Polysacharidy

Oligosacharidy a polysacharidy (zvané někdy také holosidy, což upomíná na to, že jde vlastně jsou to vlastně glykosidy) vznikají náhradou poloacetalové hydroxylové skupiny další molekulou sacharidu. Jsou to tedy řetězce monosacharidických jednotek. Do této skupiny patří ohromně široká skupina látek. Přehledné informace o některých z nich můžete nalézt v následujících tabulkách - oligosacharidy a polysacharidy.

Tyto sloučeniny mají velice často triviální názvy, lze však vytvořit i semisystematické názvy. To činíme podobně jako u monosacharidů, přičemž používáme koncovky -osid. Zde musíme navíc uvést typ vazby mezi monosacharidickými jednotkami. Musíme označit, zda jde o α- či β-glykosid, dále musíme označit, která hydroxyskupina z druhého monosacharidu se váže na glykosidickou hydroxyskupinu. To vše provedeme tak, že mezi názvy jednotlivých monosacharidů vložíme např. α(1,4). To pak znamená, že první monosacharid se váže svou hydroxyskupinou na prvním uhlíkovém atomu (počítáme od glykosidické hydroxyskupiny), druhý monosacharid se váže pomocí hydroxylové skupiny na čtvrtém uhlíkovém atomu. Např. semisystematický název maltosy je D-glc-p-α(1,4)-D-glc-p. Je-li hydroxyskupina druhého monosacharidu také glykosidickou, připojíme ihned za závorku informaci, zda jde o anomer α nebo β. Semisystematický název sacharosy je potom D-glc-p-α(1,6)β-D-fru-f. Zvláštním triviálním názvem nazýváme polysacharidy, složené z jediného opakujícího se monosacharidu. Tento název tvoříme tak, že přidáme koncovku -an ke kořeni názvu monosacharidu - např. polymer glukosy je glukan, manosy manan, arabinosy araban...

Váže-li se druhý monosacharid také svou glykosidickou skupinou, dojde k tomu, že sacharid poté již nemá volnou žádnou hydroxyskupinu, tudíž ztrácí své redukční schopnosti (to je např. případ sacharosy). Tyto sacharidy nazýváme neredukující. Ostatní sacharidy, které neztratily svou volnou glykosidovou skupinu, nazýváme redukující. Holosidy rozdělujeme podle toho, zda obsahují jen jeden nebo více typů základních stavebních jednotek na homoglykany a heteroglykany. Jak již bylo řečeno dříve, tak podle počtu monosacharidových jednotek rozlišujeme oligosacharidy (2 až 10 jednotek) a polysacharidy (více než 10 jednotek).

Biosyntéza holosidů je katalyzována enzymy glykosyltransferasami, které umožňují přenos glykosylových skupin. Při tvorbě polysacharidů dochází většinou k prodlužování řetězce z neredukující strany. Je možné i větvení vznikajícího řetězce. Degradaci holosidů zajišťují mnohé hydrolyzující enzymy (glykosidasy) nebo fosforylující enzymy. Mezi tyto enzymy patří např. β-amylasy, α-amylasy (tyto enzymy se účastní rozkladu součástí škrobu - amylosy a amylopektinu), isoamylasy (enzymy rušící větvení), chitinasy (enzymy degradující chitin, polysacharid hub a komponent hmyzího vnějšího obalu).Fosforylasy se účastní rozkladu glykogenu (živočišného škrobu) - odštěpují z jeho neredukujícího konce jednotky glukosa-1-fosfátu, které jsou dále zpracovávány např. glykolytickou dráhou. Význam oligosacharidů a polysacharidů je obrovský. Tvoří základní nutriční hodnoty pro heterotrofní organismy. Některé oligosacharidy mají sladkou chuť a jsou užívány rostlinami k vábení živočichů. Polysacharidy mají také stavební a ochrannou funkci, tvoří např. součást buněčných stěn (celulosa) nebo exoskeletu hmyzu (chitin). Mají také zásobní funkci (škrob). Oligosacharidy a polysacharidy však také tvoří složku glykoproteinů, kde hrají klíčovou roli v různých rozpoznávacích mechanismech (např. imunitní systém).

