Polissacarideo
Polissacáridos ( / ˌ p ɒ l i s Æ k ə r aɪ d / ) são polímeros de hidratos de carbono moléculas compostas de cadeias longas de monossacaricas unidades ligadas entre si por ligaes glicosicas , e a hidrólise dar os constituintes monossacáridos ou oligossacáridos . Eles variam em estrutura de linear a altamente ramificada. Exemplos incluem polissacarídeos de armazenamento, como amido e glicogênio , e polissacarídeos estruturais, comocelulose e quitina .
Os polissacarídeos são muitas vezes bastante heterogêneos, contendo ligeiras modificações da unidade de repetição. Dependendo da estrutura, essas macromoléculas podem ter propriedades distintas de seus blocos de construção de monossacarídeos. Eles podem ser amorfos ou mesmo insolúveis em água. Quando todos os monossacarídeos em um polissacarídeo são do mesmo tipo, o polissacarídeo é chamado de homopolissacarídeo ou homoglicano , mas quando mais de um tipo de monossacarídeo está presente, eles são chamados heteropolissacarídeos ou heteroglycans .Sacarídeos naturais são geralmente de carboidratos simples chamados monossacarídeos com fórmula geral (CH 2 O) n onde n é três ou mais. Exemplos de monossacarídeos são glicose , frutose e gliceraldeído . Os polissacarídeos, por sua vez, tem uma fmula geral de C x (H 2 O) y , onde x é geralmente um grande número entre 200 e 2500. Quando as unidades que se repetem na estrutura polimérica são monossacáridos de seis carbonos, tal como é muitas vezes o caso, a fórmula geral simplifica para (C 6 H 10 O5 ) n , onde tipicamente 40 < n < 3000.
Como regra geral, os polissacáridos contêm mais do que dez unidades monossacarídicas, enquanto os oligossacáridos contêm três a dez unidades monossacarídicas; mas o corte preciso varia um pouco de acordo com a convenção. Os polissacarídeos são uma classe importante de polímeros biológicos . Sua função nos organismos vivos é geralmente relacionada à estrutura ou ao armazenamento. O amido (um polímero de glicose) é usado como um polissacarídeo de armazenamento em plantas, sendo encontrado na forma de amilose e amilopectina ramificada . Em animais, o polímero de glicose estruturalmente semelhante é o glicogênio mais densamente ramificado, às vezes chamado de "amido animal". As propriedades do glicogênio permitem que ele seja metabolizado mais rapidamente, o que se adapta à vida ativa dos animais em movimento.
Celulose e quitina são exemplos de polissacarídeos estruturais. A celulose é usada nas paredes celulares de plantas e outros organismos, e é considerada a molécula orgânica mais abundante na Terra. Ele tem muitos usos, como um papel significativo nas indústrias de papel e têxtil, e é usado como matéria-prima para a produção de rayon (via processo de viscose ), acetato de celulose, celulóide e nitrocelulose. A quitina tem estrutura semelhante, mas possui ramificações laterais contendo nitrogênio , aumentando sua resistência. É encontrado em exoesqueletos de artrópodes e nas paredes celulares de alguns fungos. Ele também tem vários usos, incluindo threads cirúrgicos . Os polissacáridos incluem também callose ou laminarina , crisolaminarina , xilano , arabinoxilano , manano , fucoidano e galactomanano .
Função
Estrutura
Polissacarídeos de nutrição são fontes comuns de energia. Muitos organismos podem facilmente decompor os amidos em glicose; no entanto, a maioria dos organismos não pode metabolizar celulose ou outros polissacarídeos como quitina e arabinoxilanos . Esses tipos de carboidratos podem ser metabolizados por algumas bactérias e protistas. Ruminantes e cupins , por exemplo, usam microorganismos para processar celulose .
Mesmo que esses polissacarídeos complexos não sejam muito digeríveis, eles fornecem elementos dietéticos importantes para os seres humanos. Chamado de fibra dietética , esses carboidratos melhoram a digestão entre outros benefícios. A principal ação da fibra dietética é alterar a natureza do conteúdo do trato gastrointestinal e mudar a forma como outros nutrientes e substâncias químicas são absorvidos. A fibra solúvel se liga aos ácidos biliares no intestino delgado, tornando-os menos propensos a entrar no corpo; isso, por sua vez, reduz os níveis de colesterol no sangue. A fibra solúvel também atenua a absorção de açúcar, reduz a resposta de açúcar após comer, normaliza os níveis de lipídios no sangue e, uma vez fermentada no cólon, produz ácidos graxos de cadeia curta como subprodutos com atividades fisiológicas abrangentes (discussão abaixo). Embora a fibra insolúvel esteja associada à redução do risco de diabetes, o mecanismo pelo qual isso ocorre é desconhecido.Ainda não proposta formalmente como um macronutriente essencial (a partir de 2005), a fibra dietética é, no entanto, considerada importante para a dieta, com autoridades reguladoras em muitos países desenvolvidos recomendando aumentos no consumo de fibras.
