السكريات: الخصائص ، الهيكل ، التصنيف ، الأمثلة - مادة الاحياء - 2025

و السكريات ، وغالبا ما تسمى glycans، هي مركبات كيميائية من الوزن الجزيئي عالية شكلت أكثر من 10 وحدة من السكريات الفردية (السكريات الأحادية). بمعنى آخر ، إنها بوليمرات أحادية السكاريد مرتبطة ببعضها البعض من خلال روابط جليكوسيدية.

هذه جزيئات شائعة جدًا في الطبيعة ، حيث توجد في جميع الكائنات الحية ، حيث تؤدي مجموعة متنوعة من الوظائف ، لا يزال الكثير منها قيد الدراسة. تعتبر أكبر مصدر للموارد الطبيعية المتجددة على وجه الأرض.

هيكل السليلوز ، عديد السكاريد المتماثل (المصدر: http://www.monografias.com/trabajos46/celulosa-madera/celulosa-madera2.shtml / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa /4.0) عبر ويكيميديا ​​كومنز)

يتكون جدار الخلايا النباتية ، على سبيل المثال ، من أحد أكثر السكريات وفرة في المحيط الحيوي: السليلوز.

يتكون هذا المركب من وحدات متكررة من أحادي السكاريد يسمى الجلوكوز ، ويعمل كغذاء لآلاف الكائنات الحية الدقيقة والفطريات والحيوانات ، بالإضافة إلى وظائفه في الحفاظ على بنية النباتات.

بمرور الوقت ، تمكن الإنسان من الاستفادة من السليلوز لأغراض عملية: فهو يستخدم القطن في صناعة الملابس ، و "لب" الأشجار لصنع الورق ، وما إلى ذلك.

النشا هو أحد المصادر الرئيسية للكربون والطاقة. إنه موجود في حبوب الحبوب ، في الدرنات ، إلخ.

خصائص السكريات

- إنها جزيئات كبيرة ذات وزن جزيئي مرتفع جدًا

- تتكون بشكل أساسي من ذرات الكربون والهيدروجين والأكسجين

- هم متنوعون للغاية من الناحية الهيكلية والوظيفية

- توجد عمليا في جميع الكائنات الحية على الأرض: النباتات والحيوانات والبكتيريا والأوليات والفطريات

- بعض السكريات عالية الذوبان في الماء والبعض الآخر غير قابل للذوبان ، وهذا يعتمد عادة على وجود الفروع في بنيتها

- يعملون في تخزين الطاقة ، في الاتصالات الخلوية ، في الدعم الهيكلي للخلايا والأنسجة ، إلخ.

- يؤدي تحللها المائي عمومًا إلى إطلاق المخلفات الفردية (السكريات الأحادية)

- يمكن العثور عليها كجزء من الجزيئات الكبيرة الأكثر تعقيدًا ، مثل جزء الكربوهيدرات من العديد من البروتينات السكرية ، والشحميات السكرية ، إلخ.

بناء

كما ناقشنا في البداية ، السكريات عبارة عن بوليمرات تحتوي على أكثر من 10 بقايا سكر أو أحادي السكاريد ، والتي ترتبط معًا من خلال روابط الجلوكوزيد.

على الرغم من أنها جزيئات متنوعة للغاية (هناك مجموعة لا حصر لها من الأنواع الهيكلية المحتملة) ، فإن السكريات الأحادية الأكثر شيوعًا الموجودة في بنية عديد السكاريد هي سكريات البنتوز والسداسي ، أي السكريات المكونة من 5 و 6 ذرات كربون ، على التوالي.

تنوع

يكمن تنوع هذه الجزيئات الكبيرة في حقيقة أنه بالإضافة إلى السكريات المختلفة التي يمكن أن تتكون منها ، يمكن أن تكون كل بقايا سكر في شكلين دوريين مختلفين: فورانوز أو بيرانوز (فقط تلك السكريات التي تحتوي على 5 و 6 ذرات كربون).

علاوة على ذلك ، يمكن أن تكون روابط الجليكوسيد في التكوين α- أو β- وكما لو لم يكن ذلك كافيًا ، يمكن أن يتضمن تكوين هذه الروابط استبدال مجموعة هيدروكسيل واحدة أو أكثر (-OH) في البقايا المجاورة.

يمكن أيضًا تكوينها بواسطة السكريات ذات السلاسل المتفرعة ، والسكريات التي لا تحتوي على مجموعة هيدروكسيل واحدة أو أكثر (-OH) والسكريات التي تحتوي على أكثر من 6 ذرات كربون ، وكذلك بواسطة مشتقات مختلفة من السكريات الأحادية (شائعة أم لا).

تمثيل رسومي للسكريات الخطية والمتفرعة (المصدر: jphwang / المجال العام ، عبر ويكيميديا ​​كومنز) ، تم تعديله بواسطة راكيل بارادا بويج

تعتبر عديدات السكاريد ذات السلسلة الخطية "معبأة" بشكل أفضل في هياكل صلبة أو غير مرنة وغير قابلة للذوبان في الماء ، على عكس السكريات المتعددة المتفرعة ، والتي تكون عالية الذوبان في الماء وتشكل هياكل "فطيرة" في المحاليل المائية.