Oligosacharidy

Sacharosa (Saccharum)

Sacharosa je disacharid, složený z glukosy a fruktosy. Jde o rafinovaný cukr vyrobený z cukrové řepy (Beta vulgaris). V její bulvě je obsaženo 14 až 18 % tohoto cukru. Kromě toho se sacharosa vyrábí také z cukrové třtiny (Saccharum officinarum), která obsahuje asi 8 až 17 % sacharosy. Kromě hojného použití v kuchyni je sacharosa využívána také ve farmacii, kde slouží jako regulátor chuti. Vnitřně pomáhá při léčení hypoglykemických stavů u diabetiků, je také složkou hypertonických roztoků podávaných nitrožilně při mozkových edémech. Má také pomocný význam jako plnidlo či pojivo při výrobě některých lékových forem (granulované prášky, tablety, dražé, sirupy...).

Laktosa (Saccharum lactis)

Laktosa neboli tzv. mléčný cukr je disacharid složený z galaktosy a glukosy. Nachází se v mléku savců. Má zejména pomocný farmaceutický význam, takže se používá zejména jako prostředek pro výrobu práškovitých lékových forem, tablet a podobně. Dále také může sloužit jako dětská výživa. Působí mírně projímavě a může sloužit též jako prostředek pro normalizaci střevní flory.

Maltosa

Maltosa je disacharid, složený ze dvou molekul glukosy, vázaných vazbou alfa(1,4). Získává se částečnou hydrolýzou škrobů (pomocí enzymu diastasy). Nejčastěji se vyrábí ve formě koncentrátů. Tvoří podstatnou složku sladového koncentrátu (Extractum malti), získaného ze sladu (Maltum). Slad se připravuje z naklíčeného obilí, nejčastěji z ječmene (Hordeum vulgare), při teplotě asi 15 ^oC. Při klíčení vznikají amylasy, které štěpí zásobní škrob endospermu, takže se uvolňuje maltosa a dextriny (delší řetězce sacharidů získané štěpením škrobu). Hydrolýza se poté zastaví vodou teplou asi 50 až 55 °C. Vylisovaná tekutina se zbaví nerozpustných podílů a zahustí se ve vakuu při teplotě asi 60 °C. Sladový extrakt mimoto obsahuje vitaminy komplexu B, vitamin E a C, malé množství glukosy, peptidů a minerálních solí. Používá se jako posilující prostředek, nejčastěji jako součást léčivých vín a podobně.

Méně typické oligosacharidy

Z dalších oligosacharidů vzpomeňme jen na některé důležitější. Celobiosa je disacharid obsahující dvě molekuly glukosy, které jsou však navzájem vázány vazbou β(1,4), tedy jinak, než v molekule maltosy. V přírodě se nenachází volná, ale tvoří základní složku celulosy a licheninu (z drogy Lichen islandicus - lišejník islandský). Genciobiosa je disacharid, nacházející se v kořenu hořce (Radix gentiae). Rafinosa je v přírodě nejrozšířenější trisacharid. Nachází se i v cukrové řepě, v některých semenech a sojových bobech. Není sladká a nemá redukční vlastnosti. Gencianosa je trisacharid vyskytující se podobně jako gentiobiosa v kořeni hořce. Melecitosa je trisacharid přítomný v medu.

Polysacharidy

Polysacharidy rostlinného původu

Celulosa (Cellulosum)

Celulosa je lineárně kondenzovaný polymer glukosy, obsahující vazbu β(1,4). V přírodě je velice hojně rozšířena, podílí se mimo jiné i na stavbě rostlinné buněčné stěny. Získává se z bavlny, produktu bavlníku (Gossypium) nebo ze dřeva ve formě tzv. buničiny, tj. vybělené dřevné celulosy. Používá se jí zejména jako obvazového materiálu (vaty). Neméně důležité je však i její vnitřní působení. Celulosa je totiž pro organismus obtížně stravitelná, takže doputuje až do tlustého střeva téměř neporušena. Proto může tlusté střevo mechanicky pročistit a zbavit jej tak škodlivých látek. Nitrocelulosa je známá třaskavina, používaná jako tzv. bílý střelný prach.

