Полисахариды

Полисахариды

 

Полисахариды – это  высокомолекулярные продукты конденсации  более 5 моносахаридов и их производных, связанных друг с другом О-гликозидными связями и образующие линейные или разветвленные цепи.

 

Разнообразие в строении полисахаридов может быть обусловлено  не только характером моносахаридов  и способом их соединения, но также  тем, что гидроксильные и карбоксильные  группы моносахаридов и их производных  могут быть метилированы, этерифицированы органическими и неорганическими кислотами (например, серной кислотой – агар-агар); водороды карбоксильных групп замещены на ионы металлов (пектиновые вещества, камеди).

 

 

Классификация полисахаридов

 

Полисахариды делят на два типа: гомополисахариды (гомополимеры) и гетерополисахариды (гетерополимеры), в зависимости от характера входящих в их состав моносахаридов и их производных.

 

Гомополисахариды построены из моносахаридных единиц (мономеров) одного типа (например. крахмал, клетчатка, из животных полисахаридов – гликоген, хитин), а гетерополисахариды – из остатков различных моносахаридов и их производных (например, гемицеллюлозы, инулин, пектиновые вещества, слизи и камеди).

 

Также полисахариды можно классифицировать:

 

по кислотности:

 

·          нейтральные;

 

·          кислые

 

по характеру  скелета:

 

·          линейные;

 

·          разветвленные

 

по происхождению:

 

·          фитополисахариды (крахмал, инулин, камеди, слизи, пектиновые вещества, клетчатка);

 

·          зоополисахариды (гликоген, хитин);

 

·          полисахариды микроорганизмов.

 

В зависимости  от функций полисахариды делятся  на:

 

·          каркасные (конструктивные) – клетчатка, хитин;

 

·          энергетические (резервные, запасные) – крахмал, гликоген, инулин, слизи, альгиновые кислоты;

 

·          защитные – слизи, камеди.

 

Молекулярная масса полисахаридов  колеблется от нескольких тысяч до нескольких миллионов единиц. В составе  полисахаридов обнаружено свыше 20 различных  видов моносахаридов и их производных, наиболее часто встречаются: из гексоз – D-глюкоза, D-галактоза, L-фруктоза, D-манноза; из пентоз – D-ксилоза, L-арабиноза и др., из дезоксисахаров – L-рамноза, D-фукоза; из продуктов восстановления D-маннозы – спирт маннит; из продуктов окисления моносахаридов – D-глюкуроновая, D-маннуроновая, D-галактуроновая, D-гулуроновая и другие кислоты.

 

Физические и  химические свойства

 

Физические свойства

 

Полисахариды – аморфные вещества, не растворяются в спирте и неполярных растворителях; растворимость  в воде варьирует: некоторые растворяются в воде с образованием коллоидных растворов (амилоза, слизи, пектовые кислоты, арабин), могут образовывать гели (пектины, альгиновые кислоты, агар-агар) или вообще не растворяться в воде (клетчатка, хитин).

 

Химические свойства

 

Полисахариды подвергаются ферментативному и кислотному гидролизу  с образованием моно- или олигосахаридов, содержащих от 2 до 4 моносахаридных единиц. Каждая из групп полисахаридов обладает своими специфическими свойствами.

 

Распространение в растительном мире. Биологическая  роль.

 

В природе 80% органических веществ  составляют полисахариды. Они играют различную биологическую роль для  растений и животных.

 

 

                                  КРАХМАЛ.

 

Крахмал является главным запасным питательным веществом. По составу он неоднороден и представляет собой смесь нескольких полиса-харидов. Все они образуются из а - глюкозы и отличаются строением цепи, числом входящих в их состав остатков глюкозы.

В растениях образуется в  результате процесса фотосинтеза из обра-зовавшейся глюкозы:

nС6Н12О6 ----- (  С6Н10О5 )n      +    nН2О

Крахмал (Amylum) – самый распространенный резервный (запасной) полисахарид. Образуется в листьях в результате фотосинтеза (ассимиляционный крахмал), затем перемещается в другие органы (транзиторный); накапливается в значительных количествах в подземных органах, семенах (резервный, запасной) в виде зерен разнообразной формы.

 

Крахмал на 96,1-97,6 % состоит  из двух полисахаридов: амилозы и  амилопектина. Кроме того, содержит 0,2-0,7% минеральных веществ, до 0,6% жирных кислот (пальмитиновая, стеариновая и др.).

 

Амилоза представляет собой линейный гомополисхарид, состоящий из 200-1000 остатков D-глюкопиранозы, соединенных друг с другом α-1,4-гликозидными связями (α-1,4- D-глюкан).

Амилопектин – разветвленный гомополисахарид, содержит 600-6000 остатков D-глюкопиранозы, связанных между собою α-1,4- и α-1,6-гликозидными связями.

Получение крахмала:

Получают из картофеля, кукурузы, риса. При этом картофель измель                 чают, промывают водой, взвесь отстаивают и сушат.

Физические свойства:

Крахмал - белый порошок, нерастворимый в холодной воде. В  горя               чей набухает, образуя клейстер.

