多糖類：特性、構造、分類、例 - 生物学 - 2025

多糖類しばしばグリカンと呼ばれるが、個々の糖（単糖）の10個の以上のユニットにより形成された高分子量の化合物です。言い換えれば、それらはグリコシド結合を介して一緒にリンクされた単糖ポリマーです。

これらは自然界で非常に一般的な分子であり、すべての生物に見られ、多種多様な機能を果たし、その多くはまだ研究されています。それらは地球上で再生可能な天然資源の最大の源と考えられています。

ホモ多糖であるセルロースの構造（出典：http://www.monografias.com/trabajos46/celulosa-madera/celulosa-madera2.shtml / CC BY-SA（https://creativecommons.org/licenses/by-sa /4.0）ウィキメディア・コモンズ経由）

たとえば、植物細胞の壁は、生物圏で最も豊富な多糖類の1つであるセルロースです。

この化合物は、グルコースと呼ばれる単糖の繰り返し単位によって形成され、植物の構造を維持する機能に加えて、何千もの微生物、真菌、動物の食品として機能します。

時間の経過とともに、人間はセルロースを実用的な目的で利用することに成功しました。彼は綿を使って衣服を作り、木の「パルプ」を使って紙を作るなどしています。

植物によって生産され、人間にとって非常に重要なもう1つの非常に豊富な多糖類は、デンプンです。デンプンは、炭素とエネルギーの主要な供給源の1つであるためです。それは穀物の粒、塊茎などにあります。

多糖類の特徴

-それらは非常に高分子量の高分子です

-それらは主に炭素、水素、酸素原子で構成されています

-それらは構造的および機能的に言​​えば非常に多様です

-それらは地球上のほとんどすべての生物に存在します：植物、動物、バクテリア、原生動物、菌類

-一部の多糖類は水に非常に溶けやすく、他の多糖類は溶けません。これは通常、構造内の分岐の存在に依存します

-それらは、エネルギー貯蔵、細胞通信、細胞や組織の構造的サポートなどで機能します。

-通常、その加水分解により、個々の残留物（単糖類）が放出されます。

-それらは、多くの糖タンパク質、糖脂質などの炭水化物部分など、より複雑な高分子の一部として見つけることができます。

構造

冒頭で説明したように、多糖類は10個を超える糖または単糖類残基のポリマーであり、グルコシド結合を介して結合しています。

それらは非常に多様な分子ですが（可能な構造の種類は無限にあります）、多糖の構造で見られる最も一般的な単糖は、それぞれペントース糖とヘキソース糖、つまりそれぞれ炭素原子5と6の糖です。

多様性

これらの高分子の多様性は、それらを構成することができる異なる糖に加えて、各糖残基が2つの異なる環状形態であることができるという事実にあります：フラノースまたはピラノース（5および6炭素原子を持つ糖のみ）。

さらに、グリコシド結合はα-またはβ-配置である可能性があり、それが十分ではないかのように、これらの結合の形成は隣接する残基の1つ以上のヒドロキシル基（-OH）の置換を伴う可能性があります。

それらはまた、分岐鎖を有する糖、1つ以上のヒドロキシル基を持たない糖（-OH）、および6個を超える炭素原子を有する糖、ならびに単糖の異なる誘導体（一般的またはそうでない）によっても形成され得る。

Raquel Parada Puigによって修正された、直鎖および分岐多糖類のグラフィック表現（出典：jphwang /パブリックドメイン、Wikimedia Commons経由）

直鎖ポリサッカライドは、一般に、剛性または柔軟性のない構造でよりよく詰まり、水に非常に溶けて水溶液中で「ペースト状」の構造を形成する分岐ポリサッカライドとは対照的に、水に不溶性です。

多糖類の分類

多糖類の分類は通常、それらの自然発生に基づいていますが、化学構造に従って分類することがますます一般的になっています。

多くの著者は、多糖類を分類する最良の方法はそれらを構成する糖のタイプに基づいており、それに従って2つの大きなグループが定義されていると考えています。ホモ多糖類のグループとヘテロ多糖類のグループです。

ホモ多糖類またはホモグリカン

このグループには、同一の糖単位または単糖単位で構成されるすべての多糖が含まれます。つまり、同じ種類の糖のホモポリマーです。

最も単純なホモ多糖類は、すべての糖残基が同じタイプの化学結合を介してリンクされている、線形構造を持つものです。セルロースは良い例です。それはβ結合（1→4）によってリンクされたグルコース残基から構成される多糖類です。

ただし、より複雑なホモ多糖類があり、それらは直鎖に複数のタイプの結合を持ち、分岐を持つことさえできます。

自然界で非常に一般的なホモ多糖類の例は、セルロース、グリコーゲン、デンプンであり、すべてグルコース単位の繰り返しで構成されています。このグループには、グルコースの誘導体であるN-アセチル-グルコサミンの繰り返し単位で構成されるキチンも含まれます。

