Полисахарид гликоген входит в состав растительных тканей
Полисахариды – это природные высокомолекулярные углеводы, макромолекулы которых состоят из остатков моносахаридов.
Полисахариды – высокомолекулярные несахароподобные углеводы, содержащие от десяти до сотен тысяч остатков моносахаридов (обычно гексоз), связанных гликозидными связями.
Основные представители — крахмал и целлюлоза — построены из остатков одного моносахарида — глюкозы. Крахмал и целлюлоза имеют одинаковую молекулярную формулу
но совершенно различные свойства. Это объясняется особенностями их пространственного строения.
Крахмал состоит из остатков a-глюкозы, а целлюлоза – из b-глюкозы, которые являются пространственными изомерами и отличаются лишь положением одной гидроксильной группы (выделена цветом):
С учетом пространственного строения шестичленного цикла
формулы этих изомеров имеют вид:
К важнейшим полисахаридам относится также гликоген (С6Н10О5)n, образующийся в организмах человека и животных в результате биохимических превращений из растительных углеводов. Как и крахмал, гликоген состоит из остатков a-глюкозы и выполняет подобные функции (поэтому часто называется животным крахмалом).
Учебный фильм «Углеводы. Полисахариды»
Биологическая роль полисахаридов
Полисахариды необходимы для жизнедеятельности животных и растительных организмов. В живой природе они выполняют важные биологические функции:
- структурных компонентов клеток и тканей;
- энергетического резерва;
- защитных веществ.
Они являются одним из основных источников энергии, образующейся в результате обмена веществ организма. Принимают участие в иммунных процессах, обеспечивают сцепление клеток в тканях. Являются основной массой органического вещества в биосфере.
Структурные полисахариды придают клеточным стенкам прочность.
Водорастворимые полисахариды не дают клеткам высохнуть.
Резервные полисахариды по мере необходимости расщепляются на моносахариды и используются организмом.
Физические свойства
Полисахариды — аморфные вещества, не растворяются в спирте и неполярных растворителях, растворимость в воде варьируется. Некоторые растворяются в воде с образованием коллоидных растворов (амилоза, слизи, пектовые кислоты, арабин), могут образовывать гели (пектины, альгиновы кислоты, агар-агар) или вообще не растворяться в воде (клетчатка, хитин).
Химические свойства полисахаридов
Для полисахаридов наибольшее значение имеют реакции гидролиза и образование производных за счет реакций макромолекул по спиртовым ОН-группам.
Гидролиз полисахаридов
Гидролиз полисахаридов происходит в разбавленных растворах минеральных кислот (или под действием ферментов). При этом в макромолекулах разрываются связи, соединяющие моносахаридные звенья – гликозидные связи (аналогично гидролизу дисахаридов). Реакция гидролиза полисахаридов является обратной процессу их образования из моносахаридов.
Полный гидролиз полисахаридов приводит к образованию моносахаридов (целлюлоза, крахмал и гликоген гидролизуются до глюкозы):
При неполном гидролизе образуются олигосахариды (в том числе, дисахариды).
Способность полисахаридов к гидролизу увеличивается в ряду:
Гидролиз крахмала и целлюлозы до глюкозы («осахаривание») и ее брожение используются в производстве этанола, молочной, масляной и лимонной кислот, ацетона, бутанола.
Читайте также: Ткань для рисования маслом как называется
Образование производных
Образование производных (главным образом, сложных и простых эфиров) полисахаридов происходит в результате реакций по спиртовым ОН-группам, содержащимся в каждом структурном звене (3 группы ОН на одно моносахаридное звено): [С6Н7О2(ОН)3]n.
Различия в строении и свойствах крахмала и целлюлозы
1. Содержат остатки разных форм циклической глюкозы:
крахмал – остатки α–глюкозы;
целлюлоза – остатки β-глюкозы.
2. Содержат разное число структурных звеньев – остатков глюкозы:
крахмал – до нескольких тысяч (Мr – до 1 млн);
целлюлоза – до 40 тыс. (Мr – до 20 млн).
3. Между остатками глюкозы образуются различные связи:
в крахмале – α–1,4- и α–1,6-гликозидные связи;
в целлюлозе — β-1,4-гликозидные связи.
4. Макромолекулы имеют различную структуру:
крахмал – разветвленные и неразветвленные молекулы, компактно свернутые;
целлюлоза – только неразветвленные молекулы, имеют вид нитей, так как форма остатков β-глюкозы исключает спирализацию.
5. Характер межмолекулярных взаимодействий:
в крахмале макромолекулы имеют компактную форму, водородные связи между ними почти не образуются;
в целлюлозе между молекулами нитевидной формы образуются очень прочные водородные связи (в которых участвуют свободные гидроксильные группы), нити объединяться в пучки, пучки в волокна. Поэтому в воде, спирте, эфире целлюлоза не растворяется и не набухает, как крахмал.