Škroby (Amyla)

Škroby jsou makromolekuly tvořené glukosou vázanou α-glykosidicky, přičemž tato glukosová jednotka se opakuje tisíckrát až desettisíckrát. Kromě těchto polysacharidických látek obsahují jednotlivé škroby i malé množství průvodních látek, jakými jsou lipidy a proteiny, a zhruba 10 až 20 % vody. Škroby jsou tvořené pomocí dvou různých polysacharidů - amylosy a amylopektinu. Amylosa je lineárním řetězcem, obsahujícím jednotky D-glukosy, navzájem vázané vazbou α(1,4), přičemž tento řetězec má strukturu šroubovice, do jejíhož nitra lze vázat až 20 % jodu. Toho se využívá v analytické chemii při důkazech jodu. Amylopektin obsahuje také D-glukosu vázanou vazbou α(1,4), na rozdíl od amylosy však připadá na každých 20 až 25 glukosových jednotek jedno rozvětvení, kdy se nový řetězec váže způsobem α(1,6). Škroby obsahují asi 15 až 25 % amylosy. Amylosa s vodou vytváří koloidní roztok, který na rozdíl od roztoku amylopektinu nepřechází do gelového stavu. Amylopektin se ve studené vodě nerozpouští, jen silně bobtná. Při vyšší teplotě se koloidně rozpouští. Když se takto připravený roztok ochladí, přemění se na gel. Amylopektin i amylosa spolu vytvářejí micelární strukturu škrobových zrn. Škroby nacházejí obrovské uplatnění v potravinářství, ve farmacii a v jiných průmyslových oborech. Podle surovin, ze kterých jsou vyrobené, rozeznáváme škrob bramborový, kukuřičný, pšeničný, rýžový a jiné. Pokud jsou tyto škroby pouze izolované a dále se neupravují, nazýváme je nativními škroby. Pro použití v technických oborech se škroby částečně chemicky upravují - hydrolyzují, esterifikují a podobně. Tím se zlepší jejich vlastnosti - stálost proti tepelným výkyvům, nabobtnávání... V analytické chemii se používá rozpustný škrob (Amylum solubile). Připravuje se například částečnou hydrolýzou škrobu zředěnými kyselinami při teplotě asi 40 °C.

Inulin (Inulinum)

Inulin je zásobní polysacharid, nacházející se v podzemních orgánech rostlin čeledi hvězdnicovitých (Asteraceae). Základní stavební jednotkou je fruktosa. Je to jemný bílý prášek bez pachu a chuti, hygroskopický, rozpustný ve vroucí vodě. Z vodných roztoků se vylučuje přidáním 95 % lihu. Používá se na přípravu živných půd v bakteriologii, na výrobu fruktosy a pečiva pro diabetiky.

Pektiny

Pektiny jsou polygalaktouronáty. Kyselina α-D-galakturonová je polymericky vázána glykosidickou vazbou α(1,4), přičemž její karboxylová skupina bývá někdy methylována či přítomna ve formě vápenaté soli. Pektiny jsou složkou rostlinné buněčné stěny. Jsou bohatě obsaženy hlavně v ovocných šťávách, a to zejména z nezralého ovoce. Zahříváním se sacharosou, případně v slabě kyselém prostředí rosolovatí. Získávají se z mnohých surovin, zejména z moštu, malin, rybízu, řepných odřezků, mrkvových kořenů, jablek, a to působením zředěné kyseliny chlorovodíkové při 70 až 90 °C. Pektin se pak vysráží alkoholem nebo hlinitými solemi, oddělí se a suší.

Pektiny se enzymaticky odbourávají ve dvou stupních. Esterasy hydrolyzují estery, přičemž vzniká kyselina pektinová a methanol, pektinasy, případně polygalakturonidasa hydrolyzuje glykosidické vazby, přičemž vznikají pektinové kyseliny s kratšími řetězci. Pektiny se používají v potravinářství jako emulgátory při přípravě marmelád, svůj význam mají i v textilním průmyslu. Ve farmacii mají obdobný účinek jako slizy při chorobách trávicího traktu, působí detoxikačně a zamezují úbytku vody v organismu. Sterilní 2 % roztoky se používají k ošetřování ran, někdy se používají také jako náhrada krevní plasmy. Mohou také regulovat vstřebávání účinných léčiv, jako je kyselina askorbová, penicilin nebo insulin.

