โพลีแซ็กคาไรด์
พอลิแซ็กคาไรด์ ( / ˌ p ɒ l i ˈ s æ k ə r aɪ d / ;จากภาษากรีกโบราณπολύς ( polús ) ' มาก, เยอะ' และσάκχαρ ( sákkhar ) ' น้ำตาล' ) คือ "สารประกอบที่ประกอบด้วย โมโนแซ็กคาไรด์จำนวนมากที่เชื่อมต่อกันด้วยไกลโคไซด์ " [ 1 ] พวกมันเป็น คาร์โบไฮเดรตที่พบมากที่สุดในอาหารโครงสร้างของพวกมันมีตั้งแต่แบบเส้นตรงไปจนถึงพอลิเมอร์ที่มีกิ่งก้านสาขาจำนวนมาก ตัวอย่างเช่น พอลิแซ็กคาไรด์สำหรับเก็บสะสม เช่นแป้งไกลโคเจนและ กาแล ค โต เจนและพอลิแซ็กคาไรด์เชิงโครงสร้าง เช่นเฮมิเซลลูโลสและไคติน คำว่า "ไกลแคน" มีความหมายเหมือนกับพอลิแซ็กคาไรด์[ 2 ]แต่โดยทั่วไปแล้วไกลแคนมักถูกกล่าวถึงในบริบทของไกลโคคอนจูเกตซึ่งก็คือไฮบริดของพอลิแซ็กคาไรด์และโปรตีนหรือลิปิด[ 3 ]
พอลิแซ็กคาไรด์มักไม่เป็นเนื้อเดียวกันโดยมีหน่วยซ้ำที่มีการเปลี่ยนแปลงเล็กน้อย อาจเป็นอสัณฐาน (เช่นแป้ง ) หรือไม่ละลายในน้ำ (เช่นเซลลูโลส ) [ 4 ]
โดยทั่วไปแล้ว แซ็กคาไรด์ประกอบด้วยคาร์โบไฮเดรตอย่างง่ายที่เรียกว่าโมโนแซ็กคาไรด์ ซึ่งมีสูตรทั่วไปคือ (CH O) โดยที่nมีค่าตั้งแต่สามขึ้นไป ตัวอย่างของโมโนแซ็กคาไรด์ ได้แก่กลูโคสฟรุกโตสและกลีเซอรัลดีไฮด์ [ 5 ] ในขณะเดียวกัน พอลิแซ็กคาไรด์มีสูตรทั่วไปคือ C (H O) โดยที่xและyมักจะเป็นตัวเลขขนาดใหญ่ระหว่าง 200 ถึง 2500 เมื่อหน่วยซ้ำในโครงสร้างพอลิเมอร์เป็นโมโนแซ็กคาไรด์ที่มีคาร์บอนหกอะตอมซึ่งมักจะเป็นเช่นนั้น สูตรทั่วไปจะลดรูปเป็น (C H O ) โดยที่โดยทั่วไป40 ≤ n ≤ 3000
โดยทั่วไปแล้ว พอลิแซ็กคาไรด์จะมีหน่วยโมโนแซ็กคาไรด์มากกว่าสิบหน่วย ในขณะที่โอลิโกแซ็กคาไรด์จะมีหน่วยโมโนแซ็กคาไรด์ตั้งแต่สามถึงสิบหน่วย แต่จุดตัดที่แน่นอนจะแตกต่างกันไปตามธรรมเนียมปฏิบัติ พอลิแซ็กคาไรด์เป็นพอลิเมอร์ทางชีวภาพ ที่สำคัญประเภทหนึ่ง หน้าที่ ของพวก มันในสิ่งมีชีวิตมักเกี่ยวข้องกับโครงสร้างหรือการเก็บสะสมแป้ง (พอลิเมอร์ของกลูโคส) ถูกใช้เป็นพอลิแซ็กคาไรด์สำหรับการเก็บสะสมในพืช โดยพบในรูปของทั้งอะไมโลสและอะไมโลเพกติน ที่มีกิ่งก้านสาขา ในสัตว์ พอลิเมอร์ของกลูโคสที่มีโครงสร้างคล้ายกันคือ ไกลโคเจนที่มีกิ่งก้านสาขาหนาแน่นกว่าซึ่งบางครั้งเรียกว่า "แป้งสัตว์" คุณสมบัติของไกลโคเจนทำให้สามารถเผาผลาญได้เร็วขึ้น ซึ่งเหมาะกับชีวิตที่กระฉับกระเฉงของสัตว์ที่เคลื่อนไหว ในแบคทีเรียพวกมันมีบทบาทสำคัญในความเป็นหลายเซลล์ของแบคทีเรีย[ 6 ]
