Полисахариды. Сложные углеводы: какова ценность полисахаридов? Углеводы полисахариды примеры

К полисахаридам относятся следующие физиологически важные углеводы.

Крахмал. Моносахаридные остатки соединены в крахмале a-глюкозидными связями. Соединение такой структуры, образованное только остатками глюкозы, является гомополимером, его называют глюкозаном или глюканом. Это наиболее важный

(см. скан)

Рис. 14.13. Структура ряда важных дисахаридов, а- и -форма различаются конфигурацией при аномерном атоме углерода (отмечен звездочкой). Если в гликозидной связи участвует аномсрный углерод второго сахарного остатка, этот остаток называют гликозидом (фуранозидом или пиранозидом).

Таблица 14.3. Дисахариды

Рис. 14.14. Структура крахмала. А - амилоза с характерной для нее спиральной структурой; Б - амилопектин, образующий в точках ветвления связи типа

Рис. 14.15. Молекула гликогена. увеличенное изображение структуры в окрестности точки ветвления. Б-структура молекулы. Цифрами обозначены участки, образующиеся на эквивалентных стадиях роста макромолекулы. R - первый остаток глюкозы. Обычно ветвление носит более разнообразный характер, чем это показано на рисунке; отношение числа связей типа к числу связей типа колеблется от 12 до 18

вид пищевых углеводов; он содержится в злаках, картофеле, бобовых и в других растениях. Двумя главными компонентами крахмала являются амилоза (15-20%), имеющая неразветвленную спиральную структуру (рис. 14.14), и амилопектин (80-85%), образованный разветвленными цепями, каждая ветвь состоит из 24-30 остатков глюкозы, соединенных -связями [в точках ветвления остатки соединены -связями].

Гликоген (рис. 14.15) - полисахарид, в виде которого углеводы запасаются в организме животного. Его часто называют животным крахмалом. Гликоген характеризуется более разветвленной структурой, чем амилопектин, линейные отрезки цепи включают остатков a-D-глюкопиранозы [соединенных -гликозидными связями], в точках ветвления остатки соединены -гликозид-ными связями.

Инулин - полисахарид, содержащийся в клубнях и корнях георгинов, артишоков и одуванчиков. При его гидролизе образуется фруктоза, следовательно он представляет собой фруктозан. Этот полисахарид в отличие от картофельного крахмала легко растворяется в теплой воде; его используют в физиологических исследованиях для определения скорости клубочковой фильтрации в почках.

Декстринами называют вещества, образующиеся при гидролизе крахмала. Название «остаточные декстрины» получили продукты, образующиеся на определенной стадии гидролиза.

Целлюлоза - главный компонент структурной основы растений. Она нерастворима в обычных растворителях и состоит из звеньев, соединенных и образующих длинные вытянутые цепи, стабилизированные поперечными водородными связями. Многие млекопитающие, в том числе человек, не способны переваривать целлюлозу, так как их пищеварительная система не содержит гидролаз, расщепляющих Р-связи. Поэтому целлюлозу можно рассматривать как значительный неиспользуемый пищевой резерв. В кишечнике жвачных и других травоядных животных имеются микроорганизмы, способные к ферментативному расщеплению -связей, и для этих животных целлюлоза является важным источником пищевых калорий.

Хитин-важный структурный полисахарид беспозвоночных. Из него, в частности, построен наружный скелет ракообразных и насекомых. Структуру хитина составляют Ы-ацетил-О-глюкозаминовые звенья, соединенные В связями (рис. 14.16).

Гликозаминогликаны (мукополисахариды) состоят из цепей сложных углеводов, содержащих аминосахара и уроновые кислоты. Если эти цепи присоединены к белковой молекуле, соответствующее соединение называют протеогликаном.

Рис. 14.16. Структура некоторых сложных полисахаридов

Гликозаминогликаны как основное скрепляющее вещество связаны со структурными компонентами, входящими в состав костей, а также с эластином и коллагеном. Их функция состоит в удержании большой массы воды и в заполнении межклеточного пространства. Они служат смягчающим и смазочным материалом для разного рода тканевых структур; выполнению

этих функций способствует большое число -ОН-групп и отрицательных зарядов на их молекулах, что приводит к взаимному отталкиванию углеводных цепей, препятствующему их слипанию. Примерами служат гиалуроновая кислота, хондроитинсульфат и гепарин (рис. 14.16), которые будут подробнее рассматриваться в гл. 54.

Гликопротеины (мукопротеины) содержатся в разного рