Термины, связанные с цементом. Резервных полисахаридов

Главная --> Справочник терминов

Резервных полисахаридов Фруктозаны — резервные полисахариды некоторых растений, которые содержатся главным образом в клубнях. Одним из представите-" лей фруктозанов, структура которого достаточно хорошо изучена, является инулин земляной груши. Инулин — полимер, построенный из звеньев ангидрофруктофуранозы, связанных в положении 2->1:

(некоторые новые данные (17k,l] подтверждают это заявление). В то же время явное сходство размеров и формы синтетических дендримеров с различными биологически важными соединениями, такими, как глобулярные белки и разветвленные полисахариды, открывают некоторые возможности для использования их как моделей этих биополимеров. В самом деле, Природа давным-давно открыла и блистательно использовала функциональные возможности, заложенные в структурном типе, дизайн которого мы здесь рассматриваем. Так, резервные полисахариды, такие, как гликоген, амилопектин (компонент крахмала), декстраны или растворимый ламинаран, служащие для депонирования глюкозы у животных, растений, бактерий и бурых водорослей соответственно, построены как нерегулярные древовидные структуры из низкомолекулярных остатков D-глюкопиранозы, Благодаря своей глобулярной форме, эти биополимеры содержат огромное число сайтов (невосстанавливающих концов), одновременно доступных для атаки гидролитическими ферментами. Поэтому их ферментативный гидролиз, ведущий к освобождению глюкозы, протекает с высокой скоростью. Эта особенность критически важна в момент опасности (или иного стрессового состояния), когда организму необходима мгновенная мобилизация энергетических ресурсов.

Фруктаны — резервные полисахариды растений, состоящие из остатков D-фруктозы. Известны два типа фрукта-нов: инулин и флеан. Инулин (рис. 2) состоит примерно из 35—42 остатков D-фруктозы (до 96 %), связанных

(некоторые новые данные [17k,l] подтверждают это заявление), В то же время явное сходство размеров и формы синтетических дендримеров с различными биологически важными соединениями, такими, как глобулярные белки и разветвленные полисахариды, открывают некоторые возможности для использования их как моделей этих биополимеров. В самом деле, Природа давным-давно открыла и блистательно использовала функциональные возможности, заложенные в структурном типе, дизайн которого мы здесь рассматриваем. Так, резервные полисахариды, такие, как гликоген, амилопектин (компонент крахмала), декстраны или растворимый ламинаран, служащие для депонирования глюкозы у животных, растений, бактерий и бурых водорослей соответственно, построены как нерегулярные древовидные структуры из низкомолекулярных остатков D-глюкопиранозы, Благодаря своей глобулярной форме, эти биополимеры содержат огромное число сайтов (невосстанавливаюпдах концов), одновременно доступных для атаки гидролитическими ферментами. Поэтому их ферментативный гидролиз, ведущий к освобождению глюкозы, протекает с высокой скоростью. Эта особенность критически важна в момент опасности (или иного стрессового состояния), когда организму необходима мгновенная мобилизация энергетических ресурсов.

и по биохимическим причинам. Поскольку глюкоза — низкомолекулярное соединение, это было бы связано со значительным повышением осмотического давления в клетке и с тенденцией к легкой диффузии глюкозы наружу. Для противодействия подобным нежелательным факторам потребовалось бы создание сложных специализированных механизмов. С другой стороны, глюкоза представляет собой субстрат многих ферментативных реакций в клетке, и для ограничения ее чрезмерного расходования во время хранения клетка должна была бы располагать множественными и разнородными системами. Напротив, создание запасов энергии в форме специализированных полисахаридов (так называемые резервные полисахариды) обеспечивает живым организмам целый ряд преимуществ.

Поликонденсация моносахаридов в полисахариды сопряжена с отщеплением воды и, следовательно, со снижением молекулярной массы, отнесенной к потенциальной моносахаридной единице (для глюкозы — на 10%). Некоторая дополнительная энергия запасается в форме энергии образующихся гликозидных связей (гидролиз глико-зидов — слабоэкзотермическая реакция). Резервные полисахариды высокомолекулярны, а большинство из них нерастворимо в воде при физиологических условиях. Так что все отрицательные эффекты хранения в клетках больших количеств свободной глюкозы снимаются.

Полисахариды. В растениях полисахариды участвуют в образовании клеточной стенки (структурные полисахариды) и, кроме того, используются для создания запаса связанного углерода и энергии (резервные полисахариды). Структурные полисахариды формируют срединную пластинку, первичную и вторичные стенки, различающиеся функциональным назначением, строением и составом. Клеточная стенка является природным полимерным композиционным материалом, в котором полимерная дисперсная фаза - микрофибриллы распределена в полимерной дисперсионной среде - углеводной матрице (матриксе). Следовательно, при биосинтезе полисахаридов должна одновременно закладываться и структура клеточной стенки.