เซลลูโลสและไคตินเป็นตัวอย่างของพอลิแซ็กคาไรด์เชิงโครงสร้าง เซลลูโลสใช้ในผนังเซลล์ของพืชและสิ่งมีชีวิตอื่นๆ และกล่าวกันว่าเป็นโมเลกุลอินทรีย์ ที่อุดมสมบูรณ์ที่สุด บนโลก[ 7 ]มีการใช้งานมากมาย เช่น มีบทบาทสำคัญในอุตสาหกรรมกระดาษและสิ่งทอ และใช้เป็นวัตถุดิบในการผลิตเรยอน (ผ่าน กระบวนการ วิสโคส ) เซลลูโลสอะซิเตต เซลลูลอยด์ และไนโตรเซลลูโลส ไคตินมีโครงสร้างคล้ายกัน แต่มี กิ่งก้านด้านข้างที่มี ไนโตรเจนทำให้มีความแข็งแรงมากขึ้น พบได้ใน โครง กระดูกภายนอกของสัตว์ขาปล้อง และในผนังเซลล์ของเชื้อรา บางชนิด นอกจากนี้ยังมีการใช้งานหลายอย่าง รวมถึงเส้นด้ายผ่าตัด พอ ลิแซ็กคาไรด์ยังรวมถึงแคลโลสหรือ ลามินา รินคริโซลามินาริน ไซแลนอาราบิโน ไซ แลนแมนแนนฟูคอยแดนและกาแลคโตแมนแนน
เซลลูโลสและใยอาหาร
โครงสร้าง
พอลิแซ็กคาไรด์ทางโภชนาการเป็นแหล่งพลังงานทั่วไป สิ่งมีชีวิตหลายชนิดสามารถย่อยแป้งให้เป็นกลูโคสได้อย่างง่ายดาย ในทางตรงกันข้าม มีสิ่งมีชีวิตเพียงไม่กี่ชนิดที่สามารถเผาผลาญเซลลูโลสได้ แบคทีเรียและโปรติสต์บางชนิดสามารถเผาผลาญคาร์โบไฮเดรตประเภทนี้ได้ตัวอย่างเช่นสัตว์เคี้ยวเอื้องและปลวก ใช้จุลินทรีย์ในการแปรรูปเซลลูโลส [ 3 ]
พอลิแซ็กคาไรด์บางชนิดย่อยยาก แต่ในรูปของใยอาหารจะช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการย่อยอาหาร[ 8 ] [ 9 ]ใยอาหารที่ละลายน้ำได้จะจับกับกรดน้ำดีในลำไส้เล็ก ทำให้กรดน้ำดีเข้าสู่ร่างกายได้ยากขึ้น ซึ่งจะช่วยลด ระดับ คอเลสเตอรอลในเลือด[ 10 ]ใยอาหารที่ละลายน้ำได้ยังช่วยลดการดูดซึมน้ำตาล ลดการตอบสนองของน้ำตาลหลังรับประทานอาหาร ปรับระดับไขมันในเลือดให้เป็นปกติ และเมื่อหมักในลำไส้ใหญ่แล้ว จะได้กรดไขมันสายสั้นเป็นผลพลอยได้ที่มีกิจกรรมทางสรีรวิทยาหลากหลาย (จะกล่าวถึงต่อไป) แม้ว่าใยอาหารที่ไม่ละลายน้ำจะเกี่ยวข้องกับการลดความเสี่ยงของโรคเบาหวาน แต่กลไกที่ทำให้เกิดผลเช่นนี้ยังไม่เป็นที่ทราบแน่ชัด[ 11 ]
อย่างไรก็ตาม ใยอาหารถือว่ามีความสำคัญต่อโภชนาการ โดยหน่วยงานกำกับดูแลในหลายประเทศที่พัฒนาแล้วแนะนำให้เพิ่มปริมาณการบริโภคใยอาหาร[ 8 ] [ 9 ] [ 12 ] [ 13 ]
