Полисахариды

Полисахарид — это что? Применение полисахаридов и их значение

Полисахариды

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.

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.

Применение полисахаридов в промышленности

Название вещества Использование Источник
Крахмал Находит применение в пищевой промышленности. Также служит сырьем для получения глюкозы, спирта. Применяется для изготовления клея, пластмасс. Кроме того, используется и в текстильной промышленности Получают из клубней картофеля, а также из семян кукурузы, рисовой сечки, пшеницы и других богатых крахмалом растений
Целлюлоза Используется в целлюлозно-бумажной и текстильной промышленности: из нее изготавливают картон, бумагу, вискозу. Производные целлюлозы (нитро-, метил-, ацетилцеллюлоза и др.) находят широкое применение в химической промышленности. Из них же производят синтетические волокна и ткани, искусственную кожу, краски, лаки, пластмассы, взрывчатку и многое другое Добывают это вещество из древесины, в основном хвойных растений. Также есть возможность получения целлюлозы из конопли и хлопка
Декстрин Является пищевой добавкой Е1400. Также применяется при изготовлении клеящих веществ Получают из крахмала путем термической обработки
Агар-агар Это вещество и его производные применяют в качестве стабилизаторов при изготовлении продуктов питания (например, мороженого и мармелада), лаков, красок Добывают из бурых водорослей, так как он является одним из компонентов их клеточной оболочки

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

Полисахарид • ru.knowledgr.com

Полисахариды

Полисахариды — полимерные молекулы углевода, составленные из длинных цепей единиц моносахарида, связанных glycosidic связями, и на гидролизе дают учредительные моносахариды или oligosaccharides. Они располагаются в структуре от линейного до очень разветвленного. Примеры включают полисахариды хранения, такие как крахмал и гликоген и структурные полисахариды, такие как целлюлоза и хитин.

Полисахариды часто довольно разнородны, содержа небольшие модификации повторяющейся единицы. В зависимости от структуры у этих макромолекул могут быть отличные свойства от их стандартных блоков моносахарида.

Они могут быть аморфными или даже нерастворимыми в воде.

Когда все моносахариды в полисахариде — тот же самый тип, полисахарид называют homopolysaccharide или homoglycan, но когда больше чем один тип моносахарида присутствует, их называют heteropolysaccharides или heteroglycans.

Естественные saccharides обычно имеют простые углеводы, названные моносахаридами с общей формулой (CHO), где n равняется трем или больше.

Примеры моносахаридов — глюкоза, фруктоза, и у glyceraldehyde Полисахаридов, между тем, есть общая формула C (HO), где x обычно — большое количество между 200 и 2500.

Полагая, что повторяющиеся единицы в основе полимера часто — моносахариды с шестью углеродом, общая формула может также быть представлена как (CHO) где 40≤n≤3000.

Полисахариды содержат больше чем десять единиц моносахарида. Определения того, насколько большой углевод должен быть должен попасть в полисахариды категорий или oligosaccharides, варьируются согласно личному мнению. Полисахариды — важный класс биологических полимеров. Их функция в живых организмах обычно — или структура — или связанный с хранением.

Крахмал (полимер глюкозы) используется в качестве полисахарида хранения на заводах, находимых в форме и амилозы и разветвленного amylopectin. У животных структурно подобный полимер глюкозы — более плотно разветвленный гликоген, иногда называемый 'крахмал животных'.

Свойства гликогена позволяют ему быть усвоенным более быстро, который удовлетворяет активным жизням движущихся животных.

Целлюлоза и хитин — примеры структурных полисахаридов. Целлюлоза используется в клеточных стенках заводов и других организмов, и, как говорят, является самой богатой органической молекулой на земле.

Это имеет много использования, такого как значительная роль в бумаге и текстильных отраслях промышленности, и используется в качестве сырья для промышленности для производства искусственного шелка (через процесс вискозы), ацетат целлюлозы, целлулоид и нитроцеллюлоза.

Хитин имеет подобную структуру, но имеет содержащие азот отделения стороны, увеличивая ее силу. Это найдено в членистоногих экзоскелетах и в клеточных стенках некоторых грибов. У этого также есть многократное использование, включая хирургические нити.

Полисахариды также включают callose или laminarin, chrysolaminarin, ксилан, arabinoxylan, няньку, fucoidan и galactomannan.

