§ 3. ПОЛИСАХАРИДЫ

Низкомолекулярные полисахариды

В зависимости от числа остатков моносахаридов в составе олигосахарида различают дисахариды, трисахариды и т.д. Наиболее часто встречаются дисахариды. К дисахаридам относятся сахароза (свекловичный или тростниковый сахар), лактоза (молочный сахар), мальтоза (солодовый сахар) и целлобиоза.

Молекула сахарозы состоит из остатков -D-глюкопиранозы и -D-фруктофуранозы. Связь между остатками моносахаридов осуществляется за счет гликозидных гидроксильных групп обеих молекул. 

В молекуле сахарозы нет свободной гликозидной группы OH. Для нее не характерна таутомерия, т.е. она не способна образовывать альдегидную группу и поэтому не обладает восстанавливающими свойствами. Как многоатомный спирт сахароза растворяет гидроксид меди (II) с образованием комплексной соли. В кислой среде она гидролизуется с образованием исходных глюкозы и фруктозы.

Лактоза, важнейшее питательное вещество молока, состоит из остатков -D-галактопиранозы и D-глюкопиранозы. Так как в остатке глюкозы присутствует свободный гликозидный гидроксил, может образовываться цепная форма глюкозы с альдегидной группой. Последняя снова образует пиранозный цикл в - или -форме. Поэтому в глюкозном остатке лактозы гликозидная группа ОН показана волнистой линией. Так как в водном растворе лактозы присутствует форма с альдегидной группой, лактоза – восстанавливающий дисахарид. Она дает реакцию «серебряного зеркала», реагирует с Фелинговой жидкостью:

Интересно знать! Дисахарид лактоза, поступая в организм человека с молоком, гидролизуется ферментом лактазой, расщепляясь на составляющие лактозу моносахариды – галактозу и глюкозу. Фермент лактаза выделяется тонким кишечником. Однако некоторые этнические группы населения в азиатских и африканских странах имеют мутацию, приведшую к отсутствию в их организмах этого фермента. Поэтому они страдают непереносимостью молочной пищи. Эта особенность называется непереносимостью лактозы. Это одна из причин отсутствия молочной пищи в китайской кухне (она используется только в одном небольшом регионе).  

Мальтоза и целлобиоза  – продукты неполного гидролиза крахмала, происходящего под влиянием ферментов, содержащихся в солоде (проросших зернах ячменя, которые используются при приготовлении пива) и целлюлозы соответственно. При гидролизе они распадаются с образованием двух молекул глюкозы. 

 

Высокомолекулярные полисахариды

Молекулы высокомолекулярных полисахаридов состоят более   чем   из    10   моносахаридных   остатков, связанных О-гликозидными связями и образующих линейные и разветвленные цепи. В состав простейших полисахаридов входят остатки только одного моносахарида (гомополисахариды), более сложные (гетерополисахариды) состоят из остатков двух или более различных моносахаридов. Кроме обычных пентоз и гексоз, в состав полисахаридов могут входить и различные их производные: дезокисисахара, аминосахара, уроновые кислоты и др. Наиболее важными полисахаридами являются крахмал, целлюлоза и гликоген.

Крахмал – широко распространенный в природе полисахарид, играющий роль резервного вещества многих растений. В состав крахмала входят два полисахарида – амилоза (20 – 30  %) и амилопектин (70 – 80  %). Эти полисахариды построены из остатков -D-глюкопиранозы. Молекулы амилозы построены линейно и имеют меньшую молекулярную массу (до 500 000):

Молекулы амилопектина имеют боковые ответвления:

Молекулярная масса его может превышать 1 000 000. Амилопектин в отличие от амилозы при набухании образует клейстер. Аналогичную структуру имеет и «животный крахмал» – гликоген. Гликоген синтезируется в клетках животных из глюкозы и запасается в печени до 7 % от общей массы и мышцах до 4 %. Гликоген выполняет функцию депо глюкозы: при необходимости он подвергается гидролизу, что позволяет поддерживать постоянную концентрацию глюкозы в крови.

Целлюлоза – главная составная часть оболочек растительных клеток, выполняющая функции конструкционного материала. Молекулы целлюлозы построены из остатков -D-глюкопиранозы:

 

Макромолекулярные цепи целлюлозы имеют линейное строение с молекулярной массой, превышающей 1 000 000. Организм человека не приспособлен к перевариванию целлюлозы (хотя она и является составной частью клетчатки), потому что в нем   отсутствуют   ферменты,  позволяющие  гидролизовать  -1,4-связи в целлюлозе. Однако коровы и другие жвачные животные, благодаря симбиозу с микроорганизмами, имеют необходимые ферменты и поэтому могут переваривать целлюлозу.

Химические свойства целлюлозы и крахмала определяются наличием большого числа гидроксильных групп. В промышленности используется способность целлюлозы образовывать алкильные, ацильные (ацетатные волокна) и нитропроизводные (нитроцеллюлоза). 

 

При гидролизе крахмала и целлюлозы образуется глюкоза. Реакция проводится в кислой среде.

Крахмал и гликоген дают цветную реакцию с раствором иода в иодиде калия. Крахмал окрашивается в темно-синий цвет, а гликоген – в винно-красный.

Широко распространен в природе хитин – главный скелетный полисахарид беспозвоночных. Хитин является клеточным компонентом стенок грибов, некоторых зеленых водорослей. По химической природе он представляет собой полиаминосахарид. 

Представителями гетерополисахаридов являются кислые мукополисахариды, или гликозаминогликаны. Обычно они присоединяются к белкам. Они присутствуют в межклеточном веществе, хрящах, сухожилиях, коже и выполняют структурную и защитную функцию. К гетерополисахаридам относится также и гепарин, о его функции мы говорили ранее.