Полисахариды это что такое, примеры и химические свойства полисахаридов

Полисахарид — это что? Применение полисахаридов и их значение

Существует четыре основных класса сложных биоорганических веществ: белки, жиры, нуклеиновые кислоты и углеводы. Полисахариды принадлежат к последней группе. Несмотря на «сладкое» название, большинство из них выполняет совсем не кулинарные функции.

Основные функции полисахаридов в организме человека

Основные функции полисахаридов в организме человека

Полисахарид – это что?

Вещества группы также называют гликанами. Полисахарид – это сложная полимерная молекула. Она составлена из отдельных мономеров – моносахаридных остатков, которые объединены с помощью гликозидной связи.

Проще говоря, полисахарид – это молекула, построенная из объединенных остатков более простых углеводов. Количество мономеров в полисахариде может варьироваться от нескольких десятков до ста и больше.

Строение полисахаридов может быть как линейным, так и разветвленным.

Физические свойства

Большинство полисахаридов нерастворимы или плохо растворимы в воде. Чаще всего они бесцветные или желтоватые. В большинстве своем полисахариды не обладают запахом и вкусом, но иногда он может быть сладковатым.

Основные химические свойства

Среди особых химических свойств полисахаридов можно выделить гидролиз и образование производных.

• Гидролиз – это процесс, который происходит при взаимодействии углевода с водой при участии ферментов или катализаторов, таких как кислоты. Во время такой реакции полисахарид распадается на моносахариды. Таким образом, можно сказать, что гидролиз – процесс, обратный полимеризации.

Гликолиз крахмала можно выразить следующим уравнением:

• (С6Н10О5)n + n Н2О = n С6Н12О6

Так, при реакции крахмала с водой под действием катализаторов мы получаем глюкозу. Количество ее молекул будет равно количеству мономеров, образовывавших молекулу крахмала.

• Образование производных может происходить при реакциях полисахаридов с кислотами. В таком случае углеводы присоединяют к себе остатки кислот, вследствие чего образуются сульфаты, ацетаты, фосфаты и т. д. Кроме того, может происходить присоединение остатков метанола, что приводит к образованию сложных эфиров.

Биологическая роль

Полисахариды в клетке и организме могут выполнять следующие функции:

• защитную;
• структурную;
• запасающую;
• энергетическую.

Защитная функция заключается прежде всего в том, что из полисахаридов состоят клеточные стенки живых организмов. Так, клеточная стенка растений состоит из целлюлозы, грибов – из хитина, бактерий – из муреина.

Кроме того, защитная функция полисахаридов в организме человека выражается в том, что железами выделяются секреты, обогащенные этими углеводами, которые защищают стенки таких органов как желудок, кишечник, пищевод, бронхи и т. д. от механических повреждений и проникновения болезнетворных бактерий.

Структурная функция полисахаридов в клетке заключается в том, что они входят в состав плазматической мембраны. Также они являются компонентами мембран органоидов.

Следующая функция заключается в том, что основные запасные вещества организмов являются именно полисахаридами. Для животных и грибов это гликоген. У растений запасным полисахаридом является крахмал.

Последняя функция выражается в том, что полисахарид – это важный источник энергии для клетки. Получить ее из такого углевода клетка может путем его расщепления на моносахариды и дальнейшего окисления до углекислого газа и воды. В среднем при расщеплении одного грамма полисахаридов клетка получает 17,6 кДж энергии.

Применение полисахаридов

Эти вещества широко используются в промышленности и медицине. Большинство из них добываются в лабораториях путем полимеризации простых углеводов.

Наиболее широко используемыми полисахаридами являются крахмал, целлюлоза, декстрин, агар-агар.

Теперь вы знаете, что такое полисахариды, для чего они используются, какова их роль в организме, какими физическими и химическими свойствами они обладают.

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

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

Различаются гомогликаны (еще называют гомополисахариды), они имеют в цепочке идентичные углеводные составляющие. И, соответственно, когда звенья углеводов разные, вещество получает название гетерополисахарида.

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.

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.

Существующие виды полисахаридов

Понять, что такое полисахариды, какие функции они выполняют в жизни, можно на примере простых и доступных многим веществ.

Видео

Использование в различных отраслях

Полисахариды в настоящем XXI веке нашли обширное применение в различных отраслях промышленности, в том числе:

• в пищевой отрасли;
• в химической, фармацевтической сфере, медицине;
• на текстильных фабриках;
• в металлургии;
• на предприятиях по добыче и переработке газа и нефти.

Медицинская сфера и фармакология

Природные полимеры гликаны отличаются несколькими качествами, среди них:

• повышение защитных сил организма, стойкости к различным инфекциям;
• активное противостояние образованию опухолей;
• ускорение процессов регенерации клеток и тканей, ранозаживления;
• исключение или минимизация побочных воздействий лекарственных препаратов.