Структура

Полисахариды пищи — общие источники энергии. Много организмов могут легко сломать крахмалы в глюкозу; однако, большинство организмов не может усвоить целлюлозу или другие полисахариды как хитин и arabinoxylans. Эти типы углевода могут быть усвоены некоторыми бактериями и протестами. Жвачные животные и термиты, например, используют микроорганизмы, чтобы обработать целлюлозу.

Даже при том, что они, комплекс к углеводам не очень удобоваримый, они предоставляют важные диетические элементы людям. Названное диетическое волокно, эти углеводы увеличивают вываривание среди других преимуществ.

Главное действие диетического волокна должно изменить природу содержимого желудочно-кишечного тракта, и измениться, как поглощены другие питательные вещества и химикаты.

Разрешимое волокно связывает с желчными кислотами в тонкой кишке, делая их менее вероятно, чтобы войти в тело; это в свою очередь понижает уровни холестерина в крови.

Разрешимое волокно также уменьшает поглощение сахара, уменьшает сахарный ответ после еды, нормализует уровни липида крови и, когда-то волнуемый в двоеточии, производит жирные кислоты короткой цепи как побочные продукты со всесторонними физиологическими действиями (обсуждение ниже). Хотя нерастворимое волокно связано со сниженным риском диабета, механизм, которым это происходит, неизвестен.

Еще формально предложенный как существенное макропитательное вещество (с 2005), диетическое волокно, тем не менее, расценено как важное для диеты с контролирующими органами во многих развитых странах, рекомендующих увеличения потребления волокна.

Крахмалы

Крахмалы — полимеры глюкозы, в которых glucopyranose единицы соединены альфа-связями. Это составлено из смеси амилозы (15-20%) и amylopectin (80-85%).

Амилоза состоит из линейной цепи нескольких сотен молекул глюкозы, и Amylopectin — молекула с разветвленной цепью, сделанная из нескольких тысяч единиц глюкозы (каждая цепь 24–30 единиц глюкозы — одно отделение Amylopectin). Крахмалы нерастворимые в воде. Они могут быть переварены, который может сломать альфа-связи (glycosidic связи).

У и людей и животных есть амилазы, таким образом, они могут переварить крахмалы. Картофель, рис, пшеница и кукуруза — основные источники крахмала в рационе питания. Формирования крахмалов — способы, которыми заводы хранят глюкозу

Гликоген

Гликоген служит вторичным долгосрочным аккумулированием энергии у животного и грибковых клеток с основными энергетическими магазинами, проводимыми в жирной ткани. Гликоген сделан прежде всего печенью и мышцами, но может также быть сделан glycogenesis в пределах мозга и живота.

Гликоген — аналог крахмала, полимера глюкозы на заводах, и иногда упоминается как крахмал животных, имея подобную структуру к amylopectin, но более экстенсивно ветвился и компактный, чем крахмал. Гликоген — полимер α (1→4) glycosidic связанные связи с α (1→6) — связанные отделения.

Гликоген найден в форме гранул в цитозоли/цитоплазме во многих типах клетки и играет важную роль в цикле глюкозы.

Гликоген формирует энергетический запас, который может быть быстро мобилизован, чтобы удовлетворить внезапные потребности для глюкозы, но тот, который менее компактен и более немедленно доступен как энергетический запас, чем триглицериды (липиды).

В гепатоцитах печени гликоген может составить до восьми процентов (100-120 г во взрослом) нового веса вскоре после еды. Только гликоген, сохраненный в печени, может быть сделан доступным для других органов. В мышцах гликоген найден в низкой концентрации одного — двух процентов массы мышц.

Сумма гликогена, сохраненного в теле — особенно в пределах мышц, печени и эритроцитов — меняется в зависимости от физической активности, интенсивности метаболизма и предпочтений в еде, таких как неустойчивый пост. Небольшие количества гликогена найдены в почках и еще меньших суммах в определенных глиальных клетках в клетках головного мозга и лейкоцитах.

Матка также хранит гликоген во время беременности, чтобы кормить эмбрион.

Гликоген составлен из разветвленной цепи остатков глюкозы. Это сохранено в печени и мышцах.

  • Это — энергетический запас для животных.
  • Это — главная форма углевода, сохраненного в теле животных.
  • Это нерастворимое в воде. Это покраснело, когда смешано с йодом.
  • Это также приводит к глюкозе на гидролизе.

File:Glycogen структура svg|Schematic 2-й поперечный вид в сечении гликогена. Основной белок glycogenin окружен отделениями единиц глюкозы. Вся шаровидная гранула может содержать приблизительно 30 000 единиц глюкозы.

