Гомополісахариди

Гомополісахариди, побудовані з залишків пентоз, називаються пентозанами, а з залишків гексоз – гексозанами. Загальна формула пентозанів – (С₅Н₈О₄)_n, а гексозанів – (С₆Н₁₀О₅)_n. Переважна біль­шість природних полісахаридів – гексозани; до них відносяться: крохмаль, целюлоза, глікоген, декстрани та ін.

Крохмаль. Крохмаль служить основним джерелом резервної енергії в рослинах; зустрічається головним чином у насінні, бульбах і корінні.

Крохмаль містить приблизно 20% розчинної у воді фракції, яку називають амілозою, і близько 80% нерозчинної фракції, що нази­вається амілопектином. При поступовому кислотному та ферментати­вному гідролізі амілоза й амілопектин розщеплюються до декстринів (суміш полісахаридів з меншою молекулярною масою), подальший гідроліз яких приводить до мальтози, а потім до D -глюкози:

Різницю в будові амілози і амілопектину зумовлено характером глікозидних зв'язків.

Амілоза – лінійний полімер, у котрому D -глюкопіранозні залиш­ки сполучені α-1,4-глікозидним зв'язком; складається з 200-350 мономерних ланок:

Молекулярна маса амілози складає приблизно 40000. її молекули гнучкі та можуть набувати різних просторових форм. У присутності комплексоутворювачів, наприклад, йоду, вона може існувати у вигляді спіралі, в кожному витку котрої міститься шість залишків глюкози. Розмір внутрішньої порожнини спіралі дозволяє розмісти­тися в ній молекулі йоду, що приводить до утворення забарвленого на синій колір комплексу. На цій властивості крохмалю основане його використання у фармацевтичному аналізі в якості індикатора.

Амілопектин – полімер розгалуженої структури, котрий може вміщувати 1000 і більше залишків D -глюкози в молекулі. Молекуляр­на маса амілопектину досягає 1-6 млн. Всі ланцюги полісахариду основний та бокові – побудовані однотипно: залишки глюкози в них сполучені а-1,4-глікозидним зв'язком. Бокові відгалуження зв'язані з основним ланцюгом α-1,б-глікозидним зв'язком. Між двома сусідніми точками розгалуження основний ланцюг вміщує 20-25 моносахаридних залишків:

В зв'язку з наявністю великого числа відгалужень молекула амілопектину не здатна набувати конформації спіралі та зв'язує йод лише в незначній кількості з утворенням червоного забарвлення.

Крохмаль служить основним джерелом вуглеводів у харчовому раціоні людини. Фермент амілаза, який міститься у слині, розщеплює α-глікозидні зв'язки крохмалю до декстринів і частково – до мальто­зи, подальший розпад яких до глюкози відбувається у кишечнику. У фармації крохмаль використовується у виробництві таблеток, а також для виготовлення присипок і паст.

Глікоген (тваринний крохмаль). Якщо у більшості рослин резерв­ним полісахаридом є крохмаль, то в тваринних організмах цю функ­цію виконує глікоген. Цей полісахарид забезпечує організм глюкозою при підвищених фізичних навантаженнях і в час між прийманням їжі.

Глікоген побудований аналогічно до амілопектину, але являє со­бою ще більш розгалужену структуру. Зв'язок глюкопіранозних за­лишків у основному та бокових ланцюгах α-1,4; а в місцях розгалу­ження – α-1,6. Між точками розгалуження міститься 10-12, рідше – 2-4 моносахаридних залишків. Молекулярна маса глікогену варіює і може досягати декількох мільйонів. На відміну від більшості інших резервних полісахаридів глікоген добре розчинний у воді.

Сильна розгалуженість ланцюгів глікогену сприяє атаці його ферментами з різних боків одночасно. Ця обставина приводить до надзвичайно високої швидкості розщеплення полісахариду та. відповідно, можливості майже миттєвої мобілізації вміщених у ньому енергетичних запасів.

Найбагатші на глікоген печінка та м'язи.

Целюлоза. Целюлоза широко розповсюджений у природі полісахарид, який є складовою частиною оболонок рослинних клітин. До складу деревини входить від 50 до 70 %, а до складу бавовна до 98 % целюлози. Молекула целюлози являє собою лінійний ланцюг, який складається з залишків D -глюкопіранози, сполучених між собою β-1,4-глікозидними зв'язками:

Молекулярна маса целюлози коливається від 250000 до 1000000 при вмісті не менше 1500 залишків глюкози.

