Polüsahhariidid — definitsioon, struktuur, tüübid ja näited

Polüsahhariidid on keerukamad ained rühmasse kuuluvatest süsivesikutest. Need on bioloogiliselt olulised polümeerid, mis koosnevad paljudest monosahhariididest ühendatud glükosiidsidemetega. Polüsahhariidid on sageli väga suured ja võivad olla tugevalt hargnenud või lineaarsed; nende molekulmass võib ulatuda tuhandetest kuni miljoniteni daltoniteni. Paljudel juhtudel on need suured molekulid osaliselt molekulidest moodustunud amorfsetest ja osalt kristallilistest piirkondadest.

Struktuur ja keemia

Polüsahhariidide struktuuri määravad peamiselt monomeeri tüüp (nt glükoos, fruktoos), glükosiidsidemete tüüp (näiteks α- või β-link) ning hargnemise aste. Näited olulistest sidemetest:

• α-1,4- ja α-1,6-glükosiidsidemed – tavalised tärklise ja glükogeeni puhul (hargnemine toimub α-1,6 kaudu);
• β-1,4-glükosiidsidemed – iseloomulikud tselluloosile, mis annab tugeva, vastupidava struktuuri taimede rakuseintele.

Struktuuri seosed määravad ka ühendi omadused: hargnemine annab suurema lahustuvuse ja kergema lagundatavuse ensüümide poolt, samas kui lineaarsed, tihedalt pakitud ahelad võivad moodustada tugevad kristallilised piirkonnad ja olla vees halvemini lahustuvad.

Tüübid

Polüsahhariidid jagunevad laias plaanis kaheks:

• Homopolüsahhariidid – koosnevad ühe tüüpi monosahhariidist (näiteks polümeerid ainult α-D-glükoosist). Neist levinud näited on ladustavad polüsahhariidid nagu tärklis ja glükogeen, ning struktuursed polüsahhariidid nagu tselluloos ja kitiin.
• Heteropolüsahhariidid – koosnevad mitmest erinevast monosahhariidist või nende derivaatidest. Näiteks rakuseina ja ekstratsellulaarse maatriksi komponendid (peptidoglükaanid, glükosaminoglükaanid) ning teised biopolümeerid nagu agar, alginaat ja hepariinsarnased ained.

Funktsioonid ja näited

• Ladustamine: Taimedes ja mõnedes mikroorganismides koguneb energia kujul tärklis (koosneb amyloosist ja amylopektiinist). Loomadel ja inimestel on energiareserviks glükogeen, mis on tugevasti hargnenud ja kiiresti mobiliseeritav.
• Struktuur: Tselluloos loob taimede rakuseina jäigad fibrillid; kitiin on putukate ja paljude seente kestade peamine komponent.
• Ekstratsellulaarne maatriks ja sidekude: Glükosaminoglükaanid (näiteks hüaluroonhape), proteoglükaanid ja muud heteropolüsahhariidid aitavad säilitada koe niiskust, paindlikkust ja mehhaanilisi omadusi.
• Mikroobide ja tööstuse rakendused: Bakteriaalne dextran, agar ja karraageen on toiduainetes ja biotehnoloogias paksendajatena ja geelistajatena olulised.

Omadused, lagundamine ja analüüs

Paljud suured polüsahhariidid on amorfsed ja kõrge molekulmassiga ained on sageli vees vähe lahustuvad (lahustumatud), kuid paljud teised polüsahhariidid (näiteks inuliin, dekstran) on vees hästi lahustuvad ja moodustavad viskoosseid lahuseid või geele. Lagunemine organismis sõltub spetsiifilistest ensüümidest: amülaas hüdrolüüsib tärklist, glükogeeni lagundavad glükogeeni‑fosforülaas ja teised ensüümid, tsellulaasi tasandil lõhustab tselluloosi, kitiina lõhustab kitiinaas.

Analüütilised meetodid polüsahhariidide uurimiseks hõlmavad keemilist hüdrolüüsi ja monosahhariidide tuvastamist, kromatograafiat, mass-spektromeetriat, NMR-spektroskoopiat ja röntgendifraktsiooni (kristallilisuse määramiseks). Lihtsad kiired katsed: joodi‑test tärklise tuvastamiseks ja Benedicti reagent'i test redutseerivate suhkrujääkide leidmiseks pärast hüdrolüüsi.

Rakendused

Polüsahhariide kasutatakse laialdaselt toiduainetööstuses (paksendajad, stabilisaatorid), farmaatsias (tabletipõhjad, ravimite vabastus), meditsiinis (haavakatted, kudede maatriksid), biotehnoloogias (fermentatsiooni toetus) ja materjaliteaduses (biolagunevad plastikud, komposiidid). Bioloogiline mitmekesisus ja keemiliselt muudetavad rühmad teevad neist paindlikud ja sageli keskkonnasõbralikumad alternatiivid sünteetilistele polümeeridele.

Kokkuvõte: Polüsahhariidid on mitmekülgsed ja bioloogiliselt olulised süsivesikud, mis võivad toimida energiaallikana, pakkuda struktuuri ning omada arvukaid tööstuslikke ja meditsiinilisi rakendusi. Nende omadused sõltuvad peamiselt monomeeridest, sidemetest ja ahela arhitektuurist.

Otsing