พอลิแซ็กคาไรด์สำหรับเก็บสะสม
แป้ง
แป้งเป็น พอลิเมอร์ ของกลูโคสซึ่ง หน่วย กลูโคไพราโนสเชื่อมต่อกันด้วย พันธะ อัลฟาประกอบด้วยส่วนผสมของอะไมโลส (15–20%) และอะไมโลเพคติน (80–85%) อะไมโลสประกอบด้วยสายโซ่เชิงเส้นของโมเลกุลกลูโคสหลายร้อยโมเลกุล และอะไมโลเพคตินเป็นกิ่งก้านสาขาที่ประกอบด้วยหน่วยกลูโคสหลายพันหน่วย (แต่ละสายโซ่ของหน่วยกลูโคส 24–30 หน่วยคือหนึ่งหน่วยของอะไมโลเพคติน) แป้งไม่ละลายในน้ำสามารถย่อยได้โดยการแตกพันธะอัล ฟา (พันธะไกลโค ไซด์) มนุษย์และสัตว์อื่นๆ มีอะไมเลสเพื่อให้สามารถย่อยแป้งได้มันฝรั่งข้าวข้าวสาลีและข้าวโพดเป็นแหล่งแป้งหลักในอาหารของมนุษย์ การก่อตัวของแป้งเป็นวิธีที่พืชเก็บสะสมกลูโคส[ 14 ]
ไกลโคเจน
ไกลโคเจนทำหน้าที่เป็นแหล่งเก็บพลังงานระยะยาวสำรองใน เซลล์ สัตว์และเชื้อราโดยแหล่งเก็บพลังงานหลักจะอยู่ในเนื้อเยื่อไขมันไกลโคเจนถูกสร้างขึ้นโดยตับและกล้ามเนื้อ เป็นหลัก แต่ก็สามารถสร้างได้โดยกระบวนการสร้างไกลโคเจนในสมองและกระเพาะอาหารได้ เช่นกัน [ 15 ]
ไกลโคเจนมีลักษณะคล้ายกับแป้งและบางครั้งเรียกว่าแป้งสัตว์ [ 16 ] มีโครงสร้างคล้ายกับอะไมโลเพคตินแต่มีกิ่งก้านสาขาที่กว้างขวางและกะทัดรัดกว่าแป้ง ไกลโคเจนเป็นพอลิเมอร์ของพันธะไกลโคไซด์ α(1→4) ที่เชื่อมต่อกันด้วยกิ่งก้านสาขาที่เชื่อมต่อกัน α(1→6) ไกลโคเจนพบในรูปของเม็ดเล็กๆ ในไซโตซอล /ไซโตพลาสซึมใน เซลล์หลายชนิดและมีบทบาทสำคัญในวัฏจักรกลูโคสไกลโคเจนสร้าง แหล่งสำรอง พลังงานที่สามารถนำมาใช้ได้อย่างรวดเร็วเพื่อตอบสนองความต้องการกลูโคสอย่างฉับพลัน แต่เป็นแหล่งสำรองพลังงานที่กะทัดรัดน้อยกว่าและพร้อมใช้งานได้ทันทีมากกว่า ไตรกลีเซอไรด์ (ลิปิด)
ในเซลล์ตับไกลโคเจนประกอบด้วยน้ำหนักสดมากถึง 8 เปอร์เซ็นต์ (100–120 กรัมในผู้ใหญ่) หลังรับประทานอาหารไม่นาน[ 17 ]เฉพาะไกลโคเจนที่เก็บไว้ในตับเท่านั้นที่สามารถเข้าถึงอวัยวะอื่นได้ ในกล้ามเนื้อไกลโคเจนพบได้ในความเข้มข้น ต่ำ เพียงหนึ่งถึงสองเปอร์เซ็นต์ของมวลกล้ามเนื้อ ปริมาณไกลโคเจนที่เก็บไว้ในร่างกาย โดยเฉพาะอย่างยิ่งในกล้ามเนื้อตับและเม็ดเลือดแดง[ 18 ] [ 19 ] [ 20 ]จะแตกต่างกันไปตามกิจกรรมทางกายอัตราการเผาผลาญพื้นฐานและพฤติกรรมการกิน เช่นการอดอาหารเป็นช่วงๆไกลโคเจนจำนวนเล็กน้อยพบได้ในไตและพบในปริมาณที่น้อยกว่ามากในเซลล์เกลีย บางชนิดใน สมองและเม็ดเลือดขาวมดลูก ยังเก็บสะสมไกลโคเจนในระหว่างตั้ง ครรภ์เพื่อบำรุงตัวอ่อน[ 17 ]