File:Glycogen заполняющее пространство образцовое jpg|A представление о строении атома единственного разветвленного берега единиц глюкозы в молекуле гликогена.

Arabinoxylans

Arabinoxylans найдены и в основных и во вторичных клеточных стенках заводов и являются сополимерами двух pentose сахара: arabinose и xylose.

Целлюлоза

Структурный компонент заводов сформирован прежде всего из целлюлозы. Древесина — в основном целлюлоза и лигнин, в то время как бумага и хлопок — почти чистая целлюлоза. Целлюлоза — полимер, сделанный с повторными единицами глюкозы, соединенными вместе бета связями.

Люди и много животных испытывают недостаток в ферменте, чтобы сломать бета связи, таким образом, они не переваривают целлюлозу. Определенные животные, такие как термиты могут переварить целлюлозу, потому что бактерии, обладающие ферментом, присутствуют в их пищеварительном тракте. Целлюлоза нерастворимая в воде.

Это не изменяет цвет, когда смешано с йодом. На гидролизе это приводит к глюкозе. Это — самый богатый углевод в природе.

Хитин

Хитин — один из многих естественных полимеров. Это формирует структурный компонент многих животных, таких как экзоскелеты. В течение долгого времени это разлагаемо микроорганизмами в окружающей среде.

Его расстройство может катализироваться ферментами, названными chitinases, спрятавшим микроорганизмами, такими как бактерии и грибы, и произвело некоторыми заводами. У некоторых из этих микроорганизмов есть рецепторы к простому сахару от разложения хитина.

Если хитин обнаружен, они тогда производят ферменты, чтобы переварить его, раскалывая glycosidic связи, чтобы преобразовать его в простой сахар и аммиак.

Химически, хитин тесно связан с хитозаном (более растворимая в воде производная хитина). Это также тесно связано с целлюлозой, в которой это — длинная цепь без ветвей производных глюкозы. Оба материала вносят структуру и силу, защищая организм.

Пектины

Пектины — семья сложных полисахаридов, которые содержат 1,4 связанные α-D-galactosyluronic кислотные остатки. Они присутствуют в большинстве основных клеточных стенок и в недревесных частях наземных растений.

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.

У

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.

Периодическая кислотная-Schiff окраска (ПЕРВЕНСТВО)

Полисахариды с незащищенными местными диолами или сахар аминопласта (т.е. некоторые, О, группы, замененные амином), дают положительную Периодическую кислотную-Schiff окраску (ПЕРВЕНСТВО).

Список полисахаридов, которые окрашивают с ПЕРВЕНСТВОМ, длинен.

Хотя муцины эпителиальной окраски происхождения с ПЕРВЕНСТВОМ, у муцинов происхождения соединительной ткани есть столько кислых замен, что они не имеют в запасе достаточно гликоля или групп алкоголя аминопласта, чтобы реагировать с ПЕРВЕНСТВОМ.

См. также

  • Номенклатура Oligosaccharide
  • Полисахарид заключил в капсулу бактерии

Внешние ссылки

  • Заявления и коммерческие источники полисахаридов
  • Европейская сеть полисахарида превосходства

Классификация углеводов — моносахариды, дисахариды и полисахариды

Полисахариды

Одной из разновидностей органических соединений, необходимых для полноценного функционирования человеческого организма, являются углеводы.

Они разделяются на несколько типов согласно своему строению — моносахариды, дисахариды и полисахариды. Следует разобраться, для чего они нужны и каковы их химические и физические свойства.

Классификация углеводов

Углеводами называют соединения, в составе которых находятся углерод, водород и кислород. Чаще всего они имеют природное происхождение, хотя некоторые создаются промышленным путем. Их роль в жизнедеятельности живых организмов огромна.

Основными их функциями называют следующие:

  1. Энергетическая. Эти соединения – главный источник энергии. Большая часть органов может полноценно работать за счет энергии, полученной при окислении глюкозы.
  2. Структурная. Углеводы необходимы для формирования почти всех клеток организма. Клетчатка играет роль опорного материала, а в костях и хрящевой ткани находятся углеводы сложного типа. Одним из компонентов клеточных мембран является гиалуроновая кислота. Также углеводистые соединения требуются в процессе выработки ферментов.
  3. Защитная. При функционировании организма осуществляется работа желез, выделяющих секреторные жидкости, нужные для защиты внутренних органов от патогенного воздействия. Значительная часть этих жидкостей представлена углеводами.
  4. Регуляторная. Эта функция проявляется во влиянии на человеческий организм глюкозы (поддерживает гомеостаз, контролирует осмотическое давление) и клетчатки (воздействует на желудочно-кишечную перистальтику).
  5. Особые функции. Они свойственны отдельным видам углеводов. К таким особым функциям относятся: участие в процессе передачи нервных импульсов, формирование разных групп крови и пр.

