Э. Рис, М. Стернберг - Введение в молекулярную биологию от клеток к атомам (1128690), страница 26
Текст из файла (страница 26)
Нередко полисахариды имеют линейную структуру, номогут и ветвиться. У растений и животных полисахариды играют структурную роль и служат резервнымвеществом. Наиболее распространенный моносахарид, чаще всего встречающийся в полисахаридах, —это шестиатомный сахар (гексоза) D-глюкоза. Из-заналичия разных способов связывания гексоз (типовгликозидной связи) и разных функциональных группструктура полисахаридов весьма разнообразна. Мырассмотрим только пять из множества полисахаридов.D-глюкоза — это шестиатомный моносахарид; егоструктура показана на рис.
31.2. Группа —ОН при атоме углерода 1 направлена либо вверх (т. е. в ту же сторону, что и атом углерода 6), и тогда образуется (β-Dглюкоза, либо вниз, и тогда получается а-D-глюкоза.Различие между этими родственными сахарами играетнаиболее важную роль при образовании из них полисахаридов. Гексозы (например, D-глюкоза) могутнаходиться в двух стабильных конформациях, представляющих собой две разновидности конформациитипа «кресла» (гл.
14): С1 и 1С. В состоянии С1 массивные ОН-группы параллельны плоскости сахарногокольца и направлены в стороны; о таких группахговорят, что они имеют экваториальную ориентацию.В состоянии 1С эти группы направлены вверх и внизотносительно кольца, т. е. имеют аксиальную ориентацию. Так как кислород — это весьма большой атом,конформация С1 более предпочтительна, посколькупри этом крупные атомы располагаются далеко другот друга.Гликозидная связь образуется при взаимодействиидвух моносахаридов. Это эфирная связь, формирование которой сопровождается высвобождением молекулы воды (рис. 31.1).
Существуют разные способыобразования гликозидных связей. В линейных полисахаридах она создается между атомом С одного сахарного остатка и либо третьим, либо четвертым углеродным атомом следующего остатка; при этом обасахара, как правило, находятся в С1-(экваториальной)конформации. Гликозидные связи обозначаютсяследующим образом: (β(1 —> п) — это связь между атомом кислорода при атоме углерода 1 в (β-положениии углеродом п следующего сахара; в образовании свя-зи α(1 —> п) участвуют те же углеродные атомы, но теперь атом кислорода при углероде 1 занимает α-положение.
Наиболее часто встречаются гликозидные связи β(1 —> 4) и β(1 —> 3) (примеры - целлюлоза игемицеллюлозы растений), а также α(1 ->4)и α(1 —> 6)[примеры — крахмал (растения) и гликоген (животные)]. Довольно редки связи типов (2 —> 1) и (2 —> 6);они обнаружены в таких соединениях, как фруктаны,содержащиеся в некоторых растениях.ЦЕЛЛЮЛОЗА состоит из полимерных цепочек молекул D-глюкозы (до 1000 звеньев), соединенных междусобой (β(1 —> 4)-гликозидными связями. Эти цепочкиобъединяются, образуя волокна. Когда молекулыглюкозы, находящиеся в С1-конформации, образуютβ(1 —> 4)-цепочки, формируется β-структура. Связаноэто с тем, что сахарные остатки, соединенные гликозидными связями, теряют полную свободу вращениявокруг С1—О- и О—С4-связей из-за наличия массивных 6СН2ОН-групп, и полимер приобретает конформацию, благоприятную для образования межцепочечных водородных связей, в случае когда цепочкирасполагаются антипараллельно.Стенки растительных клеток состоят избольшого числа β-слоев, упакованных таким образом,что направления цепей в соседних слоях оказываютсяпротивоположными.
В результате образованияводородных связей между слоями у растительныхклеток формируется прочная защитная многослойнаяоболочка. Помимо целлюлозы стенки растенийсодержат ряд водорастворимых гемицеллюлоз,например поликсилозу (ксилан). Моносахаридксилоза - это D-глюкоза, у которой группа 6СН2ОНзамещена атомом водорода. У ксилана вращение неограничено, и он образует правую спираль с тремямономерными единицами на один виток.
