ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Липиды из "Химические основы жизни" Полисахаридами называются высокомолекулярные углеводы, мономерами которых служат моносахариды и их производные, обычно связанные между собой 1,4- или 1,6-гликозидными связями. Гликозидная природа полисахаридов обусловливает их гидролиз в кислой среде и высокую устойчивость в щелочной. Полный гидролиз приводит к образованию соответствующих моносахаридов. Полисахариды, состоящие из остатков моносахаридов одного вида, называют гомополисахаридами. Важнейшие из них — крахмал, гликоген, целлюлоза и хитин. Крахмал и гликоген — активные участники физиологических процессов в организмах животных, а крахмал, целлюлоза и хитин являются структурными компонентами растений. Если полисахариды состоят из разных моносахаридов, то их называют гетерополисахаридами. К ним относятся гиалуроновая кислота, хондроитин-сульфаты, гепарин и гепарансульфаты и другие соединения, выполняющие специфические функции в растительных и животных тканях. [c.243] Молекулярная масса полисахаридов колеблется от 10 до 10 . Макромолекулы полисахаридов имеют высокий уровень структурной организации, который во многом не выяснен. Полисахариды в отличие от моносахаридов и олигосахаридов не обладают сладким вкусом, в большинстве случаев не образуют видимых кристаллических форм и не растворяются в воде. Полисахариды как многоатомные спирты образуют в щелочной среде с катионами меди комплексы синего цвета. Однако растворы полисахаридов не дают реакции серебряного зеркала , так как число концевых пиранозных остатков, выступающих в роли восстановителей, невелико в сравнении с размерами самих полимерных молекул. [c.243] Рассмотрим особенности строения и функций основных биологически значимых представителей природных полисахаридов. [c.243] Крахмал. Крахмал — гомополисахарид, содержащийся в цитоплазме клеток растений в форме крупных гранул диаметром 10—40 нм. Крахмал представляет собой белое аморфное вещество. В результате кислотного или ферментативного гидролиза крахмал распадается до молекул его мономера — В-глюкозы. Крахмал нерастворим в холодной воде и чa тичнt) растворяется в горячей. Это объясняется тем, что крахмал представляет собой смесь двух полисахаридов амилозы (10 —20 %) и амилопектина (80 — 90 %). Амилоза хорошо растворима в теплой воде и не образует крахмального клейстера. Амилопектин с трудом растворяется в горячей воде, при этом получается вязкий раствор (крахмальный клейстер), который при охлаждении застывает в гелеобразную массу. Молекулярные массы амилозы и амилопектина различны (1,5-ь5)-10 и 10 —10 соответственно. При этом цепь амилозы включает от 1 до 3 тыс. В-глюкозных остатков, а у амилопектина — от 6 тыс. до 6 млн. [c.243] Макромолекула амилозы свернута в спираль диаметром около 1 нм, причем на каждый виток спирали приходится по 6 остатков глюкозы (рис. 6.3). Во внутренний канал спирали могут входить подходящие по размеру молекулы, в результате чего образуются молекулярные комплексы — комплексы включения, или клатраты. Например, молекулярный иод дает с амилозой комплекс включения синего цвета, что используется при аналитическом определении крахмала. [c.244] Между точками разветвления располагается около 20 — 25 глюкозных остатков, а разветвления содержат от 15 до 45 остатков глюкозы (рис. 6.4). Отдельные участки полигликозидных цепочек амилопектина скручены в спираль подобно амилозе. Поэтому при добавлении иода к амилопектину последний окрашивается, но не в синий, а в фиолетовый цвет. Вследствие разветвленности цепи и большой молекулярной массы амилопектин в горячей воде набухает, образуя крупные мицеллы, связанные между собой в пространственную сетку, т. е. возникает связно-дисперсная система — гель. [c.244] Таким образом, крахмал представляет собой ассоциативный комплекс амилозы и амилопектина, макромолекулы которых соединены между собой водородными связями непосредственно, атакже с помощью гидратной воды. [c.244] Молекулы циклодекстринов в пространстве имеют форму усеченного конуса, благодаря чему они образуют комплексы включения со многими соединениями за счет слабых ван-дер-ваальсовых и гидрофобных взаимодействий. Цикл о декстрины хорошо растворимы в воде, поэтому с ними удобно работать. Возможно, используя циклодекстрины в качестве строительных блоков для наноструктур, можно найти применение этим соединениям в сборке наноустройств. [c.246] Крахмал