Крахмал – продукт питания, так как в организмах человека и животных есть ферменты, расщепляющие α–1,4- и α–1,6-гликозидные связи.
Целлюлоза не является продуктом питания человека и большинства животных, так как в их организмах нет ферментов, расщепляющих более прочные β-1,4-гликозидные связи.
Жвачные животные и кролики способны усваивать целлюлозу при посредстве содержащихся в их организме бактерий.
Полисахариды
Полисахариды – полимеры, построенные из моносахаридных остатков, связанных гликозидными связями. Полисахариды могут иметь линейное или разветвленное строение. Полисахариды, состоящие их одинаковых моносахаридных остатков, называют гомополисахаридами, из остатков разных моносахаридов – гетерополисахаридами.
К гомополисахаридам относят:
Крахмал – полисахарид растительного происхождения. Крахмал представляет собой смесь двух полисахаридов – амилозы (10-20%) и амилопектина (80-90%) Крахмал набухает и растворяется в воде, образуя вязкие растворы (гели). Химические свойства крахмала аналогичны свойствам моно- и дисахаридов. Крахмал гидролизуется под действием кислот (но не щелочей) и фермента амилазы. Конечным продуктом гидролиза крахмала является D-глюкоза.
крахмал декстрины мальтоза D-глюкоза n>m
За счет спиралеобразной конформации амилоза способна образовывать соединения включения с молекулярным иодом. Комплексы крахмала с иодом имеют интенсивную синюю окраску. Реакция используется как качественная на иод и крахмал.
Амилоза – линейный гомополисахарид, состоящий из остатков D-глюкопиранозы, связанных ά-1,4-гликозидными связями. Структурным элементом амилозы является дисахарид мальтоза.
Амилопектин – разветвленный гомополисахарид, построенный из остатков D-глюкопиранозы, которые связаны в основной цепи ά-1,4-гликозидными, а в местах разветвлений — ά-1,6-гликозидными связями. Разветвления расположены через каждые 20-25 моносахаридных остатков.
Читайте также: Изделия из остатков материала тканей
Гликоген. В животных организмах этот полисахарид является структурным и функциональным аналогом растительного крахмала. По строению подобен амилопектину, но имеет еще большее разветвление цепей. Обычно между точками разветвления содержатся 10-12 глюкозных звеньев, иногда даже 6, условно можно сказать, что разветвленность макромолекулы гликогена вдвое больше, чем амилопектина. Сильное разветвление способствует выполнению гликогеном энергетической функции так как только при наличии большого числа концевых остатков можно обеспечить быстрое отщепление нужного количества глюкозы. Молекулярная масса гликогена необычайно велика, измерения у гликогена, выделенного с предосторожностями во избежание расщепления макромолекулы, показали, что она равна 100 млн. Такой размер макромолекул содействует выполнению функции резервного углевода. Так, макромолекула гликогена из-за большого размера не проходит через мембрану и остается внутри клетки, пока не возникнет потребность в энергии. Гидролиз гликогена в кислой среде протекает очень легко с количественным выходом глюкозы. Это используется в анализе тканей на содержание гликогена: горячей щелочью из тканей извлекают гликоген, осаждают его спиртом, гидролизуют в кислой среде и определяют количество образовавшейся глюкозы. Аналогично гликогену в животных организмах, в растениях такую же роль резервного полисахарида выполняет амилопектин имеющий менее разветвленное строение, это связано с тем, что в растениях значительно медленнее протекают метаболические процессы и не требуется быстрый приток энергии, как это иногда бывает необходимо животному организму (стрессовые ситуации, физическое или умственное напряжение).
Целлюлоза– самый распространенный растительный полисахарид. Выполняет функцию опорного материала растений. Структурным элементом целлюлозы является целлобиоза.
Древесина содержит 50—70% целлюлозы; хлопок представляет собой почти чистую целлюлозу. Целлюлоза является важным сырьем для ряда отраслей промышленности (целлюлозно-бумажной, текстильной и т. п.). Целлюлоза построена и остатков D—глюкопиранозы, звенья которой связаны бета-(1-4)-гликозидными связями. Макромолекулярная цепь не имеет разветвлений, в ней содержится 2500—12 000 глюкозных остатков, что соответствует молекулярной массе от 400 000 до 1—2 млн. Бета-конфигурация аномерного атома углерода приводит к тому, что макромолекула целлюлозы имеет строго линейное строение. Этому способствует образование водородных связей внутри цепи, а также между соседними целями. Такая упаковка цепей обеспечивает высокую механическую прочность, волокнистость, нерастворимость в воде и химическую инертность, что делает целлюлозу прекрасным материалом для построения клеточных стенок растений. Целлюлоза не расщепляется обычными ферментами желудочно-кишечного тракта, но она является необходимым для нормального питания балластным веществом. Большое практическое значение имеют эфирные производные целлюлозы: ацетаты (искусственный шелк), ксантогенаты (вискозное волокно, целлофан), нитраты (взрывчатые вещества, коллоксилин) и др.