Kyselina alginová

Kyselina alginová je slizovitá látka rozličných hnědých řas, zejména druhů Laminaria a Fucus. Ty obsahují více než 30 % alginových kyselin ve formě vápenatých solí. Kyselina alginová je lineární polymer, složený z jednotek kyseliny D-manuronové a L-guluronové, vázaných převážně glykosidickou vazbou (1,4). Tím se velmi podobá pektinům.

Kyselina alginová se z řas získává následujícím postupem. Nejprve se droga zbaví rozpustných polysacharidů a minerálních solí. Potom se kyselina alginová extrahuje horkým roztokem sody, přičemž vzniká ve vodě rozpustný alginát sodný. Ve vodě nerozpustná kyselina alginová se vysráží z roztoku alginátu sodného pomocí zředěné kyseliny chlorovodíkové. Rozpustné soli kyseliny alginové, zejména pak soli alkalické a hořečnaté, se používají jako prostředky zastavující krvácení, protože se s krví sráží jako ve vodě nerozpustný alginát vápenatý. Ten se proto používá zejména jako obvazový materiál, který se uvnitř organismu vstřebává. Sodná sůl má slabý projímavý účinek. Kyselina alginová a její soli se obecně používají též jako zahušťovadla, základy vodou smývatelných mastí, stabilizátory, emulgátory a jiné pomocné prostředky. Určitou funkci mají také v kosmetice a v potravinářství.

Polysacharidy živočišného původu

Teď si něco povíme o polysacharidech živočišného původu. Obyčejně je dělíme na homopolysacharidy a mukopolysacharidy. Jejich struktura je založena na bázi glukosy a jejích derivátů. Z homopolysacharidů jsou nejdůležitější glykogen a chitin, z mukopolysacharidů jsou důležité kyselina hyaluronová a heparin.

Glykogen

Glykogen je zásobní polysacharid živočichů, hub a bakterií. Pro tyto organismy má podobný význam jako škrob u rostlin. Ukládá se v játrech (až 18 %) a ve svalech. Strukturně se podobá amylopektinu, jeho řetězce jsou však rozvětvenější. Délka bočných řetězců je asi 6 až 7 jednotek glukosy, úseky mezi rozvětvením tvoří asi 3 jednotky glukosy. Obsahuje i zbytky kyseliny fosforečné. V živočišné tkáni se vyskytuje obyčejně ve formě vázané na bílkoviny.

Chitin

Chitin se svou stavbou podobá celulose, místo jednotek glukosy jsou zde však přítomny jednotky 2-acetylamino-2-deoxy-D-glukopyranosy, vázané podobně jako glukosa v celulose vazbou β(1,4). Nachází se zejména v krovkách hmyzu, krunýři raků, ale i v buněčné stěně hub a ojediněle i v hnědých řasách. Má zejména stavební a ochrannou funkci.

Kyselina hyaluronová

Kyselina hyaluronová se skládá z N-acetyl-D-glukosaminu a kyseliny D-glukuronové. Tvoří podstatnou složku pojivé tkáně a stěn kapilár, zpevňuje buněčné struktury a udržuje je v rosolovitém stavu, čímž brání pronikání cizorodých a patogenních látek do organismu.

Heparin

Heparin se skládá z molekul kyseliny D-glukuronové a D-glukosaminu, vázaných α(1,4) glykosidickými vazbami. Některé hydroxyskupiny a aminoskupiny mohou být ještě esterifikovány kyselinou sírovou. Je důležitým protisrážlivým činitelem. Umožňuje účinek antitrombinu. Běžně se získává z plic nebo jater hovězího dobytka, nověji též z velryb.

Bakteriální polysacharidy

Bakteriální polysacharidy jsou častými antigeny - nositeli specifického serologického projevu bakterií, které je produkují. Mají proto pro farmacii i pro lékařství obrovský význam. Působí patogenně, zánětlivě a navozují horečku. Bakteriální polysacharidy jsou většinou vázány na proteiny a na lipidy, vyskytují se tedy ve formě glykoproteinů a glykolipidů. Jejich hydrolýzou vzniká glukosa, kyselina glukuronová, glukosamin, galaktosa, manosa, arabinosa, různé deoxyhexosy, inositol a jiné složky. Polysacharidy tvoří též podstatnou část buněčných stěn mikroorganismů. V současné době jsou bakteriální polysacharidy hojně zkoumány pro své specifické a zajímavé účinky.