Исходя из того, что функции углеводов достаточно разнообразны, можно предположить, что эти соединения должны различаться по своему строению и особенностям.

Это действительно так, и основная классификация их включает в себя такие разновидности, как:

  1. Моносахариды. Они считаются наиболее простыми. Остальные типы углеводов вступают в процесс гидролиза и распадаются на более мелкие составляющие. У моносахаридов такой способности нет, они являются конечным продуктом.
  2. Дисахариды. В некоторых классификациях их относят к олигосахаридам. В их составе находится две молекулы моносахарида. Именно на них делится дисахарид при гидролизе.
  3. Олигосахариды. В составе этого соединения находится от 2 до 10 молекул моносахаридов.
  4. Полисахариды. Эти соединения являются самой крупной разновидностью. В их состав входит больше 10 молекул моносахаридов.

У каждого вида углеводов есть свои особенности. Нужно рассмотреть их, чтобы понять, как каждый из них влияет на человеческий организм и в чем его польза.

Моносахариды

Эти соединения являются самой простой формой углеводов. В их составе находится одна молекула, поэтому в ходе гидролиза не происходит их деление на мелкие блоки. При объединении моносахаридов формируются дисахариды, олигосахариды и полисахариды.

Они отличаются твердым агрегатным состоянием и сладким вкусом. У них есть способность растворяться в воде. Также они могут растворяться в спиртах (реакция слабее, чем с водой). Моносахариды почти не реагируют на смешение с эфирами.

Чаще всего упоминают природные моносахариды. Некоторые из них люди потребляют вместе с продуктами питания. К ним относят глюкозу, фруктозу и галактозу.

Они содержатся в таких продуктах, как:

  • мед;
  • шоколад;
  • фрукты;
  • некоторые виды вина;
  • сиропы и пр.

Основной функцией углеводов такого типа является энергетическая. Нельзя сказать, что организм не может без них обойтись, но у них есть свойства, важные для полноценной работы организма, например, участие в обменных процессах.

Моносахариды организм усваивает быстрее всего, что происходит в ЖКТ. Процесс усвоения сложных углеводов, в отличие от простых соединений, не так прост. Сначала сложные соединения должны разделиться до моносахаридов, лишь после этого они усваиваются.

Глюкоза

Это один из распространенных видов моносахаридов. Он представляет собой белое кристаллическое вещество, которое формируется естественным путем – в ходе фотосинтеза либо при гидролизе. Формула соединения — С6Н12О6. Вещество хорошо растворимо в воде, обладает сладким вкусом.

Глюкоза обеспечивает клетки мышечной и мозговой тканей энергией. При попадании в организм вещество усваивается, попадает в кровь и распространяется по всему телу. Там происходит ее окисление с высвобождением энергии. Это основной источник энергетической подпитки для мозга.

При нехватке глюкозы в организме развивается гипогликемия, которая в первую очередь отражается на функционировании мозговых структур. Однако чрезмерное ее содержание в крови тоже опасно, поскольку ведет к развитию сахарного диабета. Также при употреблении большого количества глюкозы начинает увеличиваться масса тела.

Фруктоза

Она относится к числу моносахаридов и очень похожа на глюкозу. Отличается более медленными темпами усвоения. Это объясняется тем, что для усвоения необходимо, чтобы фруктоза сначала преобразовалась в глюкозу.

Поэтому данное соединение считается неопасным для диабетиков, поскольку его потребление не ведет к резкому изменению количества сахара в крови. Тем не менее при таком диагнозе осторожность все же необходима.

У фруктозы есть способность к быстрому преобразованию в жирные кислоты, что становится причиной развития ожирения. Также из-за этого соединения снижается чувствительность к инсулину, что вызывает диабет 2 типа.

Это вещество можно получить из ягод и фруктов, а еще – из меда. Обычно оно там находится в сочетании с глюкозой. Соединению тоже присущ белый цвет. Вкус сладкий, причем эта особенность проявляется интенсивнее, чем в случае с глюкозой.