Химические свойства:                                                                                             1. Гидролиз: протекает ступенчато с постепенным расщеплением макро-               

молекул.

(  С6Н10О5 )n  ----- (  С6Н10О5 )m ----- хС12Н22О11 -----      nС6Н12О6

     крахмал                          дикстрины                      мальтоза                      глюкоза                                 2. Взаимодействие с йодом - появляется синее пятно. Используется в ка-

честве метода определения крахмала в продуктах питания.

Применение:                                                                                                      - является ценным продуктом питания (для лучшего усвоения организмом крахмал подвергают действию высокой температуры),                                     - продукт гидролиза крахмал - используют в кондитерской промышленности,                                                                                                                  - получаемые из крахмала декстрины используют в качестве клея.

 

 

                                ЦЕЛЛЮЛОЗА.

                                   (  С6Н10О5 )n      

 

Целлюлоза (клетчатка) – полисахарид, составляющий основную массу клеточных стенок растений (особенно ее вторичной оболочки). Молекулярная масса ее точно не установлена. Предполагают, что молекула клетчатки у разных растений содержит от 1400 до 10000 остатков глюкозы, которые соединены между собой b-1-4-гликозидными связями в линейные цепи.

Цепочка целлюлозы имеет  вид нити, спиралеобразно закрученной вокруг своей оси и удерживаемой в таком положении водородными связями гидроксилов остатков глюкозы. макромолекулы целлюлозы располагаются в одном направлении и образуют волокна (лён, хлопок, конопля).

В каждом остатке молекулы глюкозы содержатся три гидроксиль          ные группы. Целлюлоза является главной составной частью оболочек расти-тельных клеток, образуется в растениях в результате реакции фотосинтеза.

Наиболее чистая природная  целлюлоза - хлопковое волокно (до                  98%), древесина хвойных деревьев содержит около 50%.

Получение:

Существует сульфитный способ получения целлюлозы: измельченную древесину в присутствии раствора гидросульфида кальция  Са           (НSО3)2 нагревают в автоклавах. При этом способе целлюлоу выделя-ют в сравнительно чистом виде. Её промывают водой, сушат и перера-батывают в бумагу.

 

Физические свойства:

 

Целлюлоза - волокнистое  вещество, нерастворимое в воде и  орга-нических растворителях. Растворяется только в концентрированных со            ляной и фосфорной кислотах, в 72%-ной серной кислоте, реактиве Швейцера (раствор соли еди ( II ) в аммиаке).

 

Химические свойства:                                                                                      1. Гидролиз в присутствии кислот с образованием глюкозы (реакция

протекает ступенчато):

(  С6Н10О5 )n  +    nН2О n   -------  С6Н12О6

 

    целлюлоза                                    глюкоза                                                                                2.Реакция этерификации

- взаимодействие с азотной  кислотой в присутствии серной кислоты.

 

Азотнокислые эфиры используются в качестве взрывчатых веществ.

                                                                                                                                3. С уксусной кислотой в присутствии серной кислоты с образованием   триацетатацеллюлозы.

 

 

Применение:

 

Целлюлоза используется для получения киноплёнки, скипидара, древестного угля, уксусной кислоты, метана, метанола, канифоли, смо-лы, глюкозы, кормовых дрожжей, бумаги, бездымного пороха и др.

 

Камеди

 

Камеди (Gummi) – гетерополисахариды с обязательным участием уроновых кислот (D- глюкуроновой, D-галактуроновой). Карбоксильные группы уроновых кислот связаны с ионами Ca2+, K+, Mg2+. Камеди образуются в результате перерождения клеточных стенок и содержимого клеток различных тканей – сердцевины, сердцевинных лучей, коры и др. При этом, в отличие от слизей, клетки разрушаются и камедь выступает из естественных трещин или из искусственных надрезов стволов и застывает в виде комковатых, ленточных и другой формы образований.

 

Химический состав камедей  очень сложен. Например, в состав абрикосовой камеди входят глюкуроновая кислоты – до 16%, галактоза – до 44%, арабиноза – до 41%.

 

Камеди – твердые аморфные вещества различной окраски.

 

По отношению  к воде делятся на 3 вида:

 

1.         арабиновые, хорошо растворимые в воде (абрикосовая и аравийская камедь);

 

2.         бассориновые, плохо растворимые в воде, но сильно в ней набухающие (трагакантовая камедь);

 

3.         церазиновые – плохо растворимые и мало набухающие в воде (вишневая камедь). Не растворяются в спирте и неполярных растворителях.

 

Камеди не совместимы с  минеральными кислотами, со спиртом. Считается, что камеди предохраняют растения от инфицирования патогенными микроорганизмами, заливая образовавшиеся трещины  и другие повреждения. Наиболее богаты камедями растения сем. Бобовых, розоцветных, рутовых, сумаховых.

 

Применяются в фармации растворимые  в воде камеди (абрикосовая, арабиновая) в качестве эмульгаторов при приготовлении эмульсий. Широко используются в технике.