Polissacarídeos de armazenamento
Amido
O amido é um polímero de glicose no qual as unidades de glucopiranose são ligadas por ligações alfa . É composto de uma mistura de amilose (15-20%) e amilopectina (80-85%). A amilose consiste de uma cadeia linear de várias centenas de moléculas de glicose e a Amilopectina é uma molécula ramificada composta de vários milhares de unidades de glicose (cada cadeia de 24-30 unidades de glicose é uma unidade de Amilopectina). Os amidos são insolúveis em água . Eles podem ser digeridos pela quebra das ligações alfa (ligações glicosídicas). Tanto humanos como outros animais têm amilases, para que possam digerir os amidos. Batata , arroz ,trigo e milho são as principais fontes de amido na dieta humana. As formações de amidos são as formas pelas quais as plantas armazenam glicose .
Glicogênio
O glicogênio serve como o armazenamento secundário de energia a longo prazo em células animais e fúngicas , com os armazenamentos primários de energia sendo mantidos no tecido adiposo . O glicogênio é produzido principalmente pelo fígado e pelos músculos , mas também pode ser produzido pela glicogênese no cérebro e no estômago .
Glicogênio é análogo ao amido , um polímero de glicose em plantas , e é algumas vezes referido como amido animal , tendo uma estrutura similar à amilopectina, mas mais extensivamente ramificado e compacto que o amido. O glicogênio é um polímero de ligações glicosídicas α (1 → 4) ligadas, com ramificações ligadas a α (1 → 6). O glicogênio é encontrado na forma de grânulos no citosol / citoplasma em muitos tipos de células , e desempenha um papel importante no ciclo da glicose . O glicogênio forma uma energiareserva que pode ser rapidamente mobilizada para atender a uma necessidade súbita de glicose, mas que é menos compacta e mais imediatamente disponível como reserva de energia do que os triglicérides (lipídios).Nos hepatócitos do fígado , o glicogênio pode compor até oito por cento (100-120 g em um adulto) do peso fresco logo após uma refeição. Apenas o glicogênio armazenado no fígado pode ser disponibilizado para outros órgãos. Nos músculos , o glicogênio é encontrado em uma baixa concentração de um a dois por cento da massa muscular. A quantidade de glicogênio armazenada no corpo - especialmente nos músculos , fígado e hemácias - varia com atividade física, taxa metabólica basal e hábitos alimentares, como jejum intermitente . Pequenas quantidades de glicogênio são encontradas norins e quantidades ainda menores em certas células da glia no cérebro e glóbulos brancos . O útero também armazena glicogênio durante a gravidez, para nutrir o embrião.
O glicogênio é composto por uma cadeia ramificada de resíduos de glicose. É armazenado no fígado e nos músculos.
É uma reserva de energia para animais.
É a principal forma de carboidrato armazenada no corpo animal.
É insolúvel em água. Acontece marrom-vermelho quando misturado com iodo.
Também produz glicose na hidrólise .
Polissacarídeos estruturais
Arabinoxylans
Os arabinoxilanos são encontrados nas paredes celulares primárias e secundárias das plantas e são os copolímeros de dois açúcares: arabinose e xilose . Eles também podem ter efeitos benéficos sobre a saúde humana.
Celulose
Os componentes estruturais das plantas são formados principalmente a partir de celulose . A madeira é em grande parte celulose e lignina , enquanto o papel e o algodão são celulose quase pura. A celulose é um polímero feito com unidades de glicose repetidas ligadas por ligações beta . Os seres humanos e muitos animais não possuem uma enzima para romper as ligações beta , de modo que não digerem a celulose. Certos animais, como cupinspode digerir a celulose, porque as bactérias que possuem a enzima estão presentes em seu intestino. A celulose é insolúvel em água. Não muda de cor quando misturado com iodo. Na hidrólise, produz glicose. É o carboidrato mais abundante na natureza.
Chitin
A quitina é um dos muitos polímeros que ocorrem naturalmente . Forma um componente estrutural de muitos animais, como exoesqueletos . Com o tempo, é biodegradável no ambiente natural. Sua decomposição pode ser catalisada por enzimas denominadas quitinases , secretadas por microorganismos, como bactérias e fungos , e produzidas por algumas plantas. Alguns desses microrganismos possuem receptores para açúcares simples a partir da decomposição da quitina. Se a quitina é detectada, eles então produzem enzimas para digeri-lo, clivando as ligações glicosídicasa fim de convertê-lo em açúcares simples e amônia .
Quimicamente, a quitina está intimamente relacionada com a quitosana (um derivado mais solúvel em água da quitina). Também está intimamente relacionado à celulose , pois é uma longa cadeia não ramificada de derivados de glicose . Ambos os materiais contribuem com estrutura e força, protegendo o organismo.