Другие соединения

Существуют и другие моносахаридные соединения. Они могут быть природными и полуискусственными.

К природным относится галактоза. Она тоже содержится в пищевых продуктах, но не встречается в чистом виде. Галактоза является результатом гидролиза лактозы. Основным ее источником называют молоко.

Другими природными моносахаридами являются рибоза, дезоксирибоза и манноза.

Также есть разновидности таких углеводов, для получения которых используются промышленные технологии.

Эти вещества тоже находятся в продуктах питания и попадают в человеческий организм:

  • рамноза;
  • эритрулоза;
  • рибулоза;
  • D-ксилоза;
  • L-аллоза;
  • D-сорбоза и пр.

Каждое из этих соединений отличается своими особенностями и функциями.

Дисахариды и их применение

Следующий тип углеводных соединений – дисахариды. Они считаются сложными веществами. В результате гидролиза из них образуется две молекулы моносахаридов.

Этот тип углеводов отличается следующими особенностями:

  • твердость;
  • растворимость в воде;
  • слабая растворимость в концентрированных спиртах;
  • сладкий вкус;
  • цвет – от белого до коричневого.

Основные химические свойства дисахаридов заключаются в реакциях гидролиза (происходит разрыв гликозидных связей и образование моносахаридов) и конденсации (формируются полисахариды).

Встречается 2 типа таких соединений:

  1. Восстанавливающие. Их особенностью является наличие свободной полуацетальной гидроксильной группы. За счет нее у таких веществ присутствуют восстановительные свойства. К данной группе углеводов относятся целлобиоза, мальтоза и лактоза.
  2. Невосстанавливающие. У этих соединений нет возможности к восстановлению, поскольку у них отсутствует полуацетальная гидроксильная группа. Наиболее известными веществами этого типа являются сахароза и трегалоза.

Эти соединения широко распространены в природе. Они могут встречаться как в свободном виде, так и в составе других соединений. Дисахариды являются источником энергии, поскольку при гидролизе из них образуется глюкоза.

Лактоза очень важна для детей, поскольку является основным из компонентов детского питания. Еще одной функцией углеводов этого типа является структурная, поскольку они входят в состав целлюлозы, которая нужна для формирования растительных клеток.

Характеристика и особенности полисахаридов

Еще одной разновидностью углеводов являются полисахариды. Это наиболее сложный тип соединений. Состоят они из большого количества моносахаридов (основной их компонент — глюкоза). В ЖКТ полисахариды не усваиваются – предварительно осуществляется их расщепление.

Особенности этих веществ таковы:

  • нерастворимость (либо слабая растворимость) в воде;
  • цвет желтоватый (или окраска отсутствует);
  • у них нет запаха;
  • почти все они безвкусны (некоторые имеют сладковатый вкус).

К химическим свойствам этих веществ относится гидролиз, который осуществляется под влиянием катализаторов. Результатом реакции становится распад соединения на структурные элементы – моносахариды.

Еще одно свойство – образование производных. Полисахариды могут вступать в реакцию с кислотами.

Продукты, образующиеся в ходе этих процессов, очень разнообразны. Это ацетаты, сульфаты, сложные эфиры, фосфаты и пр.

Примеры полисахаридов:

  • крахмал;
  • целлюлоза;
  • гликоген;
  • хитин.

Образовательный видео-материал о функциях и классификации углеводов:

Эти вещества важны для полноценного функционирования организма целиком и клеток по отдельности. Они снабжают организм энергией, участвуют в образовании клеток, оберегают внутренние органы от повреждений и неблагоприятного воздействия. Также они играют роль запасных веществ, которые нужны животным и растениям на случай сложного периода.

Рекомендуем другие статьи по теме

Полисахариды | Химия онлайн

Полисахариды

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

(C6H10O5)n,

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):

Крахмал

Целлюлоза

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 свойстваполисахаридов

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.

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.

6. Как пищевой продукт:

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.

Углеводы

Полисахариды: крахмал, гликоген, некрахмальные полисахариды

Полисахариды

Главный полисахарид, который хорошо усваивается организмом человека – это крахмал. Основным его поставщиком являются: картофель, хлеб, макароны, зерновые и бобовые.

Молекула крахмала – полимер, состоящий из нескольких молекул глюкозы, которая в данном случае является мономером. В состав крахмала входит две фракции: линейный полимер амилозу  (состоит из 200 – 2000 мономеров) и разветвленный полимер амило-пектин (состоит из 1000 – 1000000 мономеров).