Видео

В медицинской сфере находят следующее применение:

• используются как составляющие вещества специальных препаратов, позволяющих определить в организме человека наличие кандидоза или сальмонеллеза;
• декстраны, которые вырабатываются определенными бактериями, выступают в медицине плазмозаменителями; сульфат декстрана является альтернативой гепарину как антикоагулянт;
• хитин используется в качестве основного компонента и наполнителя различных медикаментов;
• используются как ферментативные средства с длительным действием на основе декстрана с низкой аллергичностью;
• гликаны входят в состав различных паст высокого качества для чистки зубов.

Пищевая промышленность

Особую популярность полисахариды, добытые из бактерий, обрели в изготовлении прозрачных защитных пленок. Они используются для защиты продуктов питания от высыхания, заражения их бактериями и попадания грязи.

Видео

Ксантин становится основным участником процесса производства кисломолочной продукции. Экзополисахариды используются для улучшения качества мучных и хлебобулочных изделий, они позволяют увеличивать их объемы и уменьшать зачерствение.

Промышленность и инновации

Различные примеры полисахаридов можно активно использовать в инновационных и промышленных направлениях:

• Принимают активное участие вещества в синтезе ядерного топлива.
• Гликаны, получаемые из определенных видов бактерий, отличаются повышенной степенью вязкости, поэтому часто входят в состав клеящих веществ. Служат прекрасной альтернативой дорогим склеивающим ингредиентам, совершенно не уступая им по качеству.
• Агаразаменители – это участники синтеза веществ для фотопленок.
• Часто на нефтегазоперерабатывающих заводах используются такие продукты, как стабилизаторы и жидкость для очистки различных механизмов для бурения скважин. Они производятся на основе молекул гликанов.

Промышленность не стоит на месте, продолжаются научные исследования для поиска, выявления новых качеств, характеристик и свойств молекул моносахаридов с цепи. Они могут быть полезны для развития инновационной отрасли, микробиологической и биологической сферы.

Видео

Функции в организме (таблица)

Что такое полисахариды мы рассмотрели, но теперь стоит выяснить, какое значение углеводы имеют для организма человека. Ниже имеется таблица с основными функциями данных элементов.

Основные представители полисахаридов

Существуют разнообразные вещества, которые относятся к группе полисахаридов. Многие из них присутствуют в природе (в растениях, фруктах, овощах, плодах), имеются в организме человека, также их получают при проведении различных химических опытов.

Пектины

Это клейкие вещества, которые активно применяются в области кулинарии в качестве кондитерской добавки. Также они имеют другое название – желирующие. Элементы имеются в составе фруктов, растительного сырья. В основном применяется порошок пектина, в редких случаях может использоваться жидкая форма.

Видео

В организм человека пектины поступают вместе с продуктами растительного происхождения. Они производят полное очищение всех систем организма, при этом сохраняя бактериальный баланс. А также оказывают омолаживающее воздействие, нормализуют обмен веществ, улучшают состояние гемодинамики. Врачи утверждают, что использование пектиновых лекарственных средств способствует усиленному оздоровлению организма человека. Норма потребления – около 15 граммов в сутки.

Хитин

Хитин – основа скелета насекомых, представителей ракообразных, он содержится в структуре дрожжевых бактерий, разных типов грибов. Это вещество применяется для усиления вкуса и аромата продуктов, еды.

Видео

Хитин имеет разнообразные терапевтические качества:

• предотвращает развитие опухолевых клеточных структур;
• защищает ткани от радиоактивного воздействия;
• усиливает воздействие лекарственных препаратов, которые направлены на снижение свертываемости и разжижение крови;
• повышает иммунную систему;
• можно использовать в составе профилактической терапии инфарктов, инсультов;
• усиливает рост бифидобактерий, запускает процесс регенерации.

Области применения полисахаридов

Еще в середине 20 века полисахариды стали широко производить для пищевой промышленности и производства лекарственных средств. Но постепенно их стали использовать в других не менее важных областях.

Видео

Использование в области здравоохранения

Зачастую в медицинской практике полисахариды используются в качестве диагностических препаратов при обнаружении кандидозов и сальмонеллезов. Декстраны, которые вырабатываются некоторыми бактериями, являются плазмозаменителями. Сульфат декстрана заменяет гепарин как антикоагулянт. Особой популярностью пользуются препараты, которые имеют в основе хитин. Также хитин применяется при производстве наполнителей и основ различных лекарственных средств. В последнее время стали изготавливаться ферментативные лекарства с пролонгированным действием, которые имеют в составе декстраны. Гликаны являются активным компонентами, которые используются для изготовления высококачественных зубных паст.

