Полисахариды гликокаликса

Полисахариды, что это такое – свойства, гидролиз, состав, формулы

Все сложные органические вещества делят на 4 группы: полинуклеотиды, жиры, белки, углеводы. К последнему классу относятся полисахариды. Сладость в названии полисахариды не предполагает у большинства из них кулинарное предназначение. Важно понять, какими свойствами – химическими и физическими – обладают эти полигликозы.

Химические свойства полисахаридов

Полисахариды – это сложные молекулярные углеводы, что образуются из остатков моносахаридов, объединенных гликозидной связью. Полисахариды, или гликаны (полигликозаны) продуцируются животными, растениями, человеком. Полигликозиды, или полиацеталии бывают линейными и разветвленными.

Классификация полисахаридов предусматривает подразделение на олигосахариды и полиозиды. Под воздействием высоких температур в кислотной среде осуществляется гидролиз полисахаридов. Появляются олигосахариды вместе с дисахаридами при неполном процессе. При полном – исходные моносахариды, а также их производные. Среди химических свойств этого класса углеводов отмечают:

• слабые восстановительные свойства полисахаридов;
• устойчивые свойства к действию щелочей;
• возможность получать сложные эфиры.

По химической природе среди полисахаридов отмечают гомополисахариды и гетерополисахариды. К широко распространенным представителям гомополисахаридов, состоящих из моновеществ одного вида, относят клетчатку (целлюлозу), крахмал, гликоген. У общей формулы полисахаридов следующий вид: (С6Н10О5)n.

К гетерополисахаридам, или гликозаминогликанам, включающим моносахариды различного типа, относятся хондроитин сульфаты, гепарин, инулин, пектины, камеди.

По функциональному назначению углеводы классифицируют на:

• структурные полисахариды: хитин, целлюлоза;
• резервные: животный гликоген, растительный крахмал.

По кислотности среди полиозов отмечают:

1. Кислые сахара: кислоты – галактуроновая, глюкуроновая, маннуроновая. К представителям относятся пектины, ксантан, альгинаты.
2. Нейтральные полигликозы: ксиланы, β-глюканы, маннаны.

Какова роль полиголозидов? Функции полисахаридов разнообразны:

Частично выработка гликана осуществляется в эпидермисе человека, что замедляет возрастные изменения. Отсюда активное применение в косметологической промышленности полисахаридов.

Физические свойства полисахаридов

Вид полиголосахаридов обуславливает физические свойства. Большинство веществ отличается:

• белой окраской;
• формой порошка;
• большой молекулярной массой;
• нерастворимостью в спиртах.

Растворимость в воде гликанов видоизменяется. Хитин и клетчатка – полиозиды, которые не растворимы в воде, но разбухают. Вещества агар-агар, пектины, альгиновые кислоты при реакции с водой образуют гели. Получают коллоидные растворы, если активные компоненты – слизи, арабин, амилоза, пектовые кислоты.

Отличие и применение наиболее популярных видов

Полезно понять, какие вещества в составе полисахаридов.

Крахмал

Включает смесь амилопектина (80 %) и амилозы (20 %). Форма молекул амилозы – спираль, в 1 витке насчитывается 6 остатков моносахарида. В структуре амилопектина – ответвления. Этот многокомпонентный углевод синтезируется в растениях в ходе фотосинтеза и запасается в семенах, клубнях либо корешках, злаковых зернах, луковицах.

Характерные свойства биополимера:

• белый окрас вещества;
• порошковидная форма;
• мягкая структура;
• скрипение при растирании;
• отсутствие вкуса и запаха.

При разведении вещества холодной водой выпадает осадок. Если нагревают раствор и равномерно помешивают, осуществляется набухание массы, превращение вещества в киселеобразное состояние.
Источники вещества:

• корнеплоды: картофель;
• бобовые: горох, фасоль, чечевица;
• зерновые: рис, кукуруза, овес, пшеница, ячмень.

Чтобы определить присутствие крахмала в продуктах, пользуются йодом: придает этому полисахариду синий оттенок.

Пищевой продукт ценится благодаря усвояемости и насыщению организма энергией. Вещество применяется в быту для подкрахмаливания одежды, наклеивания обоев, в качестве детской присыпки.

В пищевой индустрии из него получают патоку, глюкозу, этиловый спирт. Производство колбасных изделий, кетчупа, майонеза не обходится без крахмала.

Он востребован в текстильной и бумажно-целлюлозной промышленности, фармакологии.

Гликоген

В составе полисахаридов — это крахмал животного происхождения. Вещество обладает ветвистой структурой, походит на амилопектин, однако в цепи гликогена насчитывается до 12 звеньев.

Молекулярная масса вещества достигает 100 млн у. е. Запасной углевод встречается у человека, животных, отдельных бактерий, грибов, дрожжей. Печень и мышцы содержат до 5 и 2 % соответственно.

Основное свойство гликогена — поставлять в кровь глюкозу.

Клетчатка растительная целлюлоза

Для представителя гликанов характерна прочность и эластичность. Составляющая полисахариды — нерастворимая клетчатка формирует скелет растений.

Растительные волокна представляют собой пучок удлиненных нитей из фрагментов глюкозы, которые соединяются водородными связями.

  Особенность этого инертного вещества, не обладающего цветом и запахом, – волокнистое образование, нерастворимость в нейтральной среде. Вещество растворяется в реактиве Швейцера – аммиачном растворе  Cu(ОН)2.

