Какими свойствами обладают полисахариды
Полисахариды — высокомолекулярные углеводы, полимеры моносахаридов (гликаны). Молекулы полисахаридов представляют собой длинные линейные или разветвлённые цепочки моносахаридных остатков, соединённых гликозидной связью. При гидролизе образуют моносахариды или олигосахариды. У живых организмов выполняют резервные (крахмал, гликоген), структурные (целлюлоза, хитин) и другие функции.
Свойства полисахаридов значительно отличаются от свойств их мономеров и зависят не только от состава, но и от строения (в частности, разветвлённости) молекул. Они могут быть аморфными или даже нерастворимыми в воде.[1][2] Если полисахарид состоит из одинаковых моносахаридных остатков, он называется гомополисахаридом или гомогликаном, а если из разных — гетерополисахаридом или гетерогликаном.[3][4]
Природные сахариды чаще всего состоят из моносахаридов с формулой (CH2O)n, где n ≥3 (например, глюкоза, фруктоза и глицеральдегид)[5]. Общая формула большинства полисахаридов — Cx(H2O)y, где x обычно лежит между 200 и 2500. Чаще всего мономерами являются шестиуглеродные моносахариды, и в таком случае формула полисахарида выглядит как (C6H10O5)n, где 40≤n≤3000.
Полисахаридами обычно называют полимеры, содержащие больше десяти моносахаридных остатков. Резкой границы между полисахаридами и олигосахаридами нет. Полисахариды являются важной подгруппой биополимеров. Их функция в живых организмах обычно либо структурная, либо резервная. Запасным веществом высших растений обычно служит крахмал, состоящий из амилозы и амилопектина (полимеров глюкозы). У животных есть похожий, но более плотный и разветвленный полимер глюкозы — гликоген, или «животный крахмал». Он может быть использован быстрее, что связано с активным метаболизмом животных.
Целлюлоза и хитин — структурные полисахариды. Целлюлоза служит структурной основой клеточной стенки растений, это наиболее распространенное органическое вещество на Земле.[6] Она используется при производстве бумаги и тканей, и в качестве исходного сырья для производства вискозы, ацетилцеллюлозы, целлулоида и нитроцеллюлозы. Хитин имеет такую же структуру, но с азотсодержащим боковым ответвлением, увеличивающим его прочность. Он есть в экзоскелетах членистоногих и в клеточных стенках некоторых грибов. Он также используется во многих производствах, включая хирургические иглы. Полисахариды также включают каллозу, ламинарин, хризоламинарин, ксилан, арабиноксилан, маннан, фукоидан и галактоманнаны.
Функции[править | править код]
| Функция | Характеристика |
| Энергетическая | Основной источник энергии. Расщепляются до моносахаридов с последующим окислением до СО2 и Н2О. При расщеплении 1 г углеводов выделяется 17,6 кДж энергии. |
| Структурная | Входят в состав оболочек клеток и некоторых органелл. У растений полисахариды выполняют опорную функцию. |
| Запасающая | Накапливаются в тканях растений (крахмал) и животных (гликоген). Используются при возникновении потребности в энергии. |
| Защитная | Секреты, выделяющиеся разными железами, обогащены углеводами, например глюкопротеидами, защищающими стенки полых органов (пищевод, желудок, бронхи) от механических повреждений, проникновения вредных бактерий и вирусов. |
Свойства[править | править код]
Пищевые полисахариды — основные источники энергии. Многие микроорганизмы легко разлагают до глюкозы крахмал, но большинство микроорганизмов не могут переварить целлюлозу или другие полисахариды, такие как хитин и арабиноксиланы. Эти углеводы могут усваиваться некоторыми бактериями и протистами. Жвачные животные и термиты, к примеру, используют микроорганизмы для переваривания целлюлозы.