Видео

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.

Промышленность и инновационные направления

Выше уже упоминалось, что полисахариды применяются на предприятиях, где ведется синтез ядерного топлива.

Гликаны, содержащиеся в клетках некоторых видов бактерий, имеют вязкость высокого уровня. Это свойство используют в технологиях производства клеящих соединений. Например, гетерополисахарид Corynebacterium equi var. mucilaginosus, имеет очень высокую степень вязкости. Поэтому составом на его основе можно заменить дорогостоящие склеивающие средства, не теряя в качестве.

Заменители агара лежат в основе синтеза составов для фотопленок.

На заводах переработки нефти и газа, а также при их добыче распространено применение стабилизаторов и жидкостей для промывки механизмов в процессе бурения скважин. Важной составной частью этих смесей являются гликаны.

Научные исследования по изучениям свойств полисахаридов и их производных приоритетны: они расширяют горизонты инновационного развития в активно развивающейся микробиологической отрасли промышленности.

Кислые полисахариды

Кислые полисахариды — полисахариды, которые содержат группы карбоксила, группы фосфата и/или серные группы сложного эфира.

Бактериальные капсульные полисахариды

Патогенные бактерии обычно производят гущу, как будто слизистую, слой полисахарида. Эта «капсула» скрывает аллергенные белки на бактериальной поверхности, которая иначе вызвала бы иммунную реакцию и таким образом привела бы к разрушению бактерий.

Капсульные полисахариды — разрешимая вода, обычно кислая, и имеют молекулярные массы на заказе 100-2000 килодальтонов. Они линейны и состоят из регулярно повторяющихся подъединиц одного — шести моносахаридов. Есть огромное структурное разнообразие; почти двести различных полисахаридов произведены E. coli один.

Смеси капсульных полисахаридов, или спрягаемых или местный житель, используются в качестве вакцин.

Бактерии и много других микробов, включая грибы и морские водоросли, часто прячут полисахариды, чтобы помочь им придерживаться поверхностей и препятствовать тому, чтобы они иссякли. Люди развили некоторые из этих полисахаридов в полезные продукты, включая ксантановую камедь, декстран, welan резина, gellan резина, diutan резина и pullulan.

Большинство этих полисахаридов показывает полезные вязкоупругие свойства, когда расторгнуто в воде на очень низких уровнях.

Это делает различные жидкости используемыми в повседневной жизни, такие как некоторые продукты, лосьоны, моющие средства и краски, вязкие, когда постоянный, но намного больше свободного течения, когда даже небольшой стрижет, применен, шевелясь или дрожа, вылившись, вытерев, или чистка. Эту собственность называют псевдопластичностью, или постригите утончение; исследование таких вопросов называют реологией.

водных растворов одного только полисахарида есть любопытное поведение, когда размешивается: после того, как побуждение прекращается, решение первоначально продолжает циркулировать из-за импульса, затем замедляется к бездействию из-за вязкости и полностью изменяет направление кратко перед остановкой. Эта отдача происходит из-за упругого эффекта цепей полисахарида, ранее протянутых в решении, возвращаясь в их расслабленное государство.

Полисахариды поверхности клеток играют разнообразные роли в бактериальной экологии и физиологии. Они служат барьером между клеточной стенкой и окружающей средой, добиваются патогенных хозяином взаимодействий и формируют структурные компоненты биофильмов.

Эти полисахариды синтезируются от активированных нуклеотидом предшественников (названный сахаром нуклеотида) и, в большинстве случаев, все ферменты, необходимые для биосинтеза, собрания и транспортировки законченного полимера, закодированы генами, организованными в специальных группах в пределах генома организма. Lipopolysaccharide — один из самых важных полисахаридов поверхности клеток, поскольку это играет ключевую структурную роль во внешней мембранной целостности, а также быть важным посредником патогенных хозяином взаимодействий.

Ферменты, которые делают A-группу (homopolymeric) и B-группу (heteropolymeric) O-антигены, были определены, и метаболические пути определены.

exopolysaccharide альгинатное является линейным сополимером β-1,4-linked D-mannuronic кислота и кислотные остатки L-guluronic, и ответственно за слизистый фенотип болезни муковисцедоза поздней стадии.

Пиксел и psl места — два недавно обнаруженных кластера генов, которые также кодируют exopolysaccharides, который, как находят, был важен для формирования биофильма.

Rhamnolipid — биосурфактант, производство которого жестко регулируется на транскрипционном уровне, но точная роль, которую это играет в болезни, не хорошо понята в настоящее время. Гликозилирование белка, особенно укладки и flagellin, стало центром исследования несколькими группами приблизительно с 2007 и, как показывали, было важно для прилипания и вторжения во время бактериальной инфекции.