза не хранится в клетке в виде мономера? Расчеты показали, что запас гликогена в гепатоците соответствует концентрации глюкозы 0,4 М. Реальная концентрация нерастворимого гликогена составляет 0,01 мкМ (это означает, что его вклад в осмолярность цитозоля очень мал). Если бы в цитозоле содержалось 0,4 М глюкозы„то осмолярность стала бы угрожающе высокой и привела бы к проникновению в 13541 Часть1. 7. Углеводы и гликобиология 'СН,ОН СН ОН СН,ОН СН,ОН Нсредуцн- ~ рующнй конец Редуцнрующнй конец Н ОН Н ОН Н ОН Н ОН Лмнлоза еСНзОН оза Точка ветвления с (а1 †>6) глнкочндной связью Восстанав- ливающие концы Ветвь О 6СН Невосстанав- лнвающне ко>щы псктнн Н ОН Основная цепь Рис.
7-14. Глииоген и крахмал. о) Короткий фрагмент амнлозы — линейного полимера, состоящего иэ остатков Р-глюкозы, соединенных (а1- 4)-гликозндными связями. Единственная цепь амилозы содержит несколько тысяч остатков глюкозы. Амилопектин между точками ветвления имеет участки с таким же строением. У гликогена основная структура та же, но он более разветвленный, чем амилопектин. б) Точка ветвления в молекуле амилопектнна, в которой мономерные звенья связаны (а1- 6)-гликозидной связью. в) Фрагмент транулы крахмала,состоящего из нитей амилозы и амилопектина. Нити амилопектина (изображены красным цветом) образуют двойные спирали друг с другом или с молекулами амилозы (изображена синим цветом).
В клетке при использовании крахмала для получения энергии остатки глюкозы на невосстанавлнвающих концах внешних ветвей отщепляются ферментатнвным путем. Гликоген имеет сходное строение, но его молекулы более компактны н сильнее разветвлены. клетку воды, что могло привести к лизису клетки (рис. 2-12).
Более того, при внутриклеточной концентрации глюкозы 0,4 М и внеклеточной концентрации около 5 мМ (такова концентрация глюкозы в крови у млекопитающих) изменение свободной энергии, соответствующее переносу глюкозы внутрь клетки против такого значительного градиента концентрации„было бы недопустимо велико. Декстраны — полисахариды бактерий и дрожжей, построенные из остатков В-глюкозы, соединенных (а1- 6)-связями. Все декстраны имеют точки ветвления, в которых остатки соелинены (а1- З)-связями, а у некоторых декстранов, кроме того, встречаются разветвления с (а1- 2) или (а1- 4) типами связи. Зубной камень, который образуют живущие на поверхности зубов бактерии, содержит болыпое количество декстранов. Синтетические декстраны используются в некоторых коммерческих продуктах, например, дляпроизводстваносителейдлягель-фильтрации (например, ЗерЬадех) (рис.
3-17, б). В подобных продуктах декстраны с помо>цью химических методов подвергают перекрестной сщивке, в результате чего они представляют собой нерастворимые материалы с разной степенью пористости, что позволяет разделять мак)юмолекулы разного размера. 7.2 Паяисахариды 1555( 111 („'1 Некоторые гомополнсахариды выполняют структурную функцию Целлюлоза — прочное, волокнистое, нерастворимое в воде вещество; она содержится в клеточных стенках растений, главным образом в стеблях травянистых растний и стволах и ветвях деревьев. Целлюлоза является основным компонентом древесины, а хлопок состоит почти исключительно из целлюлозы. Подобно амилозе и главным цепям амняопектипа и гликогсна, целлюлоза представляет собой линейный неразветвлснный гомопоэвсахарид, состоящий из 10 000 — 15 000 остатков В-глюкозы. Но есть важное отличие: в целлю- ОН 11! ОН - ю,.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