Полисахарид целлюлоза в организме человека впитывает воду и облегчает продвижение отходов по толстому кишечнику. В продуктах питания – это капуста (белокочанная, брюссельская, брокколи). Сюда входят отруби, яблоки, огуречная кожура, морковь. Целлюлоза используется для домашнего скота – коров, коней –  как питательный ингредиент.

Растворимая клетчатка – содержимое растительных клеток в виде студня, что входит в овес, фруктовые, бобовые культуры. Свойство вещества — при контакте с жидкостью становится гелеобразным элементом.

Перевариваемая клетчатка не насыщает энергией, но придает ощущение сытости, предохраняет от перепадов глюкозы в крови. Проникая в толстый кишечник, это вещество расщепляется полезными микроорганизмами, вырабатывает кислоты – масляную, уксусную.

Полисахарид служит натуральным пребиотиком, его свойства отвечают за поддержку кислотного равновесия пищеварения.

Среди растворимой клетчатки отмечают вещества  инулин, пектины, камеди, слизи, гиалуроновую кислоту. У каждого компонента свои характеристики и свойства.

Гепарин

Вещество относится к структурным элементам внутренней оболочки кровеносных сосудов. Накапливается в печени, легких, мышцах. Предохраняет от гемокоагуляции (свертывания крови) человека и животного. У аморфного порошка белый окрас.

Состоит из фрагментов идуроновой и глюкуроновой кислоты, глюкозамина, что соединяются в цепочку при помощи α-гликозидной связи. Вес молекулы гепарина равняется 20 000 у.е. Она насчитывает не одну полисахаридную цепь, которая связывается с ядром белка.

Длина цепей варьируется в диапазоне 3000–40000 Da. В лекарствах составляет 12000–16000 Да.

Химические свойства гетерополисахарида:

• синтезируется в тучных клетках (базофилах) человека и животных;
• растворяется в воде;
• сохраняется при нагревании.

Требуется в организме человека для снижения холестерина в крови, уменьшения АД. Локализуется в печени (на 1 кг веса – 1000 мг). Форма выпуска средства – раствор для инъекций и мазь для наружного применения. Ему присущи антикоагулянтные свойства.

В лечении применяется:

• для профилактики и терапии тромбоэмболии;
• при оперативном вмешательстве на сосудах и сердце для предотвращения образования кровяных сгустков в оборудовании для гемодиализа и искусственного кровотока;
• при анализе крови в медицинских лабораториях;
• в гематологии при гемотрансфузии (переливании крови).

Пектины

Открытие датируется 1825 годом. В переводе с греческого pectos означает скрутившийся, застывший. К важнейшим мономерам пектинов относят α-галактуроновую кислоту.

Желирующие и клейкие свойства вещества используются в кулинарии. Высоко их содержание в растительном сырье, фруктах. Выпускается в жидкой и порошкообразной форме. Е440 – так маркируют пектин в продуктах.

Для получения этого средства необходим фруктовый либо свекольный жмых. Добавка для консервирования в ответе за срок хранения заготовки.

Отличают пектиновые вещества с различными степенями этерификации:

• высокой – больше 50 %;
• низкой – меньше 50 %.

В человеческий организм пектиновые соединения проникают с продуктами питания растительного происхождения.

Пектин вырабатывается в большем количестве во фруктах и овощах при засухе и жаре.

Биологическая роль полисахарида:

• очистка организма;
• сохранение бактериального паритета;
• омолаживающие свойства;
• нормализация обменных процессов;
• улучшение гемодинамики и полезной микрофлоры ЖКТ.

Медики полагают: пектиновые медпрепараты помогают оздоровить человека. 15 г ежедневно – норма потребления. Их свойства ценятся в диетпитании: сжигают жир. Поглощение 25 г этого гетерополисахарида из цельных яблок приводит к потере в сутки 300 г жира.

Кондитерские изделия не обходятся без загустителя. Желирующая добавка – составляющая большинства кремов в косметологии. Ценность вещества заключается в следующих свойствах:

• разглаживание морщинок;
• повышение впитываемости компонентов в кожный покров;
• отбеливающее свойство — воздействие на эпидермис;
• защита от УФ-излучения.

Хитин

Структурные полисахариды представляет хитин. Вещество участвует в формировании скелета членистоногих, насекомых. Входит в состав клеток пивных дрожжей, различных грибов. Полисахарид походит на целлюлозу: у него неразветвленная цепочка фрагментов глюкозы, однако с дополнительными группами.

Свойства хитина используются, чтобы усилить аромат и вкус пищевых продуктов. Востребован в качестве консерванта, улучшает вид еды.

Терапевтические свойства полисахарида:

• защита от радиации;
• усиливают свойства медпрепаратов, которые снижают свертываемость и разжижают кровь;
• блокировка развития новообразований;
• повышение иммунитета;
• профилактика сердечно-сосудистых патологий – инсультов, инфарктов;
• стимуляция роста бифидобактерий;
• восстановление тканей и органов.

Области применения полисахаридов

Со средины прошлого столетия полигликозаны выпускают для пищевой отрасли и фармакологии. Но ценные свойства полисахаридов нашли применение в других сферах производства:

• на химзаводах;
• на текстильных фабриках при изготовлении искусственных материалов;
• в гидрометаллургической и микробиологической промышленности;
• при добыче нефти и газа;
• в ядерной энергетике.

Индустрию красоты трудно представить без полисахаридов — гиалуроновой кислоты и инъекционных методов: мизотерапии, биоревитализации, контурной пластики, редермализации, биоармирования.