Еслипосмотреть на молекулы целлюлозы и ксилана вдольих длинных осей, то мы сразу поймем, почемуразличается растворимость этих двух компонентовклеточной стенки (рис. 31.3): у ксилана площадьгидрофильной поверхности на единицу длины цепизначительно больше и, следовательно, он лучшерастворяется в воде, чем целлюлоза.KPАХМАЛ— это резервный полисахаридрастений. Он состоит из двух компонентов: α-амилозыи амило-пектина. α-Амилоза - полимер D-глюкозы, вкотором мономерные единицы соединены α1 —> 4)-гликозидными связями.
В случае α-связи имеетместобольшая свобода вращения вокруг связей 'С—О иО—4С, и цепочка образует стабильную левую спиральс шестью остатками глюкозы на один виток. Любопытно, что молекулы иода по своим размерам оченьточно подходят к центральной полости этой спиралии образуют комплекс, обусловливающий изменениецвета а-амилозы при иодно-крахмальном тесте.
Амилопектин состоит из цепей ро1у(D-глюкозы) с α(1 —>4)-гликозиднымисвязями;отэтихцепейпериодическиотходятбоковыеветви,присоединенные к основной цепи α(1 —> 6)-связями.Ветви представляют собой короткие фрагментыполимера глюкозы со связями типа α(1 —> 4) и недают возможности основной цепи образовать спираль.Амилопектин имеет структуру типа куста. Вместе с αамилозой он образует сложную сеть. Когда у организмавозникает необходимость в глюкозе как источникеэнергии,пищеварительныеферментыимеютвозможность проникать внутрь этой структурыблагодаря тому, что амилопектин делает сеть болеерыхлой.ГЛИКОГЕН— это резервный полисахарид животных;у млекопитающих его содержание наиболее высоко впечени.
Гликоген тоже состоит из цепей D-глюкозы сα(1 —» 4)-гликозидными связями, но у него боковыеветви, присоединенные к основной цепи связямиα(1 —> 6)-типа, расположены значительно чаще, чем уамилопектина. В отличие от крахмала у гликогена отсутствует спиральная структура.
Молекула гликогенаеще более разветвлена и ее структура поэтому еще более «открыта». Поскольку у животных этот полисахарид играет роль источника энергии, который исполь-зуется чаще, чем соответствующее резервное веществоу растений, он должен быть легко доступен для ферментов, отщепляющих от полимерной цепи глюкозу.ХИТИН — структурный полисахарид, основной компонент покровов тела насекомых, — формируется изцепей слегка модифицированной глюкозы. Если вглюкозе группу —ОН в положении С 2 заменить на—NH.CO.CH3(N-ацетил)-rpynny, то получится N-ацетилглюкозамин (NAG). Полимеры NAG, образованные с помощью (β(1 —> 4)-связей, формируют слоистуюструктуру, подобную целлюлозе. Однако теперь межцепочечные водородные связи более прочные, поскольку в их образовании участвует N-ацетильнаягруппа. Насекомые синтезируют многослойную структуру, в которой слои poly(NAG) перемежаются слоями белка, и в результате образуется чрезвычайно твердая оболочка.
Это показывает, что полисахариды вкомплексе с белками или пептидами способны образовывать гораздо больше разнообразных структур,чем сами по себе (гл. 35).ГИАЛУРОНОВАЯ КИСЛОТА - это полимер счередующимися связями β(1 —> 3) и β(1 —> 4) междумономерами D-NAG и D-глюкуроновой кислотой(модифицированной формой NAG, у которой группа6СН2ОНзамененанаСООН)вследующейпоследовательности: [D-глюкуроновая кислота-(1 —>3)-NAG-(1 —>4)]n.