ไกลโคเจนประกอบด้วยโซ่กิ่งของหน่วยย่อยกลูโคส โดยส่วนใหญ่จะถูกเก็บไว้ในตับและกล้ามเนื้อ[ 21 ]
- มันเป็นแหล่งสำรองพลังงานสำหรับสัตว์
- เป็นคาร์โบไฮเดรตชนิดหลักที่ถูกสะสมไว้ในสิ่งมีชีวิตของสัตว์
- สารนี้ไม่ละลายในน้ำ และจะเปลี่ยนเป็นสีน้ำตาลแดงเมื่อผสมกับไอโอดีน
- นอกจากนี้ยังให้กลูโคสเมื่อผ่านกระบวนการไฮโดรไลซิสด้วย
ภาพตัดขวางแบบ 2 มิติของไกลโคเจน โปรตีนแกนกลางของไกลโคเจนินถูกล้อมรอบด้วยกิ่งก้านของ หน่วย กลูโคสเม็ดกลมทั้งหมดอาจมีหน่วยกลูโคสประมาณ 30,000 หน่วย[ 22 ]
กาแลคโตเจน
กาแลคโตเจนเป็นพอลิแซ็กคาไรด์ของกาแลคโตสซึ่งทำหน้าที่เป็นแหล่งเก็บพลังงานใน หอยทาก ปอดและCaenogastropoda บางชนิด [ 23 ] พอลิแซ็ กคาไรด์นี้พบเฉพาะในระบบสืบพันธุ์และพบเฉพาะในต่อมอัลบูมินจากระบบสืบพันธุ์ของหอยทากตัวเมียและในของเหลวรอบไข่ของอีโกเจน ซึ่งมีการประยุกต์ใช้ในโครงสร้างไฮโดรเจล โครงสร้างไฮโดรเจลเหล่านี้สามารถออกแบบให้ปล่อยยาอนุภาคนาโนเฉพาะและ/หรือยาที่ห่อหุ้มไว้ได้เมื่อเวลาผ่านไปหรือเพื่อตอบสนองต่อสิ่งกระตุ้นจากสิ่งแวดล้อม[ 24 ]
กาแลคโตเจนซึ่งเกิดจากการเชื่อมโยง อนุภาคนาโนที่ใช้พอลิแซ็กคาไรด์และพอลิเมอร์เชิงฟังก์ชัน มีการประยุกต์ใช้ในโครงสร้างไฮโดรเจล โครงสร้างไฮโดรเจลเหล่านี้สามารถออกแบบให้ปลดปล่อยยาอนุภาคนาโนเฉพาะและ/หรือยาที่ห่อหุ้มไว้ได้เมื่อเวลาผ่านไปหรือตอบสนองต่อสิ่งกระตุ้นจากสิ่งแวดล้อม[ 25 ]
กาแลคโตเจนเป็นพอลิแซ็กคาไรด์ที่มีความสามารถในการจับกับสารชีวภาพด้วยเหตุนี้ การติดกาแลคโตเจนเข้ากับพอลิแซ็กคาไรด์อื่นๆ ที่ประกอบเป็นพื้นผิวของอุปกรณ์ทางการแพทย์ ทำให้กาแลคโตเจนมีประโยชน์ในฐานะวิธีการจับสารชีวภาพ (เช่น CTC) วิธีการปล่อยสารชีวภาพที่ถูกจับ และวิธีการวิเคราะห์[ 26 ]
อินูลิน