Использование в области здравоохранения

Ценятся природные соединения полисахаридов за полезные свойства:

• повышают устойчивость организма к инфекциям;
• борются с опухолями.

Полисахариды быстрее заживляют травмы, регенерируют ткани. К тому же уменьшают вред от побочных эффектов лекарственных средств.

Во врачебной практике использование полисахаридов помогает диагностировать сальмонеллез и кандидоз. Декстраны, что вырабатываются отдельными видами микроорганизмов, относятся к заменителям плазмы. Сульфат декстрана применяется для замены гепарина в качестве антикоагулянта. Хондроитинсульфаты входят в состав хондропротекторов, укрепляют хрящи и связки, усиливают подвижность больных суставов.

Востребованы разработки медикаментов, которые содержат хитин – соединение из группы полисахаридов, как наполнитель и действующий компонент. Выпускаются ферментативные средства пролонгированного действия, содержащие декстраны с пониженной аллергичностью. Гликаны – основа при производстве зубных паст.

Полисахариды отвечают за очищение организма от радионуклидов, токсинов. Активизируют работу ЖКТ. Инулин сокращает содержание глюкозы в крови. Показан при диабете и излишнем весе. В хирургии не обойтись без крахмала. Делают специальные повязки, присыпки, обволакивающие лекарственные препараты.

Применение в пищевой промышленности

Популярны гликаны, что добывают из бактерий. Выпуск пищевых пленок предохраняет продукцию от загрязнения, плесени, усыхания, поражения патогенными микроорганизмами. Производятся как стабилизаторы:

• желе;
• мороженого;
• джема;
• сока;
• заправок для салатов;
• сиропа.

Экзополисахариды улучшают качество и свойство пищевых изделий. Добавка в хлеб обеспечивает объем, предохраняет от быстрого зачерствения. Ксантан незаменим в изготовлении молочной продукции.

Полисахариды принадлежат классу органических соединений, применяемых в разных промышленных областях. Многообразие химической природы полисахаридов обуславливает широкий перечень фармакологических свойств и востребованность в косметологии.

Источник: https://vitaminic.ru/nutrienty/polisaxaridy

Лекция 3. Строение П.А.К

Подробности Обновлено 11.10.2012 23:43 8921

ПАК – это субмембранная система клетки, в которой можно выделить: наружную мембрану или плазмалемму, внутреннею мембрану или гликокаликс, субмембранный опорно-сократительный аппарат.

ПЛАЗМАЛЕММА

занимает центральную часть ПАКа, построена по типичной жидкостно мозаичной модели.

ГЛИКОКАЛИКС

В основном включает в себя углеводный компонент: полисахариды, олигосахариды, гликопротеины, гликолипиды, а также наружные домены интегральных и полуинтегральных и периферических белков.

Гликокаликс выполняет маркерную функцию, функцию индивидуализации, а также способен участвовать в образование клеточных контактов, кроме того, как производное гликокаликса формируется клеточная стенка у растений, а также белки соединительной ткани, например, коллаген и эластин.

Гликокаликс может выполнять ферментативные функции, примером является фермент гидролаза, встроенная в гликокаликс, которая участвует в процессах пристеночного пищеварения.

СОСА

СОСА включает в себя:

1. периферическую геалоплазму

2. белки опорно-сократительной системы

периферическая гиалоплазма отличается от основной определенной концентрацией ферментативных комплексов.

Здесь располагаются белки и ферменты, которые способствуют транспорту через мембрану, здесь также локализована фермент аденилатциклаза, которая участвует в работе рецепторных систем вторичных посредников, здесь локализованы ферменты гликолиза.

Кроме того, в периферической гиалоплазме находятся секреторные гранулы, которые способны выводится из клетки после поступления из клетки сигнала.

к белкам опорно-сократительной системы относятся:

1. тонкие фибриллы

2. микрофибриллы

3. скелетные фибриллы

4. микротрубочки

 Тонкие фибриллы

Первичная структура белков неизвестна, функции неизвестны. Однако выяснено, что тонкие филоменты способны делить клетку на функциональные отсеки или компартменты.

К тонким фибриллам могут прикрепляться ферментативные комплексы, различные органоиды (рибосомы, митохондрии)

Микрофибриллы

Микрофибриллы состоят из белка актина и имеют диаметр примерно 5-7 нм. В клетке актин может существовать в двух вариантах: глобулярный актин или G-актин, фибриллярный или F-актин. При определенных условиях G-актин может полимеризоваться, и приобретать вид двойной спирали.

F-актин нестабилен и его структура стабилизируется другим белком тропомиоезином (это фибриллярный белок, который укладывается на структуру α-спирали и стабилизирует ее. Актиновые фибриллы способны не только к сборке, но и к разборке с разных концов молекул. Сборка и разборка контролируется определенными белками, которые называются кэп-белками.

Актиновые фибриллы могут сшиваться и взаимодействовать между собой при помощи определенных белков. Сшивание молекул может происходит по середине или концами актиновых фибрилл, в результате образуется пучок микрофибрилл, который в зависимости от количества сшивающих белков может быть рыхлым или плотным.

Кроме того к актиновым фибриллам могут якорные белки, при помощи которых фибриллы взаимодействуют с белками плазмолеммы, частично ограничивая их подвижность. в клетке актиновые фибриллы взаимодействуют с белком миозином. Причем выделяется одноголовочный и двуголовочный миозин. Одноголовочный встречается редко , в основном в кардиомиоцитах.