Даже при том, что эти сложные углеводы не очень легко усваиваемы, они важны для питания. Их называют пищевыми волокнами, эти углеводы улучшают пищеварение среди прочей пользы. Основная функция пищевых волокон — изменение природного содержимого желудочно-кишечного тракта, и изменение всасывания других нутриентов и химических веществ.[7][8] Растворимые волокна связываются с жёлчными кислотами в тонком кишечнике, растворяя их для лучшего усвоения; это в свою очередь понижает уровень холестерина в крови.[9] Растворимые волокна также замедляют всасывание сахара и уменьшают ответную реакцию на него после еды, нормализуют уровень содержания липидов в крови, и после ферментации в толстой кишке синтезируются в короткоцепочные жирные кислоты в качестве побочных продуктов с широким спектром физиологической активности (пояснение ниже). Хотя нерастворимые волокна и уменьшают риск диабета, механизм их действия до сих пор не изучен.[10]
Пищевые волокна считаются важными составляющими питания, и во многих развитых странах рекомендуется увеличивать их потребление.[7][8][11][12]
Резервные полисахариды[править | править код]
Крахмал[править | править код]
Крахмалы — полимеры глюкозы, в которых остатки глюкопиранозы образуют альфа-соединения. Они сделаны из смеси амилозы (15–20 %) и амилопектина (80–85 %). Амилоза состоит из линейной цепочки нескольких сотен глюкозных молекул, а амилопектин — разветвленная молекула, сделанная из нескольких тысяч глюкозных остатков (каждая цепочка из 24–30 глюкозных остатков — одна единица амилопектина). Крахмалы нерастворимы в воде. Они могут перевариться при разрыве альфа-соединений (гликозидные соединения). И у животных, и людей есть амилазы, поэтому они могут переварить крахмал. Картофель, рис, мука и кукуруза — главные источники крахмала в человеческом питании. Растения запасают глюкозу в виде крахмалов.
Гликоген[править | править код]
Гликоген служит вторым по значению долговременным энергетическим запасом в клетках животных и грибов, который откладывается в виде энергии в жировой ткани. Гликоген в первую очередь образовывается в печени и мышцах, но также может вырабатываться гликогеногенезом в головном мозге и желудке.[13]
Гликоген — аналог крахмала, глюкозного полимера в растениях, иногда его называют «животный крахмал»,[14] имеет схожую структуру с амилопектином, но больше разветвлен и компактен, чем крахмал. Гликоген — полимер, связанный гликозидными связями α(1→4) (в точках разветвления — α(1→6)). Гликоген находится в форме гранул в цитозоли/цитоплазме многих клеток и играет важную роль в глюкозном цикле. Гликоген формирует запас энергии, которая быстро пускается в обращение при необходимости в глюкозе, но он менее плотный и быстрее доступен в качестве энергии, чем триглицериды (липиды).
В гепатоцитах вскоре после еды гликоген может составлять до 8 процентов массы (у взрослых — 100—120 г).[15] Только гликоген, запасенный в печени, может быть доступен для других органов. В мышцах гликоген составляет 1-2 % массы. Количество гликогена, отложенного в теле — в особенности в мышцах, печени и эритроцитах[16][17][18] — зависит от физической активности, основного обмена и пищевых привычек, таких как периодическое голодание. Небольшое количество гликогена находится в почках, и ещё меньше в клетках глии в головном мозге и лейкоцитах. В матке также запасается гликоген во время беременности, чтобы рос эмбрион.[15]
Гликоген состоит из разветвленной цепочки глюкозных остатков. Он находится в печени и мышцах.
- Это энергетический запас для животных.
- Это основная форма углевода, отложенного в теле животного.
- Он нерастворим в воде. Йодом окрашивается в красный цвет.
- Он превращается в глюкозу в процессе гидролиза.
Схема гликогена в двумерном сечении. В сердцевине находится белок гликогенин, окруженный ответвлениями глюкозных остатков. Во всей глобулярной грануле может содержаться примерно 30 000 глюкозных остатков.[19]
Инулин[править | править код]
Инулин и инулиноподобные вещества — полимеры фруктозы. Они служат резервным углеводородом для 36 тысяч видов растений, таких как пшеница, лук, чеснок, топинамбур, цикорий.
Структурные полисахариды[править | править код]
Арабиноксиланы[править | править код]
Арабиноксиланы находятся и в главных, и во второстепенных стенках клеток растений, и они являются сополимерами двух пентозных сахаров: арабиноза и ксилоза.
