Биохимия и молекулярная биология - Белясова Н.А. 2002

Структура и функции клеточных компонентов
Клеточные полисахариды
Резервные полисахариды

Большинство резервных полисахаридов организмов представляют собой гомополисахариды, в которых преобладают a(1→4)-гликозидные связи. Эти вещества выполняют роль источников углерода и энергии для клеток в пе­риоды голодания, поэтому их структура отвечает основному требованию — доступности для гидролитических ферментов, расщепляющих их. Молекулы преобладающих в живом мире резервных полисахаридов — крахмала и гли­когена — представляют собой рыхлые, разветвленные структуры, доступные для ферментативного расщепления в большом количестве участков.

Крахмал. Этот резервный гомополисахарид преобладает в клетках расте­ний, микроводорослей, а также имеется у некоторых бактерий. Крахмал со­стоит из двух компонентов: a-амилозы и амилопектина. a-Амилоза представляет собой полимер D-глюкозы, остатки которой соеди­нены с помощью a(1→4)-гликозидных связей. При этом в молекуле появляется большая свобода вращения вокруг связей ¹С—О и О—⁴С, и цепочка об­разует стабильную спираль с шестью остатками глюкозы на один виток. Мо­лекулы йода по своим размерам очень точно подходят к центральной полости этой спирали и образуют комплекс, обусловливающий приобретение темно­синей окраски растворами a-амилозы при иодно-крахмальном тесте.

Амилопектин состоит из цепей poly(D-глюкозы) с а(1→4)-гликозидными связями; от этих цепей отходят боковые ветви, присоединенные к основной цепи а(1→6)-гликозидными связями. Ветви представляют собой короткие цепочки а(1→4)-глюкозида и мешают основной цепи образовывать спираль. Амилопектин имеет структуру «куста» и вместе с a-амилозой образует слож­ную сеть. Молекулы амилопектина содержат сотни тысяч остатков глюко­зы — это одни из самых крупных природных молекул.

Гликоген. Этот гомополисахарид преобладает в клетках животных, гри­бов и некоторых бактерий. Его структура сильно напоминает структуру ами­лопектина, но у гликогена боковые ветви, присоединенные к основной цепи связями а(1→6)-типа, расположены значительно чаще, чем у амилопектина (рис. 5.2). У гликогена отсутствует спиральная структура. Поэтому в целом молекулы гликогена еще более разветвлены и «открыты» действию фермен­тов.

Кроме охарактеризованных выше внутриклеточных резервных полисаха­ридов, некоторые организмы (в первую очередь, бактерии и дрожжи) образу­ют внеклеточные запасные вещества, которые формируют капсулы и слизи. В большинстве случаев эти структуры состоят из полисахаридов. В качестве примера можно привести капсульные полисахариды — декстраны, образуе­мые молочнокислыми бактериями Leuconostoc mesenteroides и некоторыми видами стрептококков. Декстраны представляют собой полиглюканы, в которых преобладают а(1→6)-гликозидные связи. Цепи декстранов могут быть линейными или разветвленными по положениям 4 или 3 (штаммоспецифичный признак).

Рис. 5.2. Фрагмент молекулы гликогена

Декстраны синтезируются бактериями в условиях высокого содержания источников углерода (в первую очередь, сахарозы), а в период голодания мо­гут расщепляться внеклеточными ферментами до глюкозы, которая поступает в клетки и используется в качестве источника углерода и энергии. Показано, что капсульные полисахариды могут защищать клетки от перепадов рН, дей­ствия токсичных факторов, от кратковременного высушивания. Некоторые капсульные полисахариды (не обладающие антигенными свойствами) защи­щают патогенные микроорганизмы от фагоцитоза, повышая их вирулент­ность по отношению к животным и человеку, — явление, позволившее Гриффиту открыть трансформацию генетических признаков у пневмококков (гла­ва 1).

Капсульные полисахариды находят применение в хозяйственной деятель­ности человека. В частности, декстраны используются для получения сефадексов — молекулярных сит. Их получают в ходе образования «сшивок» ме­жду линейными цепями декстранов с применением особых агентов. Степень «сшивки» определяет размер пор и соответственно размер фракционируемых молекул. Кроме этого, декстраны широко используются в качестве замените­лей плазмы крови, в медицине для создания гидрофильного слоя на обож­женных поверхностях (для поглощения жидких экссудатов). Среди других капсульных полисахаридов, находящих применение в медицинской, пищевой (в составе пудингов, кремов, мороженого), фармацевтической промышленно­сти, получили распространение ксантаны, альгинат, пуллулан.