Двуголовочный характерен для всех остальных клеток.

Головки обладают АТФ-азной активностью, это значит, что при расщеплении молекул АТФ головки могут менять свою конформацию. Расщепление молекул АТФ проходит в несколько этапов, причем конформационные изменения головки способны вызывать движения в шарнирной части, если молекула миозина прикреплена головкой к молекуле актина, то движение головки вызывает движение молекулы миозина по актину.

Головка миозина содержит в себе центр связывающий АТФ, а также несколько центров для взаимодействия с актиновыми фибриллами. Находясь в связанном с АТФ состоянии головка миозина не обладает сродством к F-актину. Гидролиз АТФ приводит к тому, что в АТФ-азном центре оказывается комплекс АДФ+Fн.

Образование этого комплекса так изменяет конформацию головки, что она способна связаться с фибриллярным актином. Эта связь приводит к дальнейшему изменению конформации головки, в результате чего АДФ и неорганический фосфат уходят из АТФ-азного центра.

В этот момент наблюдается смещение головки миозина относительно ее стержня, и головка продвигается по F-актину.

В норме в клетки в состав актомиозиновой системы входят не отдельные молекулы миозина, а их функциональные объединения, которые получили название биполярные миозиновые филаменты. В этом случае молекула миозина своими головками прикреплена к разным нитям фибриллярного актина, а хвосты миозина сцеплены.

Особенно сильно АМС развита в клетках поперечноисчерченой мускулатуры. Единицей строения клетки скелетной мускулатуры является сакромер, который ограничен белковыми полосками.

АМС участвует в образование на клетки временных и постоянных выростов. К временным выростам относятся псевдоподии или ложноножки, которые характерны для защитных клеток организма фагоцитов. К постоянным относятся микроворсинки, которые возникают в тонком кишечнике.

Актиновые фибриллы образуют стресс-фибриллы, которые способны удерживать форму клетки при меняющимся астматическом давлении. При делении клеток АМС участвует в формировании пояска деления. Поясок деления необходим для деления цитоплазмы.

Патологии

Обнаружены химические вещества, которые способны влиять на полимеризацию микрофибрилл, например, метаболиты некоторых грибов – цитохалазины способны присоединяться к молекулам G-актина.

Такой комплекс присоединяется к концу микрофибриллы и препятствует ее полимеризации, что приводит к разрушению микрофибриллы. Токсин бледной поганки фаллоидин взаимодействует сразу с F-актином вызывая его суперстабилизацию.

В этом случае F-актин теряет способность к внутриклеточным перестройкам.

Встречаются наследственные патологии, которые обусловлены дефектами актин-связывающих белков, к такой патологии относятся один из видов миодистрофии – миодистрофия Дюшена.

Причиной является патология гена локализованного в Х-хромосоме, поэтому данное заболевание проявляется в основном у мальчиков.

Это мышечная слабость, причем к 8-13 годам они теряют способность ходить, погибают от остановки дыхания.

Скелетные фибриллы

Является универсальным элементом СОСА и представляет собой белковые нити диаметром около 10нм. Характеризуются повышенной устойчивостью к действию химических и физических факторов, поэтому основной функцией является структурная и опорная. Участвуют в формировании цитоскелета клетки, способны поддерживать определенные части клетки, например, длинные отростки нейрона.

В большом количестве встречаются в зоне контактов между клетками. Скелетные фибриллы представляют собой белки различной первичной структуры, но одинаковой третичной и четвертичной. На третичном уровне организации белок скелетные фибриллы представляет собой гомотетромер.

Скелетные фибриллы образуются за счет взаимодействия нескольких гомотетромеров между собой по принципу кирпичной кладки.

Такая структура в длину может расти до бесконечности (в зависимости от размеров клетки), а в ширину не более чем до 8 протофибрилл. Примером белков скелетных фибрилл является белки кератины, которые особенно в большом количестве встречаются в наружных слоях эпидермиса и производных эпидермиса.

Увеличение скелетных фибрилл в клетки приводит к нарушению клеточных функций и, следовательно, к различным патологиям, например, в сердечной мышцы к различным кардиомиодистрофиям, увеличение фибрилл в нейронах головного мозга приводит к различным формам старческого слабоумия.

Увеличение скелетных фибрилл может происходить под действием различных химических факторов, например, алкоголя. Увеличение скелетных фибрилл в клетках печени приводит к циррозу печени у алкоголиков. Увеличение скелетных фибрилл в нейронах приводит к деградации личности.

Первичная структура скелетных фибрилл в клетках различных тканей различна, поэтому скелетные фибриллы можно использовать для диагностики опухолей и на основании диагностики делать вывод является ли данная опухоль первичной, либо это метастаза.

Микротрубочки

Это полые белковые структуры диаметром 22-25нм и шириной примерно 6нм.

Микротрубочки состоят из белков тубулинов. Как правило, с микротрубочками связаны так называемые ассоциативные белки или МАР белки.

В клетке встречаются 3 вида тубулинов α, β, γ, причем основная масса примерно 99% приходится на α и β тубулин. Γ-тубулин в составе микротрубочек не встречается, он располагается в клеточном центре и образует ЦОМТ. Считается, что γ-тубулин необходим для начала сборки микротрубочек.