Целлюлоза[править | править код]
Строительный материал растений формируется в первую очередь из целлюлозы. Дерево содержит, кроме целлюлозы, много лигнина, а бумага и хлопок — почти чистая целлюлоза. Целлюлоза — полимер повторяющихся глюкозных остатков, соединенных вместе бета-связями. У людей и многих животных нет энзимов разорвать бета-связи, поэтому они не переваривают целлюлозу. Определенные животные, такие как термиты, могут переварить целлюлозу, потому что в их пищеварительной системе присутствуют энзимы, способные переварить её. Целлюлоза нерастворима в воде. Не меняет цвет при смешивании с йодом. При гидролизе переходит в глюкозу. Это самый распространенный углевод в мире.
Хитин[править | править код]
Хитин — один из самых часто встречающихся натуральных полимеров. Он является строительным компонентом многих животных, к примеру экзоскелетов. Он разлагается микроорганизмами в течение долгого времени в окружающей среде. Его распад могут катализировать ферменты под названием хитиназы, которые секретируют такие микроорганизмы как бактерии и грибы, и производят некоторые растения. У некоторых из этих микроорганизмов есть рецепторы, которые расщепляют хитин до простого сахара. При нахождении хитина они начинают выделять ферменты, расщепляющие его до гликозидных связей, чтобы получить простые сахара и аммиак.
Химически хитин очень близок хитозану (более водорастворимое производное хитина). Он также очень похож на целлюлозу: это тоже длинная неразветвленная цепочка глюкозных остатков, но с добавочными группами. Оба материала придают организмам прочность.
Пектины[править | править код]
Пектины — совокупность полисахаридов, состоящих из а-1,4-связей между остатками D-галактопиранозилуроновой кислоты. Они есть во многих важнейших клеточных стенках и в недревесных частях растений.
Кислотные полисахариды[править | править код]
Кислотные полисахариды — полисахариды, содержащие карбоксильные группы, фосфатные группы и/или группы серных сложных эфиров.
Бактериальные капсульные полисахариды[править | править код]
Патогенные бактерии обычно вырабатывают вязкий, слизистый слой полисахаридов. Эта «капсула» скрывает антигеновые белки на поверхности бактерии, которая иначе вызвала бы иммунный ответ и таким образом привела к разрушению бактерии. Капсульные полисахариды водорастворимые, зачастую кислотные, и у них есть молекулярная масса на уровне 100—2000 kDa. Они линейны и состоят из постоянно повторяющихся субъединиц от одного до шести моносахаридов. Существует огромное структурное многообразие; около двух сотен разных полисахаридов производится только одной кишечной палочкой. Смесь капсульных полисахаридов, либо конъюгируется, либо естественным путем используется как вакцина.
Бактерии и многие другие микробы, включая грибы и водоросли, часто секретируют полисахариды, чтобы прилипнуть к поверхностям для предотвращения пересыхания. Люди научились превращать некоторые такие полисахариды в полезные продукты, включая ксантановую камедь, декстран, гуаровая камедь, велановую камедь, дьютановую камедь и пуллулан.
Большинство из этих полисахаридов выделяют полезные вязкоупругие свойства, когда растворяются в воде на очень низком уровне.[20] Это позволяет использовать различные жидкости в ежедневной жизни, к примеру, в таких продуктах как лосьоны, очищающие средства и краски, вязкие в стабильном состоянии, но становятся намного более жидкие при малейшем движении и используются для размешивания или взбалтывания, чтобы наливать, вытирать или расчесывать. Это свойство называется псевдопластичностью; изучение таких материалов называется реология.
| Скорость сдвига (rpm) | Вязкость (cP) |
|---|---|
| 0.3 | 23330 |
| 0.5 | 16000 |
| 1 | 11000 |
| 2 | 5500 |
| 4 | 3250 |
| 5 | 2900 |
| 10 | 1700 |
| 20 | 900 |
| 50 | 520 |
| 100 | 310 |
У водного раствора таких полисахаридов есть интересное свойство: если придать ему круговое движение, раствор сначала продолжает кружить по инерции, замедляя движение благодаря вязкости, а потом меняет направление, после чего останавливается. Этот разворот происходит благодаря упругости цепочек полисахаридов, которые после растяжения стремятся возвратиться в расслабленное состояние.