Гиалуроновая кислота являетсясоставной частью хрящей, костей и кожи и связана сдругимисложнымисахарами(такими,какхондроитинсульфат и кератансульфат) и с белками.32. Липиды: 1Липиды — это водонерастворимые органические молекулы, присутствующие во всех живых клетках итканях. Липиды образуют множество семейств, новсех их объединяют общие отличительные свойства,обусловленные тем, что в их основе лежат углеводородные структуры.
По своим биологическим функциям липиды подразделяются на три основные груп-пы: 1) структурные и рецепторные компоненты мем(ран и клеточных поверхностей; 2) депо энергии; 3) «п<редатчики» биологических сигналов. Для липидсгрупп 1 и 2 характерно то, что их основным компоне1том являются жирные кислоты. В группу 3 входят ъ\тамины и стероидные гормоны, которые образукструктурно изолированную группу молекул. В эторазделе мы опишем разные типы жирных кислот и телипиды, в основе которых лежит глицерол (функциональные группы 1 и 2). В гл. 33 мы рассмотрим примеры липидов, у которых в основе их структуры лежитсфингозин (функциональные группы 1 и 2). Кроме того, будут описаны структура и функция некоторыхпростых, или «неомыляемых», липидов (функциональная группа 3).ЖИРНЫЕ КИСЛОТЫ — это длинные углеводородные цепи, несущие на одном из концов карбоксильную (—СООН) группу. Углеводороды могут быть насыщенными или частично ненасыщенными.Насыщенные жирные кислоты содержатконцевую метильную группу (—СН3), разное числометиле-новыхгрупп(—СН2—)иконцевуюкарбоксильную группу.
В зависимости от организмаих длина варьирует от С14до С22. При этом чаще всеговстречаются жирные кислоты С]6 (пальмитиновая) иС18 (стеариновая). Число атомов углерода всегдачетно для насыщенных жирных кислот наземныхрастений, бактерий и животных, но может бытьнечетным у некоторых морских организмов. Убактерий встречаются разветвленные жирные кислоты,а также гидрокси-кислоты, такие, как полимерыгидроксимасляной кислоты.Ненасыщенные жирные кислоты содержат одну(моноеновые) или более (полиеновые) двойных связей, которые почти всегда находятся в ^ис-конформации (гл. 34). Среди мононенасыщенных кислот чащевсего встречаются С|6 -(пальмитоолеиновая) и С, 8 (олеиновая) кислоты, а среди триненасыщенных —С18 (линоленовая). Жирные кислоты с более чем одной двойной связью отсутствуют у бактерий и широкораспространены у растений и животных.
Если двойная связь только одна, она всегда бывает расположенамежду углеродными атомами 9 и 10 жирной кислоты,причем за положение 1 принимается концевой атомуглерода карбоксильной группы. Другие двойные связи располагаются между атомом углерода 10 и концомцепи, несущим метильную группу; при этом междукаждой парой двойных связей находится по крайнеймере одна группа —СН2.Названия ненасыщенных жирных кислот образуются всоответствии с одной из двух используемых системнумерации углеродных атомов.
У жирных кислотуглеродные атомы нумеруют либо с СООН-(А-система нумерации), либо с СН 3 -(я-система нумерации)конца. Покажем это на конкретном примере ненасыщенной жирной кислоты:Тривиальное название: пальмитоолеиновая кислота.А-Название: 16:1Д9; это означает, что двойная связьрасположена через 9 атомов углерода от СООНгруппы.«-Название: 16:1 « — 7; это означает, что двойная связьрасположена через 7 атомов углерода от СН3-конца.Природные жирные кислоты имеют как животное,так и растительное происхождение. Животные жиры,подобные тем, что присутствуют в масле, свином сале,и т. д., — это в основном смесь насыщенных жирныхкислот (40—60%) с мононенасыщенными (30—50%), вкоторой присутствуют следовые количества полиненасыщенных жирных кислот.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