находит широкое применение в медицине и во многих отраслях промышленности. Во многих случаях исходным сырьем для получения крахмала служит картофель его клубни в среднем содержат 15 — 25 % крахмала в расчете на сырую массу. Семена зерновых культур (например, кукурузы) в среднем содержат 40 — 60 % крахмала. [c.246] Гликоген. Гликоген — главный резервный полисахарид высших животных и человека ( животный крахмал ). Он является структурным и функциональным аналогом амилопектиновой фракции крахмала, но в отличие от амилопектина имеет более разветвленные цепи. Между точками разветвления содержится 8—10 остатков О-глюкозы в целом молекула гликогена несколько симметричнее, плотнее и компактнее, чем молекула амилопектина (рис. 6.5). [c.246] Молекулярная масса гликогена колеблется в пределах 3-10 —1 10 Гликоген с пониженной молекулярной массой хорошо растворим в горячей воде, а с большой молекулярной массой — труднорастворим. Подобно амилопектину гликоген в растворе дает цветную реакцию с иодом, но окраска образующегося молекулярного комплекса красно-фиолетовая. [c.246] При кислотном и ферментативном гидролизе гликогена образуются в основном глюкоза, мальтоза и изомальтоза. [c.246] Высокая разветвленность полисахаридной цепи у молекул амилопектина и гликогена способствует тому, что эти полисахариды способны эффективно связывать большое количество глюкозы, подобные процессы протекают в клетках животных и растений под действием ферментов (см. главу 13). [c.246] Вследствие линейного строения целлюлоза не образует с иодом соединений включения. Длинные нитевидные макромолекулы диаметром 4—10 нм, взаимодействуя друг с другом за счет поперечных водородных связей (рис. 6.6), образуют очень плотные волокна диаметром до 20 нм. [c.247] Отрыв индивидуальной макромолекулы целлюлозы от этих волокон весьма затруднен, поэтому целлюлоза нерастворима в воде и химически достаточно инертна. Все эти особенности строения и свойств целлюлозы делают ее структурным полисахаридом. Из целлюлозы состоят клеточные стенки растений. В состав древесины входит от 50 до 70 % целлюлозы. [c.247] В мягких условиях целлюлоза не проявляет выраженных кислотно-основных и окислительно-восстановительных свойств. Комплексообразующие свойства целлюлоза проявляет только в жестких условиях, что используется для ее растворения в горячих водных растворах солей. [c.247] Целлюлоза имеет очень большое практическое значение. Она составляет основную массу хлопчатобумажных тканей, бумаги, искусственного шелка, некоторых пластмасс, взрывчатых веществ, эмульгаторов и др. [c.247] Из-за наличия М-ацетильной группы межмолекулярные связи между цепями хитина более прочные, чем в целлюлозе, поэтому хитин нерастворим в воде, щелочах, разбавленных кислотах и органических растворителях. [c.248] Хитин никогда не встречается в свободном состоянии. Обычно он входит в состав кутикулы или наружного скелета членистоногих и некоторых других беспозвоночных животных, а также клеточных оболочек грибов в связанном состоянии, роль второго компонента при этом обычно выполняют белки, неорганические соли (СаСОз и др.), липиды, пигменты. [c.248] Пектины. Пектиновые вещества присутствуют в растениях в виде нерастворимого протопектина, а также в виде растворимого пектина в соке плодов и овощей. Нерастворимый протопектин представляет собой метиловый эфир полигалактуроновой кислоты, соединенный с галактаном клеточной стенки растений. Наряду с галактуроновой кислотой в построении основной цепи участвуют молекулы Ь-арабинозы, В-галактозы и Ь-рамнозы. Протопектин переходит в растворимый пектин после действия на него разбавленных кислот или фермента протопектиназы. Такие процессы наблюдаются при созревании плодов, что приводит к улучшению их вкусовых качеств. На гидролизе пектиновых веществ ферментами особых микроорганизмов основан процесс предварительной обработки льна. Способность пектина в присутствии сахара в кислых средах образовывать гели используется в кондитерской промышленности при производстве желе, мармелада, пастилы. В настоящее время разрабатываются методики создания пленок из природных пектиновых веществ на поверхности фруктов, овощей и других пищевых продуктов с целью увеличения срока их хранения. Пектиновые вещества полезны для человека в связи с тем, что они регулируют работу кишечника, обладают детоксикационным действием, например при ртутных отравлениях. [c.248] Вернуться к основной статье