Мембранные полисахариды выполняют другие роли в бактериальной экологии и физиологии. Они служат барьером между клеточной стенкой и окружающим миром, посредником во взаимодействии хозяин-паразит, и образуют строительные компоненты биопленки. Эти полисахариды синтезируются из нуклеотидно-активированных предшественников (их называют нуклеотидные сахара) и, во многих случаях, все ферменты, необходимые для биосинтеза, собрания и транспортировки целого полимера закодированые генами, организованны в специальных группах с геномом организма. Липополисахарид — один из самых важных мембранных полисахаридов, играющий ключевую роль для сохранения структурной целостности клетки, а также являющийся важнейшим посредником во взаимодействии между хозяином и паразитом.
Недавно были найдены энзимы, которые образуют A-группу (гомополимерные) и B-группу (гетерополимерные) O-антигенов и определены их метаболические пути.[21] Экзополисахаридный альгинат — линейный полисахарид, связанный β-1,4-остатками D-маннуроновой и L-гулуроновой кислот, и ответственный за мукоидный фенотип последней стадии муковисцедоза. Локусы Pel и psl — две недавно обнаруженные генетические группы, которые также закодированы экзополисахаридами, и как выяснилось, являются очень важным составляющим биопленки. Рамнолипиды — биологические поверхностно-активные вещества, производство которых строго регулируется на транскрипционном уровне, но роль, которую они играют во время болезни, пока не изучена. Протеиновое гликозилирование, в частности пилин и флагеллин, стали объектом исследования нескольких групп начиная где-то с 2007 г., и как оказалось, они очень важны для адгезии и инвазии во время бактериальной инфекции.[22]
Примечания[править | править код]
- ↑ Varki A., Cummings R., Esko J., Freeze H., Stanley P., Bertozzi C., Hart G., Etzler M. Essentials of glycobiology (неопр.). — Essentials of Glycobiology. — Cold Spring Harbor Laboratory Press; 2nd edition, 2008. — ISBN 0-87969-770-9.
- ↑ Varki A., Cummings R., Esko J., Jessica Freeze, Hart G., Marth J. Essentials of glycobiology (неопр.). — Essentials of glycobiology. — Cold Spring Harbor Laboratory Press (англ.)русск., 1999. — ISBN 0-87969-560-9.
- ↑ IUPAC Gold Book internet edition: «homopolysaccharide (homoglycan)».
- ↑ IUPAC Gold Book internet edition: «heteropolysaccharide (heteroglycan)».
- ↑ Matthews, C. E.; K. E. Van Holde; K. G. Ahern (1999) Biochemistry. 3rd edition. Benjamin Cummings. ISBN 0-8053-3066-6
- ↑ N.A.Campbell (1996) Biology (4th edition). Benjamin Cummings NY. p.23 ISBN 0-8053-1957-3
- ↑ 1 2 Dietary Reference Intakes for Energy, Carbohydrate, fiber, Fat, Fatty Acids, Cholesterol, Protein, and Amino Acids (Macronutrients) (2005), Chapter 7: Dietary, Functional and Total fiber. (недоступная ссылка). US Department of Agriculture, National Agricultural Library and National Academy of Sciences, Institute of Medicine, Food and Nutrition Board. Архивировано 27 октября 2011 года.
- ↑ 1 2 Eastwood M., Kritchevsky D. Dietary fiber: how did we get where we are? (англ.) // Annu Rev Nutr (англ.)русск. : journal. — 2005. — Vol. 25. — P. 1—8. — doi:10.1146/annurev.nutr.25.121304.131658. — PMID 16011456.
- ↑ Anderson JW; Baird P; Davis RH; and others. Health benefits of dietary fiber (англ.) // Nutr Rev (англ.)русск. : journal. — 2009. — Vol. 67, no. 4. — P. 188—205. — doi:10.1111/j.1753-4887.2009.00189.x. — PMID 19335713.