Целюлоза не розчиняється у воді та звичайних органічних роз­чинниках, але розчиняється в аміачному розчині гідроксиду міді (реактив Швейцера) і концентрованому розчині хлориду цинку.

При нагріванні з мінеральними кислотами целюлоза гідролізуєть­ся за схемою:

Людина та вищі тварини не мають ферменту, котрий гідролізував би β-глікозидні зв'язки целюлози, проте вона є необхідним баластним компонентом їжі, що поліпшує травлення.

Молекула целюлози має строго впорядковану конформацію «жорсткого стрижня», у котрій глюкопіранозні залишки розміщені лінійно.

Таке розміщення залишків у просторі зумовлено тим, що глікозидний атом кисню і атом кисню при С⁴ зв'язані з піранозним циклом екваторіально. Лінійна конформація молекули закріплюється внутрішньомолекулярними водневими зв'язками.

Паралельно укладені ланцюги полісахариду утримуються за рахунок-утворення міжмолекулярних водневих зв'язків. Через таку будову целюлоза хімічно порівняно інертна (нерозчинна у воді, важко гідролізується) і має високу механічну міцність. Целюлоза не розще­плюється ферментами шлунково-кишкового тракту і тому не за­своюється, але вона є необхідним для нормального харчування ба­ластним компонентом їжі.

Важливе практичне значення мають похідні целюлози. Наявність трьох вільних спиртових груп у кожному глюкозидному залишку целюлози дає можливість одержувати її складні ефіри. Так. при об­робці целюлози сумішшю азотної та сірчаної кислот утворюються нітрати целюлози. Властивості та можливості застосування цих про­дуктів залежать від ступеня нітрування. Суміш моно- та динітратів називають колодійною ватою, або колоксиліном. її використовують для виготовлення колодію, застосовуваного в медицині для фіксації пов'язок. Продукт повного нітрування целюлози (тринітрат целю­лози, тринітроклітковина, піроксилін) є вибуховою речовиною, вико­ристовуваною у виробництві бездимного пороху. Велике народно­господарське значення має діацетат целюлози, що використовують у виробництві ацетатного шовку, а також ксантогенат целюлози, ко­трий застосовують для добування віскозного волокна та целофану. Натрієва сіль карбоксиметилцелюлози застосовується у виробництві лікарських препаратів.

Декстрини. Декстрани це полісахариди бактеріального поход­ження, побудовані з залишків α- D -глюкопіранози. Добувають їх з сахарози при участі бактерій Lcuconostoc mcscntcroides. Основним типом зв'язку в декстранах є α-1,б-глікозидний зв'язок, а у точках розгалуження α-1,4- і α-1,3-глікозидні зв'язки:

Молекулярна маса декстранів складає декілька мільйонів. Частково гідролізовані декстрани (м.м. 40000-800000) використовують у фарма­ції у виробництві плазмозамінників «поліглюкін» і «реополіглюкін».

Інулін. Інулін — резервний полісахарид, який міститься у бульбах

складноцвітих та інших рослин. Молекула інуліну має лінійну будову та складається з залишків β- D -фруктофуранози, сполучених 2,1-глікозидними зв'язками, і закінчується α- D -глюкопіранозним залишком (як у саха­рози). Молекулярна маса його звичайно не більша 6000.

Інулін виділяють з бульб жоржини екстракцією з гарячою водою. Використо­вується для добування D -фруктози.

Пектинові речовини. До пектинових речовин (пектинів) відносять полісахариди, в основі будови котрих лежить полігалактуронова (пектова) кислота, побудована з залишків α- D -галактуронової кисло­ти, сполучених між собою 1,4-глікозидними зв'язками. Частина карбоксильних груп полігалактуронової кислоти етерифікована та знаходиться у вигляді метилового ефіру.

Водні розчини пектинів здатні утворювати стійкі гелі.

Пектини містяться практично в усіх наземних рослинах і деяких водоростях. Вони знайшли широке застосування у харчовій промисло­вості для виготовлення желе, мармеладу, тому що з сахарозою у присутності органічних кислот утворюють драглі.

Деякі пектинові речовини виявляють противиразкову дію і є основою ряду лікарських препаратів.