Различные соотношения амилозы и амило-пектина в составе крахмала являются причиной разных физико-химических свойств крахмала в разных пищевых источниках (например, крахмал, полученный из разных продуктов, растворяется при разной температуре)

Как усваивается крахмал

Для того, чтобы крахмал лучше усваивался, содержащие его пищевые продукты подвергаются тепловой обработке, в результате которой образуется крахмальный клейстер. В чистой форме клейстер можно увидеть в киселе, а в скрытой форме клейстер образуется в каше, макаронах, хлебе и т.д.

Поступающие с пищей крахмальные полисахариды начинают расщепляться ферментами уже в ротовой полости. В процессе расщепления крахмала образуются мальтодекстрины, мальтоза, глюкоза, которые полностью усваиваются.

В отличии от моносахаридов и дисахаридов крахмал усваивается дольше, поэтому не вызывает резкого повышения уровня глюкозы в крови. Кроме того, с продуктами поставщиками крахмала, в организм поступают большое количество аминокислот, минеральных веществ и витаминов и при этом минимальное количество жира.

Сахар же, напротив, не только не содержит эссенциальных нутриентов, но и затрачивает их в процессе усвоения, а кроме этого, большая часть продуктов кондитерского производства являются еще источниками скрытого жира.

Крахмал который не усваивается

При термической обработке продуктов  частично образуется крахмал устойчивый к перевариванию. Образующееся количество этого крахмала зависит от степени тепловой обработки и от  того, сколько в крахмале содержится амилозы.

Крахмалы, резистентные к перевариванию содержатся также в продуктах натуральных, например, больше всего их содержат картофель и бобовые.

Устойчивые к перевариванию крахмалы входят в группу пищевых волокон вместе некрахмальными полисахаридами и олигосахаридами.

Модифицированные крахмалы

Эти крахмалы применяются пищевой промышленностью. От природных форм их отличает более хорошая растворимость, которая не зависит от температуры. Подобные свойства достигаются за счет предварительной обработки крахмала ферментами.

С помощью модифицированных крахмалов продуктам придают необходимый внешний вид и стабильную форму, а также достигают требуемой вязкости и однородности.

Гликоген – второй усваиваемый полисахарид

С пищей его поступает немного, в основном с печенью, мясом и рыбой. В процессе созревания мяса из гликогена образуется молочная кислота.

В то же время гликоген образуется в организме человека из глюкозы, поэтому часть излишков глюкозы, поступившей с пищей, превращается в гликоген, а остальная часть – в жир.

Гликоген является единственным углеводом, который в животных тканях используется в качестве резервного. Всего в человеческом организме содержится примерно 500 г гликогена, из них треть – в печени и две трети – в мышцах.

В случае глубокого дефицита углеводов в питании, начинается использоваться гликоген печени и мышц.

При длительной нехватке гликогена в печени развивается нарушение функции гепатоцитов и в конечном итоге – жировая инфильтрация печени.

Именно поэтому полностью исключать углеводы из своего рациона ни в коем случае нельзя. Это следует учесть тем, кто придерживается низкоуглеводных диет типа диеты Аткинса и Кремлевской диеты.

Некрахмальные полисахариды

Некрахмальные полисахариды имеют растительную природу и достаточно широко распространены. В химическом составе некрахмальных полисахаридов оказываются полисахариды, содержащие гексозы, пентозы и уроновые кислоты.

В природе некрахмальные полисахариды выполняют несколько функций: некоторые в качестве структурных компонентов входят в состав клеточных стенок, а некоторые составляют слизи и камеди на поверхности и внутри клеток растений.

Некрахмальные полисахариды классифицируются на:

— целлюлозу

— гемицеллюлозу

— пектины

— р-гликаны

— гидроколлоиды (слизи и камеди).

Некрахмальные полисахариды не способны  перевариваться в тонком кишечнике человека, потому, что для этого нет необходимых ферментов.

В связи с этим некрахмальные полисахариды ранее считались балластными веществами и удалялись из продуктов в процессе переработки, но в настоящее время, их важность для метаболизма и нормального функционирования организма не ставится под сомнение, более того, некрахмальные полисахариды причислены к группе незаменимых пищевых факторов.

Неперевариваемыми полисахаридами животного происхождения являются хитин и хитозан. Пищевыми источниками этих веществ являются панцири лобстеров и крабов.