- ↑ Weickert M. O., Pfeiffer A. F. Metabolic effects of dietary fiberand any other substance that consume and prevention of diabetes (англ.) // J Nutr (англ.)русск. : journal. — 2008. — Vol. 138, no. 3. — P. 439—442. — PMID 18287346.
- ↑ Dietary Benefits of Fucoidan from Sulfated Polysaccharides (недоступная ссылка). Дата обращения 16 августа 2017. Архивировано 16 августа 2017 года.
- ↑ Jones P. J., Varady K. A. Are functional foods redefining nutritional requirements? (англ.) // Appl Physiol Nutr Metab (англ.)русск. : journal. — 2008. — Vol. 33, no. 1. — P. 118—123. — doi:10.1139/H07-134. — PMID 18347661. Архивировано 27 февраля 2012 года.
- ↑ Anatomy and Physiology. Saladin, Kenneth S. McGraw-Hill, 2007.
- ↑ Animal starch. Merriam Webster. Дата обращения 11 мая 2014.
- ↑ 1 2 Campbell, Neil A.; Brad Williamson; Robin J. Heyden. Biology: Exploring Life (неопр.). — Boston, Massachusetts: Pearson Prentice Hall, 2006. — ISBN 0-13-250882-6.
- ↑ Moses S. W., Bashan N., Gutman A. Glycogen metabolism in the normal red blood cell (англ.) // Blood (англ.)русск.. — American Society of Hematology (англ.)русск., 1972. — December (vol. 40, no. 6). — P. 836—843. — PMID 5083874. (недоступная ссылка)
- ↑ https://jeb.biologists.org/cgi/reprint/129/1/141.pdf
- ↑ Miwa I., Suzuki S. An improved quantitative assay of glycogen in erythrocytes (англ.) // Annals of Clinical Biochemistry (англ.)русск. : journal. — 2002. — November (vol. 39, no. Pt 6). — P. 612—613. — doi:10.1258/000456302760413432. — PMID 12564847.
- ↑ Page 12 in: Exercise physiology: energy, nutrition, and human performance, By William D. McArdle, Frank I. Katch, Victor L. Katch, Edition: 6, illustrated, Published by Lippincott Williams & Wilkins, 2006, ISBN 0-7817-4990-5, ISBN 978-0-7817-4990-9, 1068 pages
- ↑ Viscosity of Welan Gum vs. Concentration in Water. Архивированная копия (недоступная ссылка). Дата обращения 2 октября 2009. Архивировано 18 июля 2011 года.
- ↑ Guo H., Yi W., Song J. K., Wang P. G. Current understanding on biosynthesis of microbial polysaccharides (англ.) // Curr Top Med Chem (англ.)русск. : journal. — 2008. — Vol. 8, no. 2. — P. 141—151. — doi:10.2174/156802608783378873. — PMID 18289083.
- ↑ Cornelis P (editor). Pseudomonas: Genomics and Molecular Biology (англ.). — 1st. — Caister Academic Press (англ.)русск., 2008. — ISBN 978-1-904455-19-6.
См. также[править | править код]
- Гликаны
Какие вещества относятся к полисахаридам, физические, химические свойства, примеры, что такое
Что такое полисахариды, можно легко понять с точки зрения структуры.
Гликаны – обширная группа органических веществ, вырабатываемых растениями и животными. С точки зрения структуры они бывают линейные и разветвленные. Делятся на две больших подгруппы:
полиозы (синонимы – полисахариды/гликаны);
олигосахариды.
Все эти субстанции – природные полимеры, цепочки которых построены из моносахаридов.
Если в основе моновеществ глюкоза, то полимер называется глюканом (целлюлоза). Если мономером является глюкозамин (в основе хитина насекомых), то природный полимер называется гликаном.
Существует терминологическая особенность: слово гликан еще используется для наименования веществ, где собственно гликан входит в состав молекул белка (биологические жидкости, ткани) – протеогликаны.
Интересно
Некоторые из них синтезируются в организме человека (локализуются в коже), выполняют функцию сдерживания процессов увядания кожи с возрастом. Они активные участники клеточного метаболизма. Поэтому широко применяются в косметической промышленности.
В «ведении» этих соединений, производимых живыми организмами, находится регенерация дермы, увеличение процента белка коллагена, снижение количества морщин. Полиозы – высокомолекулярные углеводы.