Основные резервные полисахариды водорослей включают крах-малоподобные полисахариды и ламинаран. Зеленые, красные и сине-зеленые морские водоросли, а также пресноводные водоросли содержат полисахариды типа крахмала, также состоящие из амилозы и амилопектина. Отсутствие амилозы в некоторых экстрактах может объясняться ее деструкцией при выделении в кислотных или щелочных растворах. В отличие от крахмалов растений крахмалы водорослей дают менее вязкие растворы и обладают более низкой способностью связывать иод, что указывает на меньший размер их молекул. Наличие молекул меньшего размера продемонстрировано также с помощью рентгеноструктурного анализа, который показал, что гранулы этих крахмалов имеют более простую организацию, но все еще обладают характеристиками растительных крахмалов. Крахмалы водорослей более чувствительны к действию амилолитических ферментов. Средняя длина их цепи составляет 10—19 структурных единиц; в их молекулах обнаружено небольшое число а-(1-*-3)-связей [125].

Источник скелетные полисахариды .резервные полисахариды другие функции

РЕЗЕРВНЫЕ ПОЛИСАХАРИДЫ РАСТЕНИЙ

Полисахариды морских водорослей, составляющие нередко до 80% сухого веса этих растений, по своему строению значительно отличаются от полисахаридов наземных растительных организмов. Хотя целлюлоза, участвующая в построении клеточных стенок водорослей, идентична обычной целлюлозе204, основную массу этих стенок и межклеточного веи_е:тва составляют так называемые водорослевые слизи, примером которых могут служить агар, каррагинин и альгиновая кислота. Некоторые резервные полисахариды водорослей напоминают аналогичные вещества наземных растений (флоридный крахмал205, фруктаны206), но нередко значительно отличаются от них (ламинарии).

Из резервных полисахаридов упомянем крахмал (лат. ату-lum) и гликоген. Крахмал имеет две составные части — амилозу и амилопектин; накапливается в растениях. Из-за присутствия амилозы крахмал окрашивается иодом в синий цвет. Он содержится главным образом в семенах, клубнях и корнях. Гликоген же накапливается в животных организмах; в случае необходимости он легко переводится в о-глюкозу. Гликоген сосредоточен в основном в печени. Крахмал и гликоген построены из D-ГЛКЖОЗЫ и отличаются степенью разветвленно-сти молекул. Наиболее разветвлены молекулы гликогена, меньше — амилопектина, а молекулы амилозы почти не разветвлены. Во всех трех случаях мы имеем дело с о-глюканами, в которых молекулы D-ГЛЮКОЗЫ соединены а-1,4-связями. Это, казалось бы, небольшое отличие от целлюлозы, которая является о-глюканом с 3-1,4-связями, обусловливает большое различие между свойствами целлюлозы, с одной стороны, и амилозы, амилопектина и гликогена — с другой. При разложении крахмала под действием кислот или повышенной температуры образуются декстрины, используемые для получения клеев.

Большинство полисахаридов имеет регулярную структуру полимерной цепи, позволяющую предположить, что такие цепи можно построить из повторяющихся моносахаридных или олигосахаридных звеньев. Отсюда непосредственно вытекает общая стратегия их синтеза, состоящая в полимеризации или поликонденсации подходящих мономеров с образованием межмономерных (О-глихозидных) связей между звеньями при обеспечении необходимой стерео- и региоспецифичности реакции [4а]. Именно такой была стратегия первого синтеза полисахарида 23 (схема 3.2), аналога резервных полисахаридов бактерий — декстранов [4Ь]. Эти биополимеры построены из a-D-глюкопира-нозилъных остатков, соединенных (1->6)-связями. Очевидным исходным соединением для этого синтеза могла служить D-глкжоза (24). Требовалось только найти способ достижения регио- и стереоспецифичности замыкания О-глкжо-зидной связи. План синтеза, позволивший решить эту задачу, основывался на катионной полимеризации производного 1,6- ангидро-3-О-глнжопиранозы, в котором гидроксильные группы защищены в пидс бензиловых эфиров (25).

