HETEROPOLYSACCHARIDE: EIGENSCHAFTEN, STRUKTUR, FUNKTIONEN - BIOLOGIE - 2025

Die Heteropolysaccharide oder Heteroglycane sind eine Gruppe komplexer Kohlenhydrate, die in die Gruppe der Polysaccharide eingeteilt sind, einschließlich aller Kohlenhydrate, die aus mehr als 10 Monosaccharideinheiten verschiedener Zuckertypen bestehen.

Die meisten der in der Natur synthetisierten Heteropolysaccharide enthalten üblicherweise nur zwei verschiedene Monosaccharide. Inzwischen besitzen synthetische Heteropolysaccharide im Allgemeinen drei oder mehr verschiedene Monosaccharideinheiten.

Beispiel der Grundeinheit eines Heteropolysaccharids (Quelle: Ccostell via Wikimedia Commons)

Heteropolysaccharide sind Makromoleküle, die wesentliche Funktionen für das Leben erfüllen. Sie bestehen aus mehreren verschiedenen Zuckermonomeren (Monosacchariden), die wiederholt durch glykosidische Bindungen verschiedener Typen miteinander verbunden sind.

Zu den komplexen Kohlenhydraten, die in der Natur am häufigsten vorkommen, gehören Hemicellulose, Pektine und Agar-Agar, und die meisten davon sind Polysaccharide von kommerziellem Interesse für die Lebensmittelindustrie.

Im medizinischen Kontext waren die am meisten untersuchten Heteropolysaccharide diejenigen des Bindegewebes, diejenigen der Blutgruppen, diejenigen, die mit Glykoproteinen wie γ-Globulin und Glykolipiden assoziiert sind, die Neuronen im Zentralnervensystem beschichten.

Im Laufe der Jahre und mit wissenschaftlichen Fortschritten wurden verschiedene Techniken zur Untersuchung von Heteropolysacchariden entwickelt, die im Allgemeinen ihre Zersetzung in ihre Monosaccharidbestandteile und ihre individuelle Analyse beinhalten.

Diese Trenntechniken sind für jedes Kohlenhydrat unterschiedlich und hängen von den physikalischen und chemischen Eigenschaften jedes Kohlenhydrats ab. Die Chromatographie ist jedoch die am weitesten verbreitete Technik zur Analyse von Heteropolysacchariden.

Eigenschaften und Struktur

Heteropolysaccharide sind lineare oder verzweigte Polymere, die aus sich wiederholenden Einheiten von zwei oder mehr verschiedenen Monosacchariden bestehen. Es muss berücksichtigt werden, dass diese Monosaccharide im gleichen Verhältnis sein können oder nicht.

Heteropolysaccharide haben komplexe Strukturen mit einer allgemein verzweigten Topologie und in ihrem nativen Zustand eine asymmetrische und etwas amorphe Morphologie.

Die Wiederholungseinheiten, aus denen Heteropolysaccharide bestehen (Monosaccharide, Disaccharide oder Oligosaccharide), sind durch α- oder β-Glucosidbindungen miteinander verbunden. In diesen Einheiten ist es üblich, Modifikationen oder Substitutionen wie Methyl- und Acetylgruppen und andere zu beobachten, insbesondere in den Zweigen.

Darüber hinaus kann die Assoziation bestimmter Moleküle mit Heteropolysacchariden diesen eine Nettoladung verleihen, die in verschiedenen Zelltypen wichtige physiologische Funktionen hat.

Bakterienkohlenhydrate

Mikrobielle Heteropolysaccharide bestehen aus sich wiederholenden Einheiten von drei bis acht Monosacchariden, die linear oder verzweigt sein können. Sie bestehen im Allgemeinen aus den Monosacchariden D-Glucose, D-Galactose und L-Rhamnose in unterschiedlichen Anteilen.

Mit Glycerin und anderen substituierte Fucose, Mannose, Ribose, Fructose, Monosaccharide und Monosaccharide können erhalten werden, wenn auch in geringerem Umfang.

Eigenschaften

Typischerweise fungieren Heteropolysaccharide als extrazelluläre Träger für Organismen aller Königreiche, von Bakterien bis hin zu Menschen. Diese Zucker sind zusammen mit faserigen Proteinen die wichtigsten Bestandteile der extrazellulären Matrix bei Tieren und der Zwischenschicht in Pflanzen.