تصنيف السكريات

عادةً ما يعتمد تصنيف السكريات على حدوثها الطبيعي ، ومع ذلك ، فقد أصبح تصنيفها وفقًا لتركيبها الكيميائي أكثر شيوعًا.

يعتبر العديد من المؤلفين أن أفضل طريقة لتصنيف السكريات المتعددة تعتمد على نوع السكريات التي تتكون منها ، والتي وفقًا لها تم تحديد مجموعتين كبيرتين: عديدات السكاريد المتجانسة ومجموعة عديدات السكاريد غير المتجانسة.

عديدات السكاريد المتجانسة أو homoglycans

تشمل هذه المجموعة جميع السكريات التي تتكون من وحدات متطابقة من السكر أو السكريات الأحادية ، أي أنها بوليمرات متجانسة من نفس النوع من السكر.

أبسط عديدات السكاريد المتجانسة هي تلك ذات التشكل الخطي ، حيث ترتبط جميع بقايا السكر من خلال نفس النوع من الرابطة الكيميائية. يعتبر السليلوز مثالًا جيدًا: فهو عبارة عن عديد السكاريد يتكون من مخلفات الجلوكوز المرتبطة بواسطة روابط (1 → 4).

ومع ذلك ، هناك عديدات السكاريد المتجانسة أكثر تعقيدًا وهي تلك التي تحتوي على أكثر من نوع واحد من الروابط في سلسلة خطية ويمكن أن يكون لها فروع.

ومن أمثلة عديدات السكاريد المتجانسة الشائعة جدًا في الطبيعة السليلوز والجليكوجين والنشا ، وكلها تتكون من وحدات جلوكوز متكررة ؛ تشمل هذه المجموعة أيضًا الكيتين ، والذي يتكون من وحدات متكررة من N -acetyl-glucosamine ، وهو أحد مشتقات الجلوكوز.

ثم هناك أنواع أخرى أقل شهرة في الأدبيات ، مثل الفركتان (المكونة من وحدات الفركتوز) ، والبنتوزان (المكون من الأرابينوز أو الزيلوز) والبكتين (المكون من مشتقات حمض الجالاكتورونيك ، المشتق بدوره من الجالاكتوز).

عديدات السكاريد غير المتجانسة أو غير المتجانسة

ضمن هذه المجموعة ، من ناحية أخرى ، يتم تصنيف كل تلك السكريات التي تتكون من نوعين مختلفين أو أكثر من السكريات ، أي أنها بوليمرات غير متجانسة من سكريات مختلفة.

تتشكل أبسط عديدات السكاريد غير المتجانسة من بقايا سكر غير متشابهة (أو مشتقات السكريات) ، والتي يمكن أن تكون (1) في نفس السلسلة الخطية أو (2) تشكل سلسلة خطية رئيسية والأخرى تشكل سلاسل جانبية.

ومع ذلك ، قد يكون هناك أيضًا عديدات السكاريد غير المتجانسة المكونة من أكثر من نوعين من المخلفات شديدة التشعب أو غير السكرية.

ترتبط العديد من هذه الجزيئات بالبروتينات أو الدهون ، وتشكل البروتينات السكرية والجليكوليبيدات ، والتي توجد بكثرة في الأنسجة الحيوانية.

الأمثلة الشائعة جدًا على عديدات السكاريد غير المتجانسة هي تلك التي تشكل جزءًا من عديدات السكاريد المخاطية مثل حمض الهيالورونيك ، الموزعة على نطاق واسع بين الحيوانات وتتكون من بقايا حمض الجلوكورونيك المرتبطة بمخلفات N -acetyl-D-glucosamine.

يحتوي الغضروف ، الموجود في جميع الحيوانات الفقارية ، أيضًا على وفرة من عديدات السكاريد غير المتجانسة ، وخاصة كبريتات شوندروتن ، والتي تتكون من وحدات متكررة من حمض الجلوكورونيك و N -acetyl-D-galactosamine.

حقيقة عامة حول التسمية

تمت تسمية السكريات بمصطلح عام glycan ، لذلك تستخدم التسميات الأكثر دقة ، لإعطاء اسم ، بادئة "السكر الأبوي" والنهاية "-ano". على سبيل المثال ، يمكن تسمية عديد السكاريد المعتمد على وحدات الجلوكوز بالجلوكان.

أمثلة على السكريات

في جميع أنحاء النص ، ذكرنا الأمثلة الأكثر شيوعًا التي تمثل بلا شك هذه المجموعة الكبيرة من الجزيئات الكبيرة. بعد ذلك ، سنطور بعضًا منها أكثر قليلاً وسنذكر أخرى بنفس الأهمية.

الجليكوجين والسليلوز ، عديد السكاريد (المصدر: Sunshineconnelly at en.wikibooks / CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by/2.5) عبر Wikimedia Commons ، تم تعديله بواسطة Raquel Parada Puig)

السليلوز والكيتين

السليلوز ، بوليمر بقايا الجلوكوز ، إلى جانب الكيتين ، بوليمر بقايا N-acetyl-glucosamine ، وهو أحد أكثر البوليمرات وفرة على وجه الأرض.