Идентичными свойствами также обладает лигнин —  соединение полифенольной неуглеводной приро­ды, который не растворяется в воде и входит в состав клеточных оболочек многих растений и семян.

  Увидели ошибку? Выделите и нажмите Ctrl+Enter. Хочу сообщить об ошибке!     Пищевые вещества, Углеводы

Х и м и я

Полисахариды

На этой странице мы рассмотрим несахароподобные полисахариды.

Полисахариды — общее название класса сложных высокомолекулярных углеводов, молекулы которых состоят из десятков, сотен или тысяч мономеров — моносахаридов.

Важнейшие представители несахароподобных полисахаридовкрахмал и целлюлоза (клетчатка).

Эти углеводы во многом отличаются от моно- и олигосахаридов. Они не имеют сладкого вкуса, большинство из них не растворимо в воде. По этой причине их называют несахароподобными (в отличие от сахароподобных олигосахаридов, которые также относятся к полисахаридам).

Олигосахариды имеют знаительно меньший размер молекул и свойства, близкие к моносахаридам.

Несахароподобные полисахариды представляют собой высокомолекулярные соединения, которые под каталитическим влиянием кислот или ферментов подвергаются гидролизу с образованием более простых полисахаридов, затем дисахаридов и, в конечном итоге, множества (сотен и тысяч) молекул моносахаридов.

Химическое строение полисахаридов.

По химической природе полисахариды стоит рассматривать как полигликозиды (полиацетали). Каждое звено моносахарида связано гликозидными связями с предыдущим и последующим звеньями.

При этом для связи с последующим звеном предоставляется полуацетальная (гликозидная) гидроксильная группа, а с предыдущим – спиртовая гидроксильная группа.

На конце цепи находится остаток восстанавливающегося моносахарида. Но поскольку доля концевого остатка относительно всей макромолекулы весьма невелика, то полисахариды проявляют очень слабые восстановительные свойства.

Гликозидная природа полисахаридов обусловливает их гидролиз в кислой и высокую устойчивость в щелочной средах.

Полисахариды имеют большую молекулярную массу. Им присущ характерный для высокомолекулярных веществ более высокий уровень структурной организации макромолекул.

Наряду с первичной структурой, т.е. определённой последовательностью мономерных остатков, важную роль играет вторичная структура, определяемая пространственным расположением молекулярной цепи.

Классификация полисахаридов

Полисахариды можно классифицировать по разным признакам.

Полисахаридные цепи могут быть:

  • разветвлёнными или
  • неразветвлёнными (линейными).

Также, различают:

  • гомополисахаридами — полисахариды, состоящие из остатков одного моносахарида,
  • гетерополисахариды — полисахариды, состоящие из остатков разных    моносахаридов.

Наиболее изучены гомополисахариды.

Их можно разделить по их происхождению:

  • гомополисахариды растительного происхождения
  •      — Крахмалл,      — Целюлоза,      — Пектиновые вещества и т.д.

  • гомополисахариды животного происхождения
  •      — Гликоген,      — Хитин и т.д.

  • гомополисахариды бактериального происхождения
  •      — Гекстраны.

Гетерополисахариды, к числу которых относятся многие животные и бактериальные полисахариды, изучены меньше, однако они играют важную биологическую роль.

Гетерополисахариды в организме связаны с белками и образуют сложные надмолекулярные комплексы.

Для полисахаридов используется общее название гликаны.

Гликаны могут быть:

  • гексозанами (состоят из гексоз),
  • пентозанами, (состоят из пентоз).

В зависимости от природы моносахарида различают:

  • глюканы (в основе – моносахарид глюкоза),
  • маннаны (в основе – моносахарид манноза),
  • галактаны (в основе – моносахарид галактоза) и т.п.

Крахмал

Крахмал (С6Н10О5)n – белый (под микроскопом зернисый) порошок, нерастворимый в холодной воде. В горячей воде крахмал набухает, образуя коллоидный раствор (крахмальный клейстер). С раствором йода даёт синее окрашивание (характерная реакция).

Крахмал образуется в результате фотосинтеза, в листьях растений, и запасается в клубнях, корнях, зёрнах.

Химическое строение крахмала

Крахмал представляет собой смесь двух полисахаридов, построенных из глюкозы (D-глюкопиранозы): амилозы (10-20%) и амилопектина (80-90%).

Дисахаридным фрагментом амилозы является мальтоза. В амилозе D-глюкопиранозные остатки связаны альфа(1-4) гликозидными связями.

