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多糖(英语:Polysaccharide)由多个单糖分子脱水聚合,以糖苷键连接而成,可形成直链或者有分支的长链,水解后得到相应的单糖和寡糖。例如用来储存能量的淀粉和糖原,以及用来组成生物结构的纤维素和甲壳素。

多糖常常由略带修饰的重复单元构成。由于结构不同,多糖高分子和构成它的单糖分子性质迥异,可能无定形,甚至不溶于水。

自然界中存在的糖类(如葡萄糖果糖甘油醛)一般为单糖,通式为(CH2O)n,其中 {\displaystyle n\geq 3} n\geq 3。与此相对,多糖的通式为为CxH2O)y,其中x通常在200到2500之间。鉴于多糖通常由六碳糖构成,多糖的通式也可写作(C6H10O5)n,其中 {\displaystyle 40\leq n\leq 3000} 40\leq n\leq 3000,不过多糖和寡糖的分界见仁见智。

多糖是一种重要的生物高分子,在生物中有储存能量和组成结构的作用。淀粉(包括直链淀粉支链淀粉)是葡萄糖的聚合物,在植物中用来储存能量。动物将能量储存在糖原(也叫动物淀粉)中。糖原也是由葡萄糖聚合而成,但分子中支链更多。动物更活跃,所以利用的是代谢更快的糖原。

纤维素甲壳素是两种组成生物结构的多糖。纤维素构成植物细胞壁,可谓地球上数量最多的有机分子。纤维素应用广泛,不仅在造纸业和纺织业中举足轻重,而且是生产人造丝、醋酸纤维素、赛璐珞、硝化纤维等的原料[1]。甲壳素结构和纤维素类似,但支链中含有,所以强度更高。其存在于节肢动物的外骨骼和真菌的细胞壁中。甲壳素也有很多作用,比如可用作手术缝合线。

化学性质

无甜味

不溶于水

不能通过细胞膜,不可直接被吸收,故必须先水解成单糖,才可被细胞吸收和利用

只能形成胶体

非还原糖

无变旋性

有旋光性

分类

多糖的广义分类分为: 均一性多糖和不均一性多糖。

均一性多糖

由一种单糖分子缩合而成的多糖,叫做均一性多糖。自然界中最丰富的均一性多糖是淀粉和糖原、纤维素。它们都是由葡萄糖组成。淀粉和糖原分别是植物和动物中葡萄糖的贮存形式,纤维素是植物细胞主要的结构组分。

1. 淀粉

淀粉是植物营养物质的一种贮存形式,也是植物性食物中重要的营养成分,分为直链淀粉和支链淀粉[2]

① 直链淀粉:许多α-葡萄糖以α(1-4)糖苷键依次相连成长而不分开的葡萄糖多聚物。典型情况下由数千个葡萄糖线基组成,分子量从150000到600000。结构:长而紧密的螺旋管形。这种紧实的结构是与其贮藏功能相适应的。遇显兰色。

②支链淀粉:在直链的基础上每隔20-25个葡萄糖残基就形成一个-(1-6)支链。不能形成螺旋管,遇碘显紫色。淀粉酶:内切淀粉酶(α-淀粉酶)水解α-1.4键,外切淀粉酶(β-淀粉酶)α-1.4,脱支酶α-1.6。

2.糖原

糖原与支链淀粉类似,只是分支程度更高,每隔4个葡萄糖残基便有一个分支。结构更紧密,更适应其贮藏功能,这是动物将其作为能量贮藏形式的一个重要原因,另一个原因是它含有大量的非原性端,可以被迅速动员水解。糖原遇碘显红褐色。

3. 纤维素结构

许多β-D-葡萄糖分子以β-(1-4)糖苷键相连而成直链。纤维素是植物细胞壁的主要结构成份,占植物体总重量的1/3左右,也是自然界最丰富的有机物,地球上每年约生产1011吨纤维素。经济价值:木材、纸张、纤维、棉花、亚麻。完整的细胞壁是以纤维素为主,并粘连有半纤维素、果胶木质素。约40条纤维素链相互间以氢键相连成纤维细丝,无数纤维细丝构成细胞壁完整的纤维骨架。降解纤维素的纤维素主要存在于微生物中,一些反刍动物可以利用其消化道内的微生物消化纤维素,产生的葡萄糖供自身和微生物共同利用。虽大多数的动物(包括人)不能消化纤维素,但是含有纤维素的食物对于健康是必需的和有益的。

4.几丁质(壳多糖)

N-乙酰-D-葡萄糖胺以(1,4)糖苷链相连成的直链。

5.菊 糖

多聚果糖,存在于菊科植物根部。

6.琼 脂

多聚半乳糖,是某些海藻所含的多糖,人和微生物不能消化琼脂

不均一性多糖

由不同的单糖分子缩合而成的多糖,叫做不均一多糖。常见的有:透明质酸、硫酸软骨素等。

有一些不均一性多糖由含糖胺的重复双糖系列组成,称为糖胺聚糖(glyeosaminoglycans,GAGs),又称粘多糖。(mucopoly saceharides)、氨基多糖等。

糖胺聚糖是蛋白聚糖的主要组分,按重复双糖单位的不同,糖胺聚糖有五类:

1.透明质酸

2.硫酸软骨素

3.硫酸皮肤素

4.硫酸用层酸

5.肝素

6.硫酸乙酰肝素

生物学功能

某些多糖,如纤维素和几丁质(CHITIN),可构成植物骨架。

淀粉和糖原等多糖可作为生物体储存能量的物质。

不均一多糖,如氨基葡萄糖,出现于几丁质昆虫节肢动物外壳的主要成分。

另外,部分多糖亦会通过共价键与蛋白质构成蛋白聚糖发挥生物学功能,如作为机体润滑剂、识别外来组织的细胞、血型物质的基本成分等;或与脂质结合成糖脂质,这些糖称为复合糖,是构成细胞的材料之一。

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参考文献

  1. 人造纤维,中国数字科技馆,2020-2-19
  2. 营养师教你认识“糖”——多糖 ,搜狐,2018-08-09