Таблица №1. Функции полисахаридов в организме
Какую роль выполняют | Полисахариды (примеры) | Особенности |
ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ | Крахмал и гликоген | Накапливают углеводы, дают организму глюкозу (источник энергии) |
ЗАПАСАЮЩАЯ | Гликоген, крахмал | Важный компонент, создающий длительный энергетический запас, локализуется в жировых тканях. Формируется в мышечных клетках и в печени (частично в головном мозге и желудке) |
КОФАКТОРНАЯ | Гепарин и синтетические аналоги | Эти белки выполняют роль кофакторов ферментативных соединений в организме. Снижают свертываемость крови |
ОПОРНАЯ | Целлюлоза, хондроитинсульфат | В растительной ткани целлюлоза – основа стеблевых образований, а в костных тканях животных содержатся хондроитинсульфаты |
ГИДРООСМОТИЧЕСКАЯ | Кислые гетерополисахариды (гиалуроновая кислота) | Удерживают к клетке воду и положительно заряженные ионы, препятствуют накоплению молекул жидкости в межклеточном пространстве |
СТРУКТУРНАЯ | Кислые гетерополисахариды (гиалуроновая кислота) | Входят в состав межклеточного вещества, обладают цементирующими свойствами |
ЗАЩИТНАЯ | Кислые гетерополисахариды, (в том числе мукополисахариды) | Образуют своеобразный «смазочный» слой на поверхности клетки. Формируются на поверхности пищевода, желудка, полости носа, бронхов, трахеи, содержится в жидкости суставов. Предохраняют ткани от повреждения при трении, сжатии тканей или внешней вибрации |
Химические свойства полисахаридов
Они являются полигликозидами, иначе – полиацеталями.
Моносахариды связываются в молекулу с помощью гликозидных связей с рядом стоящими структурными элементами цепочки.
В кислотной среде при высокотемпературном режиме идет гидролиз. При полном процессе образуются исходные моносахариды (возможно, их производные). При не полном – олигосахариды, в том числе, дисахариды.
Восстановительные свойства очень слабые, устойчивы к воздействию щелочей.
Вторая показательная реакция – способность к получению сложных эфиров.
Все свойства применяют в промышленности. Например, в производстве различных порохов из тринитрата целлюлозы.
Это широко распространенная группа веществ природного происхождения. Вырабатываются они растениями и в тканях животных и человека. Это говорит об активном их участии в обменных процессах.
Физические свойства полисахаридов
Большинство веществ этого класса белые, порошкообразные, с огромным молекулярным весом от двух и более миллионов.
Упоминаемые уже крахмал и целлюлоза представляют собой разветвленные молекулы. Они набухают, но не растворяются в холодной воде. В отличие от них амилоза (линейные молекулы) легко растворима в нейтральной водной среде.
Классификация полисахаридов по числу и строению моносахаридных остатков
В структуру полиозов входит от двух до двадцати моносахаридов в двух разных формах (пиранозной или фуранозной).
Таблица №2. Структурные единицы полиозов
Группа моносахаров | Моносахара |
Шестиатомные | Глюкоза Галактоза Фруктоза |
Пятиатомные | Арабиноза Ксилоза |
Уроновые кислоты | Галактуроновая Глюкуроновая Маннуроновая |
Различаются гомогликаны (еще называют гомополисахариды), они имеют в цепочке идентичные углеводные составляющие. И, соответственно, когда звенья углеводов разные, вещество получает название гетерополисахарида.
гомополисахариды (или гомополимеры) |
|
гетерополисахариды (или гетерополимеры) |
|
Высокий уровень структурной организации макромолекул, есть вторичная структура с характерным пространственным расположением макромолекулярной цепи. Отсюда еще одна классификация: с разветвленной молекулой и линейной макромолекулярной цепью.
Отличие и применение наиболее популярных видов
Разберемся, какие вещества относятся к полисахаридам.
Крахмал
Его состав: около двадцати процентов амилозы и восьмидесяти процентов амилопектина.
Является продуктом жизнедеятельности растительных организмов. Локализуется в зернах злаков, корнях/клубнях или семенах.