Тубулины являются ГТФ-связывающими белками, поэтому в присутствии ГТФ и ионов магния α и β тубулины активируются и способны объединятся в стабильные гетеродимеры. Затем в ЦОМТах при наличии ГТФ и магния начинается сборка гетеродимеров, которые реагируют между собой с образованием протофибрилл.

Формируется так называемый тубулиновый коврик, который в длину может расти до бесконечности, а в ширину не более чем до 13 протофибрилл. После этого края коврика слипаются, и он превращается в полую трубочку. В микротрубочке выделяют + и – концы, на + конце в основном идет полимеризация микротрубочек, на –конце в основном деполимеризация.

Этот процесс (сборки и разборки) регулируется специальными белками и в норме в клетки процесс сборки преобладает над процессом разборки. Сборка и разборка микротрубочек зависит от концентрации различных веществ, например, ионов кальция. При избыточной концентрации кальция в клетки процесс деполимеризации микротрубочек активируется.

В настоящее время считают, что количество кальция в клетке является основным механизмом, определяющим процессы перестройки микротрубочковых систем. При действии алкоголя и растительного алкалоида колхицина микротрубочки разрушаются.

Основными функциями микротрубочек является структурная и опорная функции. Существуют структуры, в которых цитоскелет образуется за счет микротрубочек, например, тромбоциты.

Кроме того микротрубочки объединяются с белками МАР и могут участвовать в выполнении многих важных функций в клетке.

МАР-белки способны регулировать сборку и разборку микротрубочек, в частности в соединении с некоторыми МАР-белками микротрубочки приобретают устойчивость к действию ионов кальция и низких температур.

Важнейшими среди МАР-белков являются белки транслокаторы, которые вместе с микротрубочками образуют тубулин транслокаторную систему клетки. Транслокаторы по строению сходны с миозином. В них выделяют стержень и головку, причем головка обладает АТФ-азной активностью, следовательно, при изменении конформации транслокатор способен перемещаться по микротрубочке.

Выделяют 3 группы транслокаторов:

1. кинезины

2. динеины

3. динамины

кинезины способны перемещаться по микротрубочке только от – к + концу, поэтому они обеспечивают транспорт веществ от центра клеток к ПАКу, это так называемый антреградный транспорт. В данном случае транслокатор движется по микротрубочке за счет конформационные изменений головки, а к стержню прикреплен немембранный пузырек с упакованным веществом.

С помощью данного вида транспорта транспортируются медиаторы в нейроны, а также пигменты в пигментных клетках

Динеины участвуют в формировании тубулин-динеиновой системы, которая осуществляет ретроградный транспорт. Помимо этого динеины участвую в образовании локомоторных структур клеток: ресничек и жгутиков.

Динамины обладают ГТФ-азной активностью, обеспечивают ретроградный транспорт. Функции динаминов изучены плохо.

Важнейшей функцией тубулин-транслокаторной системы является формирование двигательных систем в клетке, которые у всех эукориот построены по единой схеме.

Существуют наследственные патологии, связанные с нарушением структуры тубулина. Они практически не совместимы с жизнью, однако существует патологии тубулин-денеиновой системы, которые касаются непосредственно жгутиков и ресничек.

При этом нарушается структура ресничного эпителия, выстилающего носоглотку, дыхательные пути и полость среднего уха, что приводит к хроническим бронхитам и отитам мужчины с синдромом неподвижных ресничек, как правило, стерильны.

Все компоненты СОСА характеризуются структурным единством, которое проявляется в том случае, что фибриллярные белки могут взаимодействовать друг с другом.

Например, микрофибриллы могут образовывать пучки, которые могут взаимодействовать с микротрубочками и скелетными фибриллами.

Все компоненты СОСА способны взаимодействовать с интегральными белками плазмолеммы, а плазмолемма структурно связана с гликокаликсом, поэтому для ПАКа характерно структурное единство.

Источник: http://biobox.spb.ru/lektsii/stroenie-i-funktsii-kletki/97-2-stroenie-i-funktsii-kletki.html

Глюколипиды, классификация, строение и функции / биология

гликолипиды они являются мембранными липидами с углеводами в полярных головных группах. Они представляют наиболее асимметричное распределение среди мембранных липидов, поскольку они обнаруживаются исключительно во внешнем монослое клеточных мембран, особенно в изобилии в плазматической мембране..

Как и большинство мембранных липидов, гликолипиды имеют гидрофобную область, состоящую из неполярных углеводородных хвостов, и полярную головку или область, которая может состоять из различных видов молекул, в зависимости от рассматриваемого гликолипида..

Гликолипиды могут быть найдены в одноклеточных организмах, таких как бактерии и дрожжи, а также в организмах, таких сложных, как животные и растения..

В клетках животных гликолипиды преимущественно состоят из скелета сфингозина, тогда как у растений два наиболее распространенных соответствуют диглицеридам и производным сульфоновой кислоты. В бактериях присутствуют гликозилглицериды и производные ацилированных сахаров..

У растений гликолипиды сосредоточены в хлоропластических мембранах, а у животных – в плазматической мембране. Наряду с гликопротеинами и протеогликанами, гликолипиды являются важной частью гликокаликса, который имеет решающее значение для многих клеточных процессов..

Гликолипиды, особенно те, которые содержатся в клетках животных, имеют тенденцию связываться друг с другом посредством водородных связей между их углеводными фрагментами и силами Ван-дер-Ваальса между их цепями жирных кислот. Эти липиды присутствуют в мембранных структурах, известных как липидные рафты, которые выполняют несколько функций.