Heteropolysaccharide werden häufig in Verbindung mit Proteinen gefunden, um Proteoglycane, Glycosaminoglycane und sogar Mucopolysaccharide zu bilden. Diese erfüllen verschiedene Funktionen, von der Regulierung der Wasseraufnahme über die Funktion als zellulärer "Zement" bis hin zur Funktion als biologisches Schmiermittel.

Heteropolysaccharide in Bindegeweben haben Säuregruppen in ihren Strukturen. Diese wirken als Brücken zwischen den Wassermolekülen und den Metallionen. Das häufigste Heteropolysaccharid in diesen Geweben ist Uronsäure mit sulfatierten Substitutionen.

Proteoglykane können als Strukturelemente der Plasmamembran gefunden werden, die als Corezeptoren bei der Aufnahme von Reizen auf der Oberfläche der Zellmembran wirken und interne Reaktionsmechanismen stimulieren.

Globuline sind Glykoproteine, die Teil des Immunsystems vieler Tiere sind und ihr Erkennungssystem auf dem Teil der Heteropolysaccharide basieren, den sie in ihrer äußersten Schicht haben.

Heparine haben gerinnungshemmende Funktionen und sind Mucoglacane, die Disaccharide mit sulfatierten Substituenten verwenden, um ihre negative Ladung zu verringern und die Vereinigung zwischen Thrombin und Blutplättchen zu stören, was wiederum die Bindung von Antithrombinen und inaktivierenden Prothrombinen fördert.

Beispiele

Hemicellulose

Dieser Begriff umfasst eine Gruppe von Heteropolysacchariden, die Monosaccharide wie Glucose, Xylose, Mannose, Arabinose, Galactose und verschiedene Uronsäuren in ihrer Struktur enthalten. Die gebräuchlichsten Strukturen sind jedoch lineare Polymere von Xylanen und Xyloglykanen, die durch β-1,4-Bindungen verbunden sind.

Diese Heteropolysaccharide kommen in der Zellwand von Pflanzen sehr häufig vor. Sie sind auch in konzentrierten alkalischen Lösungen löslich und einige Typen entwickeln eine fibrilläre Form, in der sie als Zementierungsmittel in Pflanzengewebe wirken.

Pektin

Pektine sind Polysaccharide der mittleren Schicht zwischen Zellwänden primären Ursprungs in Pflanzen. Seine Hauptkomponente ist D-Galacturonsäure, die durch eine α-D-1,4-Bindung verbunden ist, in der einige Carboxyle mit Methylgruppen verestert werden können.

Diese Art von Zucker hat die Fähigkeit, in Kontakt mit Methylestern und anderen Zuckern wie Galactose, Rabbinose und Rhamnose leicht zu polymerisieren. Sie werden in der Lebensmittelindustrie häufig verwendet, um einigen Produkten wie Marmeladen, Kompotten und zuckerhaltigem Gummi Festigkeit zu verleihen.

Heparin

Es ist ein Antikoagulans, das im Blut und in verschiedenen Organen wie Lunge, Niere, Leber und Milz von Tieren produziert wird. Es besteht aus 12 bis 50 Wiederholungen von D-Glucuronsäure oder L-Iduronsäure und N-Acetyl-D-Glucosamin. Heparine sind Polysaccharide vom Glycosaminoglycan-Typ mit einer starken negativen Ladung.

Heparine sind von großer industrieller Bedeutung und werden künstlich aus der Gentechnik in Bakterien oder natürlich aus der Lunge von Rindern oder der Darmschleimhaut von Schweinen gewonnen.

Hyaluronsäure

Dies ist eines der in der ästhetischen Industrie am häufigsten verwendeten Arzneimittel als Schmiermittel aufgrund seiner viskosen, elastischen und rheologischen Eigenschaften. Es wird als Augenschmiermittel, als Stoßdämpfer in den Gelenken und zur Verzögerung von Alterungsprozessen verwendet, da es die Aktivität von Zellen im Zellzyklus verringert.

Es ist ein Polymer, das zur Gruppe der Glycosaminoglycane gehört und aus D-Glucuronsäure und N-Acetyl-D-Glucosamin besteht, die durch eine β-1,3-Bindung miteinander verbunden sind. Es kommt in fast allen prokaryotischen und eukaryotischen Zellen vor, insbesondere im Bindegewebe und in der Haut von Tieren.

Verweise

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