อินูลินเป็นคาร์โบไฮเดรตเชิงซ้อนโพลีแซ็กคาไรด์ที่ เกิดขึ้นตามธรรมชาติ ประกอบด้วยฟรุกโตสซึ่งเป็นอาหารที่ได้จากพืชที่เอนไซม์ย่อยอาหารของมนุษย์ไม่สามารถย่อยสลายได้อย่างสมบูรณ์ อินูลินอยู่ในกลุ่มของใยอาหารที่เรียกว่าฟรุกแทน อินูลินถูกใช้โดยพืชบางชนิดเพื่อเก็บสะสมพลังงาน และมักพบในรากหรือเหง้าพืชส่วนใหญ่ที่สังเคราะห์และเก็บสะสมอินูลินจะไม่เก็บสะสมคาร์โบไฮเดรตในรูปแบบอื่น เช่นแป้งในสหรัฐอเมริกาในปี 2018 องค์การอาหารและยาได้อนุมัติอินูลินเป็นส่วนประกอบของใยอาหารที่ใช้เพื่อปรับปรุง คุณค่า ทางโภชนาการของผลิตภัณฑ์อาหารแปรรูป[ 27 ]
พอลิแซ็กคาไรด์เชิงโครงสร้าง
อะราบิโนไซแลน
อาราบิโนไซแลนพบได้ทั้งในผนังเซลล์ปฐมภูมิและทุติยภูมิของพืช และเป็นโคพอลิเมอร์ของน้ำตาลสองชนิด ได้แก่อาราบิโนสและไซโลสนอกจากนี้ยังอาจมีผลดีต่อสุขภาพของมนุษย์ด้วย[ 28 ]
เซลลูโลส
ส่วนประกอบโครงสร้างของพืชส่วนใหญ่ประกอบด้วยเซลลูโลส ไม้ส่วนใหญ่ประกอบด้วยเซลลูโลสและลิกนินในขณะที่กระดาษและฝ้ายเกือบจะเป็นเซลลูโลสล้วน เซลลูโลสเป็นพอลิเมอร์ที่สร้างขึ้นจากหน่วยกลูโคสที่ซ้ำกันซึ่งเชื่อมต่อกันด้วย พันธะ เบต้ามนุษย์และสัตว์หลายชนิดไม่มีเอนไซม์ที่จะทำลาย พันธะ เบต้าดังนั้นจึงไม่สามารถย่อยเซลลูโลสได้ สัตว์บางชนิด เช่นปลวกสามารถย่อยเซลลูโลสได้ เนื่องจากมีแบคทีเรียที่มีเอนไซม์อยู่ในลำไส้ เซลลูโลสไม่ละลายในน้ำ ไม่เปลี่ยนสีเมื่อผสมกับไอโอดีน เมื่อไฮโดรไลซิสจะได้กลูโคส เป็นคาร์โบไฮเดรตที่พบมากที่สุดในธรรมชาติ[ 29 ]
ไคติน
ไคตินเป็นส่วนประกอบโครงสร้างของสัตว์หลายชนิด เช่นโครงกระดูกภายนอกของแมลง ไคตินจะย่อยสลายได้ ทางชีวภาพ เมื่อมี เอนไซม์ที่เรียกว่าไคติเนสซึ่งถูกหลั่งโดยจุลินทรีย์ เช่นแบคทีเรียและเชื้อราและผลิตโดยพืชบางชนิด จุลินทรีย์เหล่านี้บางชนิดมีตัวรับน้ำตาลโมโนแซ็กคาไรด์จากการสลายตัวของไคติน หากตรวจพบไคติน พวกมันจะผลิตเอนไซม์เพื่อย่อยสลายไคตินโดยการตัดพันธะไกลโคไซด์เพื่อเปลี่ยนเป็นน้ำตาลโมโนแซ็กคาไรด์และแอมโมเนีย[ 30 ]
ในทางเคมี ไคตินมีความเกี่ยวข้องอย่างใกล้ชิดกับไคโตซาน (ซึ่งเป็นอนุพันธ์ของไคตินที่ละลายน้ำได้ดีกว่า) นอกจากนี้ยังมีความเกี่ยวข้องอย่างใกล้ชิดกับเซลลูโลสในแง่ที่เป็นสายโซ่ที่ไม่แตกแขนงของ อนุพันธ์ของ กลูโคสวัสดุทั้งสองชนิดนี้มีส่วนช่วยในการสร้างโครงสร้างและความแข็งแรง ช่วยปกป้องสิ่งมีชีวิต[ 31 ]
เพคติน
เพคตินเป็นกลุ่มของพอลิแซ็กคาไรด์เชิงซ้อนที่มีหน่วยย่อยของกรด α- D -galactosyl uronic ที่เชื่อมต่อกันด้วยพันธะ 1,4 เพคตินมีอยู่ในผนังเซลล์ปฐมภูมิส่วนใหญ่และในส่วนที่ไม่ใช่เนื้อไม้ของพืชบก[ 32 ]