Функции гликолипидов несколько, но у эукариот их расположение на внешней стороне плазматической мембраны актуально с разных точек зрения, особенно в процессах коммуникации, адгезии и дифференцировки клеток..

индекс

• 1 Классификация
  • 1.1 Гликоглицеролипид
  • 1.2 Гликосфинголипиды
  • 1.3 Глюкофосфатидилинозитолы
• 2 Структура
  • 2.1 Гликоглицеролипиды
  • 2.2 Гликосфинголипиды
  • 2.3 Глюкофосфатидилинозитолы
  • 2.4 Растительные гликолипиды
  • 2.5 Бактериальные гликолипиды
• 3 функции
• 4 Ссылки

классификация

Гликолипиды представляют собой гликоконъюгаты, которые образуют очень гетерогенную группу молекул, общей характеристикой которых является наличие сахаридных остатков, соединенных гликозидными связями с гидрофобным фрагментом, которым может быть ацилглицерин, церамид или пренилфосфат..

Его классификация основана на молекулярном скелете, который является мостом между гидрофобной и полярной областями. Итак, в зависимости от личности этой группы, мы имеем:

Glicoglicerolípido

Эти гликолипиды, подобно глицеролипидам, содержат диацилглицерол скелета или моноалкил-моноацилглицерин, с которым остатки сахара связаны гликозидными связями..

Гликоглицеролипиды относительно однородны с точки зрения их углеводного состава, и в их структуре можно найти остатки галактозы или глюкозы, из которых вытекает их основная классификация, а именно:

• Галактоглицеролипиды: они имеют остатки галактозы в своей углеводной части. Гидрофобная область состоит из молекулы диацилглицерина или алкилацилглицерина.
• Глицериновые гликозиды: они имеют остатки глюкозы в своей полярной головке, а гидрофобная область состоит только из алкилацилглицерина.
• Сульфо глицеролипидыони могут быть либо галактозными глицеролипидами, либо гликозидами гликоола с атомами углерода, присоединенными к сульфатным группам, которые придают им характеристику «кислых» и дифференцируют их от нейтральных гликоглицеролипидов (липидов галакто- и гликогликоля).

гликосфинголипидов

Эти липиды имеют в качестве молекулы «скелет» часть церамида, к которой могут присоединяться различные молекулы жирных кислот..

Они являются высоко вариабельными липидами не только с точки зрения состава их гидрофобных цепей, но также с точки зрения углеводных остатков в их полярных головках. Они в изобилии во многих тканях млекопитающих.

Его классификация основана на типе замещения или идентичности сахаридной части, а не на области, состоящей из гидрофобных цепей. В соответствии с типами замещения классификация этих сфинголипидов является следующей:

Нейтральные гликосфинголипиды: те, которые содержат в сахаридной части гексозы, N-ацетил гексозамины и метил пентоз.

Вы Сульфатид: гликосфинголипиды, которые содержат сульфатные эфиры. Они имеют отрицательный заряд и особенно распространены в миелиновых оболочках клеток мозга. Наиболее распространенные из них имеют остаток галактозы.

ганглиозидов: также известные как сиалозилгликолипиды, те, которые содержат сиаловую кислоту, поэтому они также известны как кислые гликосфинголипиды.

Фосфоинозитидного-гликолипиды: скелет состоит из фосфоинозитид-керамидов.

Glucofosfatidilinositoles

Это липиды, которые обычно считаются стабильными якорями для белков в липидном бислое. Они добавляются пост-трансляционно к C-терминальному концу многих белков, которые обычно находятся на внешней стороне цитоплазматической мембраны..

Они состоят из глюкан-центра, фосфолипидного хвоста и фосфоэтаноламиновой части, которая связывает их вместе.

структура

Гликолипиды могут иметь сахаридные фрагменты, связанные с молекулой N- или O-гликозидными связями и даже через негликозидные связи, такие как сложноэфирные или амидные связи..

Сахаридная часть сильно варьируется не только по структуре, но и по составу. Эта сахаридная часть может состоять из моно-, ди-, олиго- или полисахаридов различных типов. Они могут содержать аминосахара и даже кислые, простые или разветвленные сахара..

Далее приведено краткое описание общей структуры трех основных классов гликолипидов:

гликоглицеролипиды

Как упоминалось ранее, у животных гликоглицеролипиды могут иметь остатки галактозы или глюкозы, фосфатированные или нет. Цепочки жирных кислот в этих липидах содержат от 16 до 20 атомов углерода..

В галактоглицеролипидах соединение между сахаром и липидным скелетом происходит через β-глюкозидные связи между С-1 галактозы и С-3 глицерина. Два других атома углерода глицерина либо этерифицированы жирными кислотами, либо С1 замещен алкильной группой, а С2 – ацильной группой..

Обычно наблюдается единственный остаток галактозы, хотя сообщалось о существовании дигалактоглицеролипидов. Когда это slufogalactoglicerolípido, обычно сульфатная группа находится в C-3 остатка галактозы.

Структура гликопротеина гликопротеина немного отличается, особенно в отношении количества остатков глюкозы, которые могут составлять до 8 остатков, связанных вместе связями типа (1-6). Молекула глюкозы, которая служит мостиком к липидному скелету, связана с ней α (1-3) связью.

В сульфоглюкоглицеролипидах сульфатная группа связывается с углеродом в положении 6 концевого остатка глюкозы.