Большинство полисахаридов имеет регулярную структуру полимерной цепи, позволяющую предположить, что такие цепи можно построить из повторяющихся моносахаридных или олигосахаридных звеньев. Отсюда непосредственно вытекает общая стратегия их синтеза, состоящая в полимеризации или поликонденсации подходящих мономеров с образованием межмономерных (О-гликозидных) связей между звеньями при обеспечении необходимой стерео- и региоспецифичности реакции [4а]. Именно такой была стратегия первого синтеза полисахарида 23 (схема 3.2), аналога резервных полисахаридов бактерий — декстранов [4Ь]. Эти биополимеры построены из a-D-глюкопира-нозильных остатков, соединенных (1-»6)-связями. Очевидным исходным соединением для этого синтеза могла служить D-глкжоза (24). Требовалось только найти способ достижения регио- и стереоспецифнчности замыкания О-глюко-зидной связи. План синтеза, позволивший решить эту задачу, основывался на катионной полимеризации производного 1,6- ангидро-р-О-глюкопиранозы, в котором гидроксильные группы защищены в виде бензиловых эфиров (25).

Для утилизации энергии резервных полисахаридов путем их расщепления до моносахаридов нужно ограниченное число специфических ферментов — полисахаридаз. Это обеспечивает организмам возможность эффективною управления поступлением свободной глюкозы, т. е. Б конечном счете расходованием запасенной энергии, как путем активации или угнетения этих ферментных систем, так и при помощи включения или блокирования биосинтеза соответствующих ферментов.

частиц.) В отличив от большинства других резервных полисахаридов гликоген хороша растворим в воде.

Полисахариды, продуцируемые грибами, составляют предмет ряда обзоров [103, 153, 154]. Из этих соединений особый интерес представляют: a-D-глюканы, например соединения, выделенные из клеточных стенок Polyporus tumulosus, которые содержат только 1,3-связанные звенья; р-глюканы, например пахиман из Porin co-cos, также состоящий из 1,3-связанных моносахаридных остатков, и лютеоза — полимер с 1,6-связанными звеньями из Penicillium luteum, а также ряд резервных полисахаридов типа ламинарана, линейных или разветвленных, содержащих 1,3-, 1,4- и 1,6-связан-ные звенья. Другим основным типом полисахаридов грибов являются D-маннаны, типичными представителями которых служат D-маннан (37) с 1,6-связанными звеньями из Saccharomyces rouxii и D-маннан с 1,2-связями из Saccharomyces cerevisiae, который содержит фосфорилированные боковые цепи [155]. D-Галактан из Penicillium charlesii (галактокаролоза) является низкомолекулярным полисахаридом, состоящим из неразветвленных цепей, которые содержат около десяти 3-( 1—»-5) -связанных остатков D-галак-тофуранозы.

Гликоген содержится в мускульной ткани и в печени. Он также принадлежит к числу резервных полисахаридов. Его относительная молекулярная масса составляет 5—15 миллионов. Гликоген по своему химическому строению напоминает крахмал, но имеет существенно большее число разветвлений, чем амилопектин. Разветвления повторяются через каждые 8—16 остатков глюкозы.

Постоянная потребность живого организма в энергии и необходимость переносить неблагоприятные условия существования приводят к тому, что в организмах создаются «запасы энергии», т. е. накапливаются вещества, способные легко расщепляться с одновременным образованием АТФ из АДФ. Одной из наиболее важных форм создания таких запасов является накопление так называемых резервных полисахаридов. Зти полисахариды состоят обычно из остатков самых распространенных моносахаридов — глюкозы и фруктозы.

Споссб выделения полисахарида; естественно, определяется его свойствами и теснейшим образом связанной с ними биологической функцией. Резкое отличие свойств скелетных полисахаридов, таких, как целлюлоза, от других биополимеров позволяет сравнительно легко получать их в чистом состоянии; в случае резервных полисахаридов, камедей и слизей выделение облегчается тем, что можно, как правило, найти источники с очень высоким содержанием полисахарида. Напротив, лабильность и невысокое содержание в источниках некоторых гликопротеинов сильно» осложняет процесс выделения.

Наиболее четко ограниченной и легко идентифицируемой группой "углеводсодержащих биополимеров является группа резервных полисахаридов. Эти соединения являются запасами питательных веществ организма. При их распаде происходит синтез АТФ, что необходимо для •осуществления жизненно важных функций организма, связанных с расходованием энергии (см. гл. 13).

Содержание резервных полисахаридов в клетках организмов сильно зависит от условий существования. При благоприятных условиях питания количество резервных полисахаридов резко повышается.

Релаксации напряжения Раскрытие трехчленного Релаксационные характеристики Релаксационных состояниях Релаксационным процессом Релаксационного максимума Рентгенография электронография Реологические уравнения Реологических уравнениях