جزيء الكيتين

الأول هو جزء أساسي من الجدار الذي يغطي الخلايا النباتية والأخير في جدار الخلية من الفطريات والهيكل الخارجي للمفصليات ، وهي حيوانات لا فقارية كثيرة ومتنوعة بشكل لا يصدق بما في ذلك الحشرات والحشرات. القشريات ، على سبيل المثال.

كلا عديدات السكاريد المتجانسة لهما نفس القدر من الأهمية ، ليس فقط للإنسان ، ولكن لجميع النظم البيئية في المحيط الحيوي ، حيث أنهما يشكلان جزءًا هيكليًا من الكائنات الحية الموجودة في قاعدة السلسلة الغذائية.

الجليكوجين والنشا

السكريات ، من بين وظائفها المتعددة ، تعمل كمواد احتياطي للطاقة. يتم إنتاج النشا في النباتات ويتم إنتاج الجليكوجين في الحيوانات.

كلاهما عبارة عن عديدات السكاريد المتجانسة تتكون من بقايا الجلوكوز ، والتي ترتبط من خلال روابط جليكوسيدية مختلفة ، تقدم العديد من الفروع في أنماط معقدة للغاية. بمساعدة بعض البروتينات ، يمكن لنوعين من الجزيئات تكوين حبيبات أكثر إحكاما.

النشا عبارة عن مركب يتكون من نوعين مختلفين من بوليمرات الجلوكوز: الأميلوز والأميلوبكتين. الأميلوز عبارة عن بوليمر خطي من مخلفات الجلوكوز المرتبطة بروابط α (1 → 4) ، بينما الأميلوبكتين عبارة عن بوليمر متفرع يرتبط بالأميلوز من خلال روابط α (1 → 6).

حبوب النشا في خلية البطاطس. المصدر: Ganymede / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0)

الجليكوجين ، من ناحية أخرى ، هو أيضًا بوليمر من وحدات الجلوكوز المرتبطة بسندات α (1 → 4) ومع العديد من الفروع المتصلة بواسطة روابط α (1 → 6). هذا يحتوي على عدد من الفروع أعلى بكثير من النشا.

هيكل الجليكوجين

الهيبارين

الهيبارين هو جليكوزامينوجليكان مرتبط بمجموعات الكبريتات. وهو عبارة عن عديد السكاريد غير المتجانسة يتكون من وحدات حمض الجلوكورونيك ، وكثير منها مؤسترة ، ووحدات كبريتات N -glucosamine التي تحتوي على مجموعة كبريتات إضافية على 6 كربون مرتبطة بواسطة روابط α (1 → 4).

هيكل الهيبارين. مصدر الصورة: Jü / CC0

يشيع استخدام هذا المركب كمضاد للتخثر ، وعادة ما يوصف لعلاج النوبات القلبية والذبحة الصدرية غير المستقرة.

السكريات الأخرى

تنتج النباتات العديد من المواد الغنية بالسكريات غير المتجانسة المعقدة ، بما في ذلك اللثة وغيرها من المركبات اللاصقة أو المستحلب. غالبًا ما تكون هذه المواد غنية ببوليمرات حمض الجلوكورونيك والسكريات الأخرى.

تنتج البكتيريا أيضًا عديدات السكاريد غير المتجانسة والتي ، في كثير من الأحيان ، تطلق في البيئة المحيطة بها ، ولهذا السبب تُعرف باسم عديدات السكاريد الخارجية.

يتم استخدام العديد من هذه المواد كعوامل هلامية في صناعة الأغذية ، وخاصة تلك التي يتم تصنيعها بواسطة بكتيريا حمض اللاكتيك.

المراجع

1. De Vuyst، L.، & Degeest، B. (1999). عديدات السكاريد المتجانسة من بكتيريا حمض اللاكتيك. مراجعات علم الأحياء الدقيقة FEMS، 23 (2) ، 153-177.
2. أسبينال ، اذهب (محرر). (2014). السكريات. الصحافة الأكاديمية.
3. محررو Encyclopaedia Britannica (2019). موسوعة بريتانيكا. تم الاسترجاع في 18 أبريل 2020 ، من www.britannica.com/science/polysaccharide
4. ديش ، زكابياس (1955). السكريات في السكريات. في طرق التحليل البيوكيميائي (المجلد 2 ، ص 313-358). Interscience نيويورك.
5. براون جونيور ، RM (2004). بنية السليلوز والتخليق الحيوي: ما الذي يخبئه القرن الحادي والعشرين؟ مجلة علوم البوليمر الجزء أ: كيمياء البوليمر ، 42 (3) ، 487-495.
6. روتش ، بي جيه (2002). الجليكوجين والتمثيل الغذائي الخاص به. الطب الجزيئي الحالي ، 2 (2) ، 101-120. Al of Polymer Science Part A: Polymer Chemistry، 42 (3)، 487-495.