Растительные гликолипиды

Хлоропласты многих водорослей и высших растений обогащены галакто-глицеролипидами, которые имеют нейтральные свойства, подобные цереброзидам у животных. Моно- и дигалактолипиды β-связаны с диглицеридным фрагментом, в то время как сульфолипиды являются производными только -глюкозы.

Бактериальные гликолипиды

У бактерий гликозилглицериды структурно аналогичны фосфоглицеридам животных, но содержат углеводные остатки, связанные гликозилированием в положении 3 sn-1,2-диглицерида. Производные ацилированных сахаров не содержат глицерина, но жирные кислоты напрямую связаны с сахарами.

Наиболее распространенными сахаридными остатками среди бактериальных гликолипидов являются галактоза, глюкоза и манноза..

функции

У животных гликолипиды выполняют важную функцию в клеточной коммуникации, дифференцировке и пролиферации, онкогенезе, электрическом отталкивании (в случае полярных гликолипидов), клеточной адгезии и других..

Его присутствие во многих клеточных мембранах животных, растений и микроорганизмов объясняет его важную функцию, которая, в частности, связана со свойствами многофункциональных липидных плотов..

Углеводная часть гликосфинголипидов является определяющим фактором антигенности и иммуногенности клеток, которые ее переносят. Он может быть вовлечен в процессы межклеточного распознавания, а также в клеточную “социальную” деятельность.

Галактоглицеролипиды в растениях, учитывая их относительное содержание в мембранах растений, играют важную роль в установлении характеристик мембраны как стабильности и функциональной активности многих мембранных белков..

Функция гликолипидов у бактерий также разнообразна. Некоторые из гликоглицеролипидов необходимы для улучшения стабильности бислоя. Они также служат предшественниками других мембранных компонентов, а также поддерживают рост при аноксии или дефиците фосфатов..

Якоря GPI или гликозидилфосфатидилинозитолы также присутствуют в липидных рафтах, участвуют в передаче сигнала, в патогенезе многих паразитических микроорганизмов и в ориентации апикальной мембраны..

Тогда можно сказать, что общие функции гликолипидов, как у растений, так и у животных и у бактерий, соответствуют установлению стабильности и текучести мембраны; участие в специфических липид-белковых взаимодействиях и распознавании клеток.

ссылки

1. Abdel-mawgoud, A.M., & Stephanopoulos, G. (2017). Простые гликолипиды микробов: химия, биологическая активность и метаболическая инженерия. Синтетическая и системная биотехнология, 1-17.2. Альбертс Б., Джонсон А., Льюис Дж., Морган Д., Рафф М., Робертс К. и Уолтер П. (2015). Молекулярная биология клетки (6-е изд.).

Нью-Йорк: Наука Гирлянды.3. Андо Т., Имамура А., Исида Х. и Кисо М. (2007). Синтез гликолипидов. Исследования углеводов, 797-813.4. Бенсон А. (1964). Растительные мембранные липиды. Annu. Преподобный Завод. Physiol., 15, 1-16.5. Бронислав Л., Ляу Ю. У. Н. и Сломяны А. (1987). Животные гликоглицеролипиды. Prog. Lipid Res., 26, 29-51.6.

Holzl, G. & Dormann, P. (2007). Структура и функция гликоглицеролипидов у растений и бактерий. Prog. Lipid Res., 46, 225-243.7. Хонке, К. (2013). Биосинтез и биологическая функция сульфогликолипидов. Proc. Япон. Акад. Ser. B, 89 (4), 129-138.8. Канфер Дж. & Хакомори С. (1983). Сфинголипидная биохимия. (Д. Ханахан, ред.

), Справочник по исследованию липидов 3 (1-е изд.).9. Койнова Р. и Кэффри М. (1994). Фазы и фазовые переходы гликоглицеролипидов. Химия и физика липидов, 69, 181-207.10. Law, J. (1960). Гликолипиды. Ежегодные Обзоры, 29, 131-150.

11. Paulick, M.G. & Bertozzi, C.R. (2008). Якорь гликозилфосфатидилинозитола: сложное закрепление мембраны.

Биохимия, 47, 6991-7000.

Источник: https://ru.thpanorama.com/articles/biologa/glucolpidos-clasificacin-estructura-y-funciones.html

2.2. Клетка – единица строения, жизнедеятельности, роста и развития организмов

Клетки могут отличаться друг от друга по форме, строению и функциям, хотя основные структурные элементы у большинства клеток сходны. Систематические группы клеток – прокариотические и эукариотические (надцарства прокариоты и эукариоты).

Прокариотические клетки не содержат настоящего ядра и ряда органоидов (царство дробянки).

Эукариотические клетки содержат ядро, в котором находится наследственный аппарат организма (надцарства грибы, растения, животные).

Любой организм развивается из клетки.

Это относится к организмам, появившимся на свет как в результате бесполого, так и в результате полового способов размножения. Именно поэтому клетка считается единицей роста и развития организма.

1.Особенности строения клеток прокариот и эукариот

Прокариоты – древнейшие организмы, образующие самостоятельное царство. К прокариотам относятся бактерии, сине-зеленые «водоросли» и ряд других мелких групп.

Клетки прокариот не обладают, в отличие от эукариот, оформленным клеточным ядром и другими внутренними мембранными органоидами (за исключением плоских цистерн у фотосинтезирующих видов, например, у цианобактерий).

Единственная крупная кольцевая (у некоторых видов – линейная) двухцепочечная молекула ДНК, в которой содержится основная часть генетического материала клетки (так называемый нуклеоид) не образует комплекса с белками-гистонами (так называемого хроматина). К прокариотам относятся бактерии, в том числе цианобактерии (сине-зелёные водоросли).