Это порошкообразное белое вещество, на ощупь мягкое, при растирании между пальцами характерное поскрипывание. Под микроскопом видна зернообразная структура, выпадает в осадок в холодной воде, при нагревании воды и равномерном помешивании зерна набухают, затем образуют киселеобразную массу.
Особенность вещества – способность хорошо гидролизоваться при подогревании в растворе H2SO4. Что приводит к образованию α-D-глюкозы.
Растительные источники: картошка (до двадцати процентов), зерна пшеницы.
Молекулы амилозы спиралеобразные, в одном витке шесть фрагментов моносахарида. Амилопектин имеет ответвления в структуре молекулы.
Чтобы химически определить крахмал, в аналитике используют его реакцию с йодом. Появляется сине-фиолетовый цвет раствора или аналогичного цвета пятно на поверхности порошка.
Картофельный крахмал – пищевой продукт. Его используют в кулинарии, на кондитерских фабриках, в производстве колбас. Это промышленный источник глюкозы, сырье для бумкомбинатов, текстильного производства, медпрепаратов.
Гликоген
Животный аналог крахмала. Похож по разветвленной структуре на амилопектин, имеет больше (до 12) звеньев в цепочках. Масса одной молекулы гликогена достигает ста млн у.е. Биохимики называют его «резервным углеводом». Локализуется в клетке живого организма, образуя своеобразное энергетическое депо.
При анализе из клеток тканей его извлекают горячим NaOH, осаждают спиртовым раствором. Затем гидролизуют в растворе разбавленной кислотой (серной). Методом титрования определяют процентное содержание в растворе глюкозы.
Клетчатка (растительная целлюлоза)
Ее отличает прочность. Не случайно она основной компонент «скелета» растений. Промышленный источник клетчатки (от 50 до 70 процентов) – древесина, кукуруза, сено.
В молекуле природного полимера содержится D-глюкопираноза, соединенная посредством гликозидных связей. Молекулы линейные, вес одной до двух млн у.е.
Высокопрочность обеспечивается наличием водородных связей в цепочках, которые объединяются в пучок. Так формируется волокнистость. Вещество инертно, не растворимо в нейтральных средах, не поддается воздействию ферментов пищеварительного тракта. Для большинства животных необходимо в качестве балластного кормового компонента. Жвачные (коровы), кони используют целлюлозу как питательный компонент.
Растворима в смеси растворов гидроксида меди и нашатыря; в хлористом цинке и некоторых концентрированных кислотах.
Способна к гидролизу и реакции образования сложных эфиров (пироксилина – бездымного пороха). При обработке азотной кислотой получается сырье для получения целлулоида, некоторых видов пороха и топлива для ракет (твердого).
В основном древесную целлюлозу используют в производстве бумаги.
Гепарин
По внешнему виду это аморфное порошкообразное вещество белого цвета. В его составе D‑глюкозамин и D-глюкуроновая к-та, соединенные в цепочку за счет α-гликозидной связи. Молекула гепарина имеет вес около 20 тыс. у.е.
Это содержащий серу кислый гликозаминогликан. В научных целях был выделен из печени. Антикоагулянт.
Синтезируется гепарин в тканях животных и организме человека в базофилах в т.н. тучных клетках.
Хорошо растворим в воде, не разрушается при нагревании. Необходим в организме, чтобы регулировать свертываемость крови и влиять на содержание в крови холестерина (снижает), а также уменьшает давление. В основном локализуется в печени (на 1- кг веса 1000 мг).
В лечебной практике используется:
как профилактическое средство (и терапевтическое) при склонности к тромбоэмболии;
в хирургии – препарат, применяемый, чтобы при оперативных вмешательствах на органах сердечно-сосудистой системы предотвращать образование сгустков крови в аппаратуре для гемодиализа и искусственного кровообращения;
в клинических лабораториях при взятии анализов крови;
применяется как натриевая соль в медицине (гематология) при процедуре переливания крови.
Пектины
Клейкие вещества, использование которых практикуется в кулинарии как кондитерская добавка. Иначе их называют желирующие.
Содержатся во фруктах, растительном сырье.
