Polisaharidi: zgradba, vrste in funkcije (škrob, glikogen, celuloza)

Polisaharidi so relativno bolj kompleksni ogljikovi hidrati. So polimeri, sestavljeni iz številnih monosaharidov in običajno tvorijo zelo velike, pogosto razvejane molekule. Večina polisaharidov je po naravi amorfna, netopna v vodi in nima sladkega okusa.

Zgradba

Osnovna enota polisaharida je monosaharid (npr. glukoza). Monosaharidi se med seboj povezujejo z glikozidnimi vezmi (npr. α- ali β-vezami), kar močno vpliva na lastnosti nastalega polimera:

• α-glikozidne vezi (npr. α(1→4) ali α(1→6)) vodi do struktur, kot sta škrob in glikogen, ki so lahko topne/delno topne in prebavljive za številne organizme.
• β-glikozidne vezi (npr. β(1→4)) tvorijo linearne, trdne verige, kot je celuloza, ki omogočajo nastanek vodikovih vezi med verigami in posledično visoko mehansko trdnost.

Kadar so vsi sestavni monosaharidi iste vrste, jih imenujemo homopolisaharidi; kadar je prisotnih več vrst monosaharidov, jih imenujemo heteropolisaharidi.

Vrste polisaharidov

Glede na funkcijo in zgradbo ločimo več skupin:

• Skladiščni polisaharidi – shranjujejo energijo (npr. škrob v rastlinah, glikogen v živalih).
• Strukturni polisaharidi – zagotavljajo podporo in trdnost (npr. celuloza v rastlinskih celičnih stenah, hitin v oklepu členonožcev in celičnih stenah nekaterih gliv).
• Eksopolisaharidi in polisaharidni matriksi – bakterijske kapsule, biofilm, polisaharidi v medceličnini živalskih tkiv (npr. hialuronska kislina).
• Glikozaminoglikani (GAG) – dolge linearne heteropolisaharidne verige (npr. heparin, kondroitin sulfat), pomembne v vezivnem tkivu in pri signalizaciji.

Primeri in značilnosti

• Škrob: sestavljen iz dveh frakcij — amiloz (večinoma linearna, α(1→4)) in amilopektina (razvejana z α(1→6) vejami). Škrob služi kot rastlinsko skladišče energije. Pri testu z jodom se škrob obarva modro-črno.
• Glikogen: zelo močno razvejan polisaharid iz glukoze (α(1→4) verige s številnimi α(1→6) vejami). Najden je v jetrih in mišicah živali, omogoča hitro sproščanje glukoze.
• Celuloza: linearne β(1→4)-povezave glukoze tvorijo močne mikrofibrile. Celuloze ljudje ne moremo prebaviti (nimamo encima celulaza), vendar je pomembna kot prehranska vlaknina za prebavni trakt.
• Hitin: homopolimer N-acetilglukozamina z β(1→4) vezmi; gradbeni material v oklepih členonožcev in celičnih stenah nekaterih gliv.

Funkcije v naravi in organizmih

• Skladiščenje energije — polisaharidi omogočajo kompaktno shranjevanje glukoze za kasnejšo uporabo (škrob, glikogen).
• Strukturna podpora — celuloza, hitin in drugi strukturalni polisaharidi vzdržujejo obliko in trdnost celic ter tkiv.
• Zaščita in pregrade — polisaharidne kapsule bakterij ščitijo pred izsušitvijo in imunskim sistemom.
• Medcelična komunikacija in mazanje — npr. hialuronska kislina v sklepih in v medcelični snovi.
• Prehranska vlaknina — neprebavljivi polisaharidi izboljšujejo peristaltiko črevesja in vplivajo na mikrobno floro.

Sinteza, razgradnja in encimi

Polisaharidi nastajajo z encimsko polimerizacijo monosaharidov (npr. škrob sintetizira starch synthase, glikogen pa glycogen synthase). Razgradnjo vodijo različni encimi:

• Amilaze (v sline in trebušni slinavki) delno hidrolizirajo škrob.
• Glikogen fosforilaza katalizira sproščanje glukoze iz glikogena.
• Celulaze razgrajujejo celulozo (prisotne pri nekaterih mikroorganizmih in živalih s simbiotično floro).

Analiza in testi

• Jodov test — hitra preizkušnja za prisotnost škroba (modra/črna obarvanost).
• Enzimski testi in hidroliza — za določanje sestave po razgradnji na monosaharide.
• Kromatografija, spektrometrija mase in NMR — napredne metode za strukturalno analizo in določanje stopnje razvejanosti ter molekulske teže.

Uporabnost v industriji in medicini

Polisaharidi imajo široko uporabo: v prehrambeni industriji kot zgoščevalci in stabilizatorji (škrob, pektin), v farmaciji kot nosilci zdravil in v medicini (hialuron za sklepe, sterilni polimeri), v tekstilni industriji in pri proizvodnji bioplastike ter bioetanola. Biopolimeri so tudi predmet raziskav za razvoj biokompatibilnih materialov in zdravilnih nanosistemov.

Povzetek

Polisaharidi so raznolika skupina velikih polisaharidnih molekul, ključne za shranjevanje energije, strukturno podporo, zaščito in medcelično komunikacijo. Njihove lastnosti določata vrsta monosaharidov, tip in smer glikozidnih vezi ter stopnja razvejanosti. Zaradi biološke pomembnosti in praktičnih lastnosti imajo polisaharidi veliko vlogo v biologiji, medicini in industriji.

Išči po črki