พอลิแซ็กคาไรด์ที่เป็นกรด
พอลิแซ็กคาไรด์ที่เป็นกรดคือพอลิแซ็กคาไรด์ที่มีหมู่คาร์บอกซิลหมู่ฟอสเฟต และ/หรือหมู่เอสเทอร์ซัลฟิวริก[ 33 ]
โพลีแซ็กคาไรด์ที่มีกลุ่มซัลเฟตสามารถแยกได้จากสาหร่าย[ 34 ]หรือได้มาจากการดัดแปลงทางเคมี[ 35 ]
พอลิแซ็กคาไรด์เป็นสารชีวโมเลกุลประเภทหลัก เป็นโซ่ยาวของโมเลกุลคาร์โบไฮเดรตที่ประกอบด้วยโมโนแซ็กคาไรด์ขนาดเล็กหลายโมเลกุล สารชีวโมเลกุลขนาดใหญ่ที่ซับซ้อนเหล่านี้ทำหน้าที่เป็นแหล่งพลังงานที่สำคัญในเซลล์สัตว์และเป็นส่วนประกอบโครงสร้างของเซลล์พืช อาจเป็นโฮโมพอลิแซ็กคาไรด์หรือเฮเทอโรพอลิแซ็กคาไรด์ก็ได้ ขึ้นอยู่กับชนิดของโมโนแซ็กคาไรด์
พอลิแซ็กคาไรด์อาจเป็นสายโซ่ตรงของโมโนแซ็กคาไรด์ ซึ่งเรียกว่าพอลิแซ็กคาไรด์เชิงเส้น หรืออาจเป็นสายโซ่แตกแขนง ซึ่งเรียกว่าพอลิแซ็กคาไรด์แตกแขนง
โพลีแซ็กคาไรด์ของแบคทีเรีย
แบคทีเรียก่อโรคโดยทั่วไปจะสร้างแคปซูลแบคทีเรียซึ่งเป็นชั้นโพลีแซ็กคาไรด์หนาคล้ายเมือก แคปซูลนี้จะห่อหุ้มโปรตีนแอนติเจน บนผิวของแบคทีเรีย ซึ่งหากไม่มีแคปซูล โปรตีนเหล่านั้นจะกระตุ้นการตอบสนองทางภูมิคุ้มกันและนำไปสู่การทำลายแบคทีเรีย โพลีแซ็กคาไรด์ในแคปซูลละลายน้ำได้ มีฤทธิ์เป็นกรด และมีน้ำหนักโมเลกุลอยู่ในระดับประมาณ100,000 ถึง2,000,000 Da [ 36 ] พวกมันเป็น เส้นตรงและประกอบด้วยหน่วยย่อยที่ซ้ำกันอย่างสม่ำเสมอของโมโนแซ็กคาไรด์หนึ่งถึงหกหน่วยมีความหลากหลายทางโครงสร้างอย่างมาก เกือบสองร้อยพอลิแซ็กคาไรด์ที่แตกต่างกันถูกผลิตโดยE. coliเพียงอย่างเดียว ส่วนผสมของพอลิแซ็กคาไรด์แคปซูล ไม่ว่าจะเป็นแบบคอนจูเกตหรือแบบดั้งเดิม ถูกนำมาใช้เป็นวัคซีน[ 37 ]
แบคทีเรียและจุลินทรีย์อื่นๆ อีกมากมาย รวมถึงเชื้อราและสาหร่ายมักจะหลั่งพอลิแซ็กคาไรด์เพื่อช่วยให้เกาะติดกับพื้นผิวและป้องกันไม่ให้แห้ง[ 38 ] มนุษย์ได้พัฒนาพอลิแซ็กคาไรด์เหล่านี้บางส่วนให้เป็นผลิตภัณฑ์ที่มีประโยชน์ ได้แก่แซนแทนกัมเดกซ์แทรน เวลานกัม เจลแลน กัม ไดอูแทนกัม และพูลลูแลน