Чаще всего используют порошок пектина, реже – жидкую форму. Имеет промышленное обозначение E440.
Получают из растительного (чаще свекольного или фруктового) жмыха. Отличная консервирующая добавка, увеличивает срок хранения консервов.
Есть пектин с низким уровнем этерификации (менее 50 процентов) и высоким
(более 50 процентов).
Человек получает пектиновые соединения с продуктами растительного происхождения. Больше пектина в овощах и фруктах вырабатывается в засушливый жаркий период. Он выполняет функцию очищения всех систем организма, сохраняя бактериальный баланс, омолаживает, приводит к норме метаболизм, улучшает гемодинамику.
Это вяжущее вещество, обволакивает слизистую пищеварительного тракта, улучшает деятельность полезной микрофлоры.
Считается, что применение пектиновых препаратов способствует оздоровлению человека. Норма потребления – около пятнадцати граммов в сутки. Обладает эффектом сжигания жира в организме. Замечено, что при поглощении около 25 гр этого полисахарида, извлеченного из цельных яблок, человек теряет приблизительно 0,3 кг жира в сутки.
В поварской практике его используют как загуститель. Это качественная природная желирующая добавка.
Пектиновое вещество, в том числе, косметологический компонент – гелеобразующая основа для кремообразных препаратов. Разглаживает морщины, хорошая тонизирующая добавка повышает впитываемость ингредиентов в кожу, обладает отбеливающим эффектом, защита от ультрафиолета.
Хитин
Это вещество – основа скелета насекомых и ракообразных, его содержат клетки обыкновенных пивных дрожжей и разные виды грибов. Особый карбонатный комплекс дарит твердость панцирю жуков и раков. При этом хитин откладывается на карбонатной основе.
Особенность этого полисахарида в том, что он значительно усиливает аромат продукта и вкус приготовленной еды. Способен улучшить внешний вид пищи, часто используют как консервант. Входит как активный компонент в некоторые пищевые добавки. Важно, что хитин обладает разнообразными терапевтическими свойствами.
Блокирует развитие опухолевых клеток.
Способен защитить ткани от радиации.
Усиливает действие лекарственных веществ, направленных на снижение свертываемости и разжижение крови.
Иммунитет под его воздействием повышается.
Профилактика инфарктов, инсультов.
Стимулирует рост бифидобактерий и процесс регенерации тканей.
Применение полисахаридов в медицине, химической отрасли, пищевой промышленности
В середине ХХ века полисахариды стали широко производить для пищевой промышленности и производства лекарств. Однако сейчас их активно применяют и в других промышленных сферах:
на химических заводах;
на текстильных фабриках при производстве ткани;
в металлургии;
при нефтедобыче и переработке нефти и газа;
в др. сферах.
Здравоохранение и фармация
Эти природные соединения имеют важные свойства:
повышение стойкости организма к инфекционным заболеваниям;
выраженная противоопухолевая активность.
Интересно
С их помощью заживление ран происходит быстрее, как и восстановление тканей. Кроме того, уменьшается вредное побочное действие лекарств.
Часто в мед. практике их применяют как диагностические препараты (некоторые условно-патогенные дрожжи) при выявлении кандидозов и сальмонеллезов.
Декстраны, производимые некоторыми видами бактерий, являются плазмо-заменителями. Сульфат декстрана заменяет гепарин как антикоагулянт.
Особо перспективны разрабатываемые на настоящий момент препараты, содержащие хитин. В том числе как наполнители и основы при производстве различных форм препаратов.
В последнее время производятся ферментативные препараты пролонгированного действия с содержанием декстранов, имеющие пониженную аллергичность.
Гликаны – активный компонент в высококачественных зубных пастах.
Пищевая промышленность
Полученные из бактерий полисахариды направляют на производство защитных пленок. Они предотвращают высыхание продуктов, попадание на них грязи, стабилизируют мороженую массу, соки, салатные заправки, сиропы.
Ксантин широко применяется в производстве кисломолочных продуктов. Широко применяется в производстве кисломолочных продуктов. Для повышения качества хлебобулочных изделий на производстве добавляют экзополисахариды, что увеличивает объем хлеба, понижает зачерствение.