Pectinas
As pectinas são uma família de polissacarídeos complexos que contêm resíduos de ácido α-D-galactosil-urônico ligados por 1,4. Eles estão presentes na maioria das paredes celulares primárias e nas partes não-lenhosas das plantas terrestres.
Polissacarídeos Ácidos
Os polissacáridos ácidos são polissacáridos que contêm grupos carboxilo , grupos fosfato e / ou grupos éster sulfúrico .
Polissacarídeos capsulares bacterianos
Bactérias patogênicas geralmente produzem uma camada espessa de polissacarídeo semelhante à mucosa. Esta "cápsula" envolve proteínas antigênicas na superfície bacteriana que, de outro modo, provocariam uma resposta imune e, assim, levariam à destruição das bactérias. Os polissacarídeos capsulares são solúveis em água, comumente ácidos, e possuem pesos moleculares da ordem de 100 a 2000 kDa . São lineares e consistem na repetição regular de subunidades de um a seis monossacarídeos . Existe uma enorme diversidade estrutural; quase duzentos diferentes polissacarídeos são produzidos apenas por E. coli . Misturas de polissacarídeos capsulares conjugados ou nativos são utilizadasvacinas .
Bactérias e muitos outros micróbios, incluindo fungos e algas , muitas vezes secretam polissacarídeos para ajudá-los a aderir às superfícies e evitar que sequem. Os seres humanos desenvolveram alguns desses polissacarídeos em produtos úteis, incluindo goma xantana , dextrana , goma de solda , goma gelana , goma diutana e pululana .
A maioria destes polissacáridos exibe propriedades visco-elásticas úteis quando dissolvidos em água a níveis muito baixos. Isso faz com que vários líquidos sejam usados na vida cotidiana, como alguns alimentos, loções, produtos de limpeza e tintas, viscosos quando estacionários, mas muito mais fluidos quando se aplica um leve cisalhamento ao mexer ou sacudir, derramar, limpar ou escovar. Esta propriedade é denominada pseudoplasticidade ou afinamento por cisalhamento ; o estudo de tais assuntos é chamado de reologia .
Viscosidade da goma de Welan
Taxa de cisalhamento (rpm) Viscosidade (cP)
0,3 23,330
0,5 16.000
1 11.000
2 5500
4 3250
5 2900
10 1700
20 900
50 520
100 310
As soluções aquosas do polissacarídeo sozinhas têm um comportamento curioso quando agitadas: após a cessação da agitação, a solução inicialmente continua a agitar devido ao momento, depois diminui a velocidade devido à viscosidade e inverte a direção brevemente antes de parar. Este recuo deve-se ao efeito elástico das cadeias polissacarídicas, previamente esticadas em solução, retornando ao seu estado relaxado.
Polissacarídeos de superfície celular desempenham diversos papéis na ecologia bacteriana e na fisiologia . Eles servem como uma barreira entre a parede celular e o ambiente, medeiam interações hospedeiro-patógeno e formam componentes estruturais de biofilmes . Esses polissacarídeos são sintetizados a partir de precursores ativados por nucleotídeos (chamados açúcares nucleotídicos ) e, na maioria dos casos, todas as enzimas necessárias para a biossíntese, montagem e transporte do polímero completo são codificadas por genes organizados em aglomerados dedicados dentro do genoma do organismo . Lipopolissacarídeoé um dos mais importantes polissacarídeos da superfície celular, pois desempenha um papel estrutural fundamental na integridade da membrana externa, além de ser um importante mediador das interações patógeno-hospedeiro.
As enzimas que formam os antigénios O da banda A (homopolimérica) e da banda B (heteropolimérica) foram identificadas e as vias metabólicas definidas. O alginato exopolissacarídeo é um copolímero linear de ácido D-manurônico ligado a β-1,4 e resíduos de ácido L-gulurônico, e é responsável pelo fenótipo mucoide da doença de fibrose cística em estágio avançado. Os loci pel e psl são dois agrupamentos de genes recentemente descobertos que também codificam exopolissacarídeos considerados importantes para a formação de biofilme. O ramnolipídeo é um biossurfactante cuja produção é rigidamente regulada na transcriçãonível, mas o papel preciso que desempenha na doença não é bem compreendido no momento. A glicosilação de proteínas , particularmente de pilina e flagelina , tornou-se um foco de pesquisa por vários grupos a partir de 2007, e tem se mostrado importante para a adesão e invasão durante a infecção bacteriana.
Testes de identificação química para polissacarídeos
Ácido Periódico-Schiff Stain (PAS)
Os polissacáridos com dióis vicinais desprotegidos ou açúcares amino (isto é, alguns grupos OH substituídos por amina) originam uma coloração ácido-Schiff periódica positiva (PAS). A lista de polissacarídeos que coram com o PAS é longa. Embora as mucinas de origem epitelial corram com PAS, as mucinas de origem do tecido conjuntivo têm tantas substituições ácidas que não têm glicol ou grupos amino-álcool suficientes para reagir com a PAS
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