次に、フルクタン（フルクトースユニットで構成される）、ペントサン（アラビノースまたはキシロースで構成される）、およびペクチン（ガラクツロンに由来するガラクツロン酸の誘導体で構成される）などの文献であまり人気のない他のものがあります。

ヘテロ多糖類またはヘテログリカン

一方、このグループ内では、2つ以上の異なるタイプの糖で構成されるすべての多糖類が分類されます。つまり、それらは異なる糖のヘテロポリマーです。

最も単純なヘテロ多糖類は、2つの異なる糖残基（または糖の誘導体）によって形成されます。これは、（1）同じ直線鎖にあるか、または（2）主直線鎖を形成し、他の側鎖を形成するものです。

しかし、2種類以上の高度に分岐した、または糖分を含まない残基で構成されるヘテロ多糖も存在する可能性があります。

これらの分子の多くはタンパク質や脂質と会合し、動物の組織に非常に豊富な糖タンパク質と糖脂質を形成します。

ヘテロ多糖類の非常に一般的な例は、ヒアルロン酸などのムコ多糖類の一部であり、動物に広く分布し、N-アセチル-D-グルコサミン残基にリンクされたグルクロン酸残基からなるものです。

すべての脊椎動物に存在する軟骨には、グルクロン酸とN-アセチル-D-ガラクトサミンの繰り返し単位で構成される、特にコンドロイチン硫酸などのヘテロ多糖類も豊富に含まれています。

命名法に関する一般的な事実

多糖類は総称グリカンで命名されているため、最も正確な命名法では、名前、「親糖」の接頭辞、および末尾に「-ano」を付けるために使用します。例えば、グルコース単位に基づく多糖は、グルカンと呼ばれ得る。

多糖類の例

本文中で、この巨大分子のグループを疑いなく表す最も一般的な例を引用しました。次に、それらのいくつかをもう少し開発し、他の同様に重要なものについて説明します。

グリコーゲンとセルロース、2つの多糖類（出典：en.wikibooksのSunshineconnelly / CC BY（https://creativecommons.org/licenses/by/2.5)、Wikimedia Commons経由、Raquel Parada Puigにより変更）

セルロースとキチン

グルコース残基のポリマーであるセルロースは、キチンと一緒に、地球上で最も豊富なポリマーの1つであるN-アセチルグルコサミン残基のポリマーです。

キチン分子

前者は植物細胞を覆う壁の基本的な部分であり、後者は真菌の細胞壁と節足動物の外骨格であり、昆虫や昆虫を含む信じられないほど多様で豊富な無脊椎動物です。例えば甲殻類。

両方のホモ多糖類は、人間だけでなく、生物圏のすべての生態系にとっても等しく重要です。なぜなら、それらは食物連鎖の基盤にある生物の構造的部分を形成するからです。

グリコーゲンとデンプン

多糖類は、その複数の機能の中で、エネルギー貯蔵材料として機能します。デンプンは植物で生産され、グリコーゲンは動物で生産されます。

どちらもグルコース残基で構成されたホモ多糖であり、さまざまなグリコシド結合を介してリンクされており、非常に複雑なパターンで多数の分岐を示しています。いくつかのタンパク質の助けを借りて、2種類の分子はよりコンパクトな顆粒を形成することができます。

デンプンは、アミロースとアミロペクチンという2つの異なるグルコースポリマーで構成される複合体です。アミロースは、α結合（1→4）によってリンクされたグルコース残基の線状ポリマーですが、アミロペクチンは、α結合（1→6）を介してアミロースに結合する分岐ポリマーです。

ジャガイモ細胞の澱粉粒。出典：Ganymede / CC BY-SA（https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0）

一方、グリコーゲンは、α結合（1→4）によってリンクされ、多数の分岐がα結合（1→6）によって接続されたグルコース単位のポリマーでもあります。これは、デンプンよりも分岐数が大幅に多いです。

グリコーゲンの構造

ヘパリン

ヘパリンは、硫酸基に関連するグリコサミノグリカンです。これは、多くがエステル化されているグルクロン酸ユニットと、α（1→4）結合で結合された6炭素に追加の硫酸基を持つNグルコサミン硫酸ユニットで構成されるヘテロ多糖です。

ヘパリンの構造。画像ソース：Jü/ CC0

この化合物は一般的に抗凝固剤として使用され、通常、心臓発作や不安定狭心症の治療に処方されます。

その他の多糖類

植物は、ゴムやその他の接着剤や乳化化合物など、複雑なヘテロ多糖類に富む多くの物質を生産します。これらの物質は、多くの場合、グルクロン酸と他の糖のポリマーが豊富です。

バクテリアはまた、ヘテロポリサッカライドを生成します。これは、しばしば、それらを取り巻く環境に放出されます。それが、それらがエキソポリサッカライドとして知られている理由です。

これらの物質の多く、特に乳酸菌によって合成されたものは、食品業界でゲル化剤として使用されています。

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