พอลิแซ็กคาไรด์ส่วนใหญ่เหล่านี้แสดง คุณสมบัติ หนืด-ยืดหยุ่น ที่มีประโยชน์ เมื่อละลายในน้ำในระดับต่ำมาก[ 39 ] ทำให้ของเหลวต่างๆ ที่ใช้ในชีวิตประจำวัน เช่น อาหารบางชนิด โลชั่น น้ำยาทำความสะอาด และสี มีความหนืดเมื่ออยู่นิ่ง แต่จะไหลได้คล่องตัวมากขึ้นเมื่อมีการ ใช้แรงเฉือนเพียงเล็กน้อย เช่น การคน การเขย่า การเท การเช็ด หรือการแปรง คุณสมบัตินี้เรียกว่า pseudoplasticity หรือshear thinningการศึกษาเรื่องดังกล่าวเรียกว่าrheology [ 40 ]
| อัตราการเฉือน (รอบต่อนาที) | ความหนืด ( cPหรือ mPa⋅s) |
|---|---|
| 0.3 | 23330 |
| 0.5 | 16000 |
| 1 | 11000 |
| 2 | 5500 |
| 4 | 3250 |
| 5 | 2900 |
| 10 | 1700 |
| 20 | 900 |
| 50 | 520 |
| 100 | 310 |
สารละลายพอลิแซ็กคาไรด์ในน้ำเพียงอย่างเดียวมีพฤติกรรมที่น่าสนใจเมื่อถูกคน: หลังจากหยุดคนแล้ว สารละลายจะยังคงหมุนวนต่อไปเนื่องจากแรงเฉื่อย จากนั้นจะช้าลงจนหยุดนิ่งเนื่องจากความหนืด และเปลี่ยนทิศทางการหมุนชั่วครู่ก่อนจะหยุดสนิท การหมุนกลับนี้เกิดจากผลของความยืดหยุ่นของโซ่พอลิแซ็กคาไรด์ ซึ่งก่อนหน้านี้ถูกยืดออกในสารละลาย กลับคืนสู่สภาพที่ผ่อนคลาย
พอลิแซ็กคาไรด์บนพื้นผิวเซลล์มีบทบาทหลากหลายในระบบนิเวศและสรีรวิทยา ของแบคทีเรีย พวกมันทำหน้าที่เป็นเกราะป้องกันระหว่างผนังเซลล์กับสิ่งแวดล้อม และเป็นตัวกลางในปฏิสัมพันธ์ระหว่างโฮสต์กับเชื้อโรค พอลิแซ็กคาไรด์ยังมีบทบาทสำคัญในการก่อตัวของไบโอฟิล์มและโครงสร้างของสิ่งมีชีวิตที่ซับซ้อนในแบคทีเรีย เช่นMyxococcus xanthus [ 6 ]
พอลิแซ็กคาไรด์เหล่านี้ถูกสังเคราะห์ขึ้นจากสารตั้งต้นที่ถูกกระตุ้นด้วยนิวคลีโอไท ด์ (เรียกว่า น้ำตาลนิวคลีโอไท ด์ ) และในกรณีส่วนใหญ่ เอนไซม์ทั้งหมดที่จำเป็นสำหรับการสังเคราะห์ การประกอบ และการขนส่งของพอลิเมอร์ที่สมบูรณ์นั้นถูกเข้ารหัสโดยยีนที่จัดเรียงเป็นกลุ่มเฉพาะภายในจีโนมของสิ่งมีชีวิตลิโปพอลิแซ็กคาไรด์เป็นหนึ่งในพอลิแซ็กคาไรด์ที่สำคัญที่สุดบนผิวเซลล์ เนื่องจากมีบทบาทสำคัญในการรักษาสภาพความสมบูรณ์ของเยื่อหุ้มเซลล์ชั้นนอก รวมทั้งเป็นตัวกลางสำคัญในการโต้ตอบระหว่างโฮสต์และเชื้อโรค
เอนไซม์ที่สร้าง แอนติเจน O แถบ A (โฮโมพอลิเมอริก) และแถบ B (เฮเทอโรพอลิเมอริก) ได้รับการระบุและกำหนดเส้นทางการเผาผลาญ แล้ว [ 42 ]อัลจิเนตซึ่งเป็นเอ็กโซพอลิแซ็กคาไรด์เป็นโคพอลิเมอร์เชิงเส้นของ กรด D-แมนนูโรนิกและ กรด L-กูลูโรนิกที่เชื่อมต่อกันด้วย β-1,4 และเป็นสาเหตุของลักษณะเมือกของโรคซิสติกไฟโบรซิสระยะสุดท้าย