Также к ним можно условно отнести постоянные внутриклеточные симбионты эукариотических клеток – митохондрии и пластиды.

Эукариоты (эвкариоты) (от греч. eu– хорошо, полностью иkaryon– ядро) – организмы, обладающие, в отличие от прокариот, оформленным клеточным ядром, отграниченным от цитоплазмы ядерной оболочкой.

Генетический материал заключён в нескольких линейных двухцепочечных молекулах ДНК (в зависимости от вида организмов их число на ядро может колебаться от двух до нескольких сотен), прикрепленных изнутри к мембране клеточного ядра и образующих у подавляющего большинства (кроме динофлагеллят) комплекс с белками-гистонами, называемый хроматином. В клетках эукариот имеется система внутренних мембран, образующих, помимо ядра, ряд других органоидов (эндоплазматическая сеть, аппарат Гольджи и др.). Кроме того, у подавляющего большинства имеются постоянные внутриклеточные симбионты-прокариоты – митохондрии, а у водорослей и растений – также и пластиды.

2. Клетки эукариот. Строение и функции

К эукариотам относятся растения, животные, грибы.

Клеточной стенки у клеток животных нет. Она представлена голым протопластом. Пограничный слой клетки животных – гликокаликс – это верхний слой цитоплазматической мембраны, «усиленный» молекулами полисахаридов, которые входят в состав межклеточного вещества.

Митохондрии имеют складчатые кристы.

В клетках животных есть клеточный центр, состоящий из двух центриолей. Это говорит о том, что любая клетка животных потенциально способна к делению.

Включение в животной клетке представлено в виде зерен и капель (белки, жиры, углевод гликоген), конечных продуктов обмена, кристаллов солей, пигментов.

В клетках животных могут быть сократительные, пищеварительные, выделительные вакуоли небольших размеров.

В клетках нет пластид, включений в виде крахмальных зерен, крупных вакуолей, заполненных соком.

3. Сопоставление прокариотической и эукариотической клеток

Наиболее важным отличием эукариот от прокариот долгое время считалось наличие оформленного ядра и мембранных органоидов. Однако к 1970 – 1980-м гг.

стало ясно, что это лишь следствие более глубинных различий в организации цитоскелета. Некоторое время считалось, что цитоскелет свойственен только эукариотам, но в середине 1990-х гг.

белки, гомологичные основным белкам цитоскелета эукариот, были обнаружены и у бактерий.

Именно наличие специфическим образом устроенного цитоскелета позволяет эукариотам создать систему подвижных внутренних мембранных органоидов.

Кроме того, цитоскелет позволяет осуществлять эндо- и экзоцитоз (как предполагается, именно благодаря эндоцитозу в эукариотных клетках появились внутриклеточные симбионты, в том числе митохондрии и пластиды).

Другая важнейшая функция цитоскелета эукариот – обеспечение деления ядра (митоз и мейоз) и тела (цитотомия) эукариотной клетки (деление прокариотических клеток организовано проще). Различия в строении цитоскелета объясняют и другие отличия про- и эукариот.

Например, постоянство и простоту форм прокариотических клеток и значительное разнообразие формы и способность к её изменению у эукариотических, а также относительно большие размеры последних.

Так, размеры прокариотических клеток составляют в среднем 0,5 – 5 мкм, размеры эукариотических – в среднем от 10 до 50 мкм.

Кроме того, только среди эукариот попадаются поистине гигантские клетки, такие как массивные яйцеклетки акул или страусов (в птичьем яйце весь желток – это одна огромная яйцеклетка), нейроны крупных млекопитающих, отростки которых, укрепленные цитоскелетом, могут достигать десятков сантиметров в длину.

По своей структуре организмы могут одноклеточными и многоклеточными. Прокариоты преимущественно одноклеточны, за исключением некоторых цианобактерий и актиномицетов. Среди эукариот одноклеточное строение имеют простейшие, ряд грибов, некоторые водоросли. Все остальные формы многоклеточны. Считается, что одноклеточными были первые живые организмы Земли.

По способу питания и строению клеток выделяют  царства:

• Дробянки;
• Гриб
• Растения;
• Животные.

Бактериальные клетки (царство Дробянки) имеют: плотную клеточную стенку, одну кольцевую молекулу ДНК (нуклеоид), рибосомы.

В этих клетках нет многих органоидов, характерных для эукариотических растительных, животных и грибных клеток. По способу питания бактерии делятся на фототрофов, хемотрофов, гетеротрофов.

Клетки грибов покрыты клеточной стенкой, отличающейся по химическому составу от клеточных стенок растений. Она содержит в качестве основных компонентов хитин, полисахариды, белки и жиры. Запасным веществом клеток грибов и животных является гликоген.

Клетки растений содержат: хлоропласты, лейкопласты и хромопласты; они окружены плотной клеточной стенкой из целлюлозы, а также имеют вакуоли с клеточным соком. Все зеленые растения относятся к автотрофным организмам.

У клеток животных нет плотных клеточных стенок. Они окружены клеточной мембраной, через которую происходит обмен веществ с окружающей средой.

Источник: https://zen.yandex.ru/media/id/5c1369c1eaf0a500aa6a15f0/22-kletka--edinica-stroeniia-jiznedeiatelnosti-rosta-i-razvitiia-organizmov-5c50a3a8168e0900af1e0b0c