По данным рентгеноструктурного анализа макромолекула амилозы свёрнута в спираль. На каждый виток спирали приходится 6 моносахаридных звеньев.

Амилопектин в отличие от амилозы имеет разветвлённое строение.

В цепи D-глюкопиранозные остатки связаны альфа(1-4)-гликозидными связями, а в точках разветвления — бета(1-6)-гликозидными связями. Между точками разветвления располагается 20-25 глюкозидных остатков.

Цепь амилозы включает от 200 до 1000 глюкозных остатков, молекулярная масса
160 000. Молекулярная масса амилопектина достигает 1-6 млн.

Гидролитическое расщепление крахмала

В пищеварительном тракте человека и животных крахмал подвергается гидролизу и превращается в глюкозу, которая усваивается организмом.

В технике превращение крахмала в глюкозу (процесс осахаривания) осуществляется путём кипячения его в течение нескольких часов с разбавленной серной кислотой. Впоследствии серную кислоту удаляют.

Получается густая сладкая масса, так называемая крахмальная патока, содержащая, кроме глюкозы, значительное количество других продуктов гидролиза крахмала.

Патока применяется для приготовления кондитерских изделий и различных технических целей.

Если требуется получить чистую глюкозу, то кипячение крахмала ведут дольше. Этим достигается более высокая степень гидролиза крахмала.

При нагревании сухого крахмала до 200-500 град. С происходит частичное разложение его и получается смесь менее сложных, чем крахмал полисахаридов, называемых декстринами.

Разложением крахмала на декстрины объясняется образование блестящей корки на печёном хлебе. Крахмал муки, превращённый в декстрины, легче усваивается вследствие большей растворимости.

Химическое строение гликогена

По строению гликоген подобен амилопектину (структурную формулу см. выше). Но молекулы гликогена значительно больше молекул амилопектина и имеют более разветвленную структуру. Обычно между точками разветвления содержится 10-12 глюкозных звеньев, а иногда даже 6.

Сильное разветвление способствует выполнению гликогеном энергетической функции, так как только при наличии большого числа концевых остатков можно обеспечить быстрое отщепление нужного количества молекул глюкозы.

Молекулярная масса у гликогена необычайно велика. Измерения 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 остаётся внутри клетки, пока не возникнет потребность в энергии.

Функции гликогена в метаболизме

Гликоген является основной формой хранения глюкозы в животных клетках.

Гликоген образует энергетический резерв, который может быть быстро мобилизован при необходимости восполнить внезапный недостаток глюкозы.

Гликогеновый запас, однако, не столь ёмок в калориях на грамм, как запас триглицеридов (жиров). Он имеет скорее локальное значение. Только гликоген, запасённый в клетках печени (гепатоциты) может быть переработан в глюкозу для питания всего организма.

Гидролиз гликогена в кислой среде протекает очень легко с количественным выходом глюкозы.

Аналогично гликогену в животных организмах, в растениях такую же роль резервного полисахарида выполняет амилопектин, имеющий менее разветвлённое строение.

Меньшая разветвлённость связана 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 (клетчатка)

Целлюлоза – наиболее распространённый растительный полисахарид. Она обладает большой механической прочностью и выполняет роль опорного материала растений.

Наиболее чистая природная целлюлозахлопковое волокно – содержит 85-90% целлюлозы. В древесине хвойных деревьев целлюлозы содержится около 50%.

Химическое строение целлюлозы

Структурной единицей целлюлозы является D-глюкопираноза, звенья которой связаны бета(1-4)-гликозидными связями.

Биозный фрагмент целлюлозы представляет собой целлобиозу. Макромолекулярная цепь не имеет разветвлений, в ней содержится от 2500 до 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 цепями.

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 питания баластным веществом.

Использование целлюлозы

Значение целлюлозы очень велико. Достаточно указать, что огромное количество хлопкового волокна идёт для выработки хлопчатобумажных тканей.

Из целлюлозы получают бумагу и картон, а путём химической переработки – целый ряд разнообразных продуктов: искусственное волокно, пластические массы, лаки, этиловый спирт.

Большое практическое значение имеют эфирные производные целлюлозы: ацетаты (искусственный шёлк), ксантогенты (вискозное волокно, целлофан), нитраты (взрывчатые вещества, коллоксилин) и др.

Поделиться:
Нет комментариев

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Все поля обязательны для заполнения.

×
Рекомендуем посмотреть