ตำแหน่ง pelและpslยังเข้ารหัส เอ็ก โซพอลิแซ็กคาไรด์ที่พบว่ามีความสำคัญต่อการก่อตัวของไบโอฟิล์ม แรม โน ลิปิดเป็นไบโอเซอร์แฟกแทนต์ซึ่งการผลิตถูกควบคุมอย่างเข้มงวดใน ระดับ การถอดรหัสแต่บทบาทที่แน่นอนที่มันมีต่อโรคยังไม่เป็นที่เข้าใจดีในปัจจุบันการไกลโคซิเลชัน ของโปรตีน โดยเฉพาะอย่างยิ่งของไพลินและแฟลเจลลิน กลายเป็นจุดสนใจของการวิจัยโดยหลายกลุ่มตั้งแต่ประมาณปี 2007 และแสดงให้เห็นว่ามีความสำคัญต่อการยึดเกาะและการบุกรุกในระหว่างการติดเชื้อแบคทีเรีย[ 43 ]
การทดสอบการระบุทางเคมีสำหรับพอลิแซ็กคาไรด์
การย้อมสีด้วยกรดเพอร์ออกซิแอซิด-ชิฟฟ์ (PAS)
พอลิแซ็กคาไรด์ที่มีไดออลหรืออะมิโนซูการ์ที่อยู่ติดกันโดยไม่มีการป้องกัน (ซึ่ง หมู่ ไฮดรอกซิล บางส่วน ถูกแทนที่ด้วยอะมีน ) จะให้ผลการย้อมสี ด้วย กรดเพอร์ออกซิแอซิด-ชิฟฟ์ (PAS) เป็นบวก รายชื่อของพอลิแซ็กคาไรด์ที่ย้อมติดสี PAS นั้นมีมากมาย แม้ว่ามิวซินที่มาจากเนื้อเยื่อบุผิวจะย้อมติดสี PAS ได้ แต่มิวซินที่มาจากเนื้อเยื่อเกี่ยวพันมีการแทนที่ด้วยกรดมากเกินไป ทำให้ไม่มีหมู่ไกลคอลหรืออะมิโนแอลกอฮอล์เหลืออยู่เพียงพอที่จะทำปฏิกิริยากับ PAS
อนุพันธ์
การปรับเปลี่ยนทางเคมีสามารถปรับปรุงคุณสมบัติบางอย่างของพอลิแซ็กคาไรด์ได้ ลิแกนด์ต่างๆ สามารถเชื่อมต่อกับหมู่ไฮดรอกซิลของพวกมันด้วยพันธะโควาเลนต์ได้ ตัวอย่างเช่น เนื่องจากการเชื่อมต่อหมู่เมทิล ไฮดรอกซีเอทิล หรือคาร์บอกซีเมทิลด้วยพันธะโควาเลนต์บนเซลลูโลสจะทำให้มีคุณสมบัติการบวมตัวสูงในตัวกลางที่เป็นน้ำได้[ 44 ]
อีกตัวอย่างหนึ่งคือพอลิแซ็กคาไรด์ที่มีหมู่ไทออล[ 45 ] (ดูไทโอเมอร์ ) หมู่ไทออลจะเชื่อมต่อกับพอลิแซ็กคาไรด์ด้วยพันธะโควาเลนต์ เช่นกรดไฮยาลูโรนิกหรือไคโตซาน [ 46 ] [ 47 ] เนื่องจากพอลิแซ็กคาไรด์ที่มีหมู่ไทออลสามารถเชื่อมโยงกันได้ผ่านการสร้างพันธะไดซัลไฟด์ จึงทำให้เกิดโครงข่ายสามมิติที่เสถียร นอกจากนี้ยังสามารถจับกับหน่วยย่อยซิสเทอีนของโปรตีนผ่านพันธะไดซัลไฟด์ได้ ด้วยพันธะเหล่านี้ พอลิแซ็กคาไรด์จึงสามารถเชื่อมต่อกับโปรตีนภายในร่างกาย เช่น มิวซินหรือเคราตินด้วยพันธะโควาเลนต์ได้[ 45 ]
ดูเพิ่มเติม
ลิงก์ภายนอก
- โครงสร้างของพอลิแซ็กคาไรด์
- เครือข่ายความเป็นเลิศด้านโพลีแซ็กคาไรด์แห่งยุโรป