Читайте также: Расход ткани для жакета
Декстраны – полисахариды бактериального происхождения, построенные из остатков ά-D-глюкопиранозы. Молекулы декстранов сильно разветвлены. Декстраны используют как заменители плазмы крови, однако большая молекулярная масса природных декстранов (несколько миллионов) делает их непригодными для приготовления инъекционных растворов вследствие плохой растворимости. В связи с этим молекулярную массу снижают до 50—100 тыс. с помощью кислотного гидролиза или ультразвука и получают клинические декстраны, например препарат полиглюкин. Декстраны обладают антигенными свойствами. Можно отметить, что декстраны, синтезируемые обитающими на поверхности зубов бактериями, являются компонентами налета на зубах.
Хитин– основной полисахарид роговых оболочек насекомых и ракообразных, встречается в грибах. Хитин — неразветвленный полисахарид, построенный их остатков N-ацетил-D-глюкозамина, связанных β-1,4-гликозидными связями.
Пектиновые вещества содержатся в ягодах, фруктах и овощах, способствуют желеобразованию Основной компонент пектиновых веществ – пектовая кислота – линейный полисахарид, построенный их остатков D-галактуроновой кислоты, связанных ά-1,4-гликозидными связями.
Инулин. Этот полисахарид обычно накапливается в клубнях, а также содержится в водорослях. Гомополисахарид инулин состоит из остатков D-фруктопиранозы, связанных β-(2-1)-связями.
Гетерополисахариды имеют в основном животное или бактериальное происхождение. Важное значение имеют гетерополисахариды, входящие в состав соединительной ткани. Полисахариды соединительной ткани находятся в виде углевод-белковых комплексов — протеогликанов. Наиболее важные из них: хондроитинсульфаты (кожа, хрящи, сухожилия), гиалуроновая кислота (хрящи, стекловидное тело глаза, суставная жидкость), гепарин (печень, кровеносные сосуды). Для этих полисахаридов характерны общие черты в строении. Они имеют неразветвленную структуру и содержат гликуроновые кислоты и ацетилированные аминосахара. Например, гиалуроновая кислота состоит из дисахаридных фрагментов, включающих D-глюкуроновую кислоту и N-ацетил-D-глюкозамин, которые связан внутри биозного фрагмента β-1,3-гликозидной связью, между биозными фрагментами — β-1,4-гликозидной связью.
Как свидетельствует само их название, хондроитинсульфаты являются эфирами серной кислоты (сульфатами). Сульфатная группа образует эфирную связь с гидроксильной группой N-ацетил-D-галактозамина, находящейся либо в 4-м, либо в 6-м положении. Соответственно различают хондроитин-4-сульфат и хондроитин-6-сульфат.
Гепарин. В гепарине в состав повторяющихся дисахаридных единиц входят остатки D-глюкозамина и двух уроновых кислот — D-глюкуроновой и L-идуроновой. В количественном отношении преобладает L-идуроновая кислота. Внутри дисахаридного фрагмента осуществляется ά-(1-4)-гликозидная связь, а между дисахаридными фрагментами — ά-(1-4)-связь, если фрагмент оканчивается L-идуроновой кислотой, и β-(1-4)-связь, если D-глюкуроновой кислотой. Аминогруппа у большинства глюкозаминных остатков сульфатирована, а у некоторых из них — ацетатирована. Кроме того, сульфатные группы содержатся у ряда L-идуроновых кислот при С-2, а также глюкозаминных остатков при С-6. Остатки D-глюкуроновой кислоты не сульфатированы.
Гепарин и гепаритинсульфат, подобно хондроитинсульфату, соединяются с белком через тетрасахаридный фрагмент, концевым звеном которого является D-ксилоза. Гепарин препятствует свертыванию крови, т. е. проявляет антикоагулянтные свойства.
- Свежие записи
- Балкон в многоквартирном доме: является ли он общедомовым имуществом?
- Штраф за остекление балкона в 2022: что это и как избежать наказания
- Штраф за мусор с балкона: сколько заплатить за выбрасывание окурков
- Оформление балконного окна: выбираем шторы из органзы
- Как выбрать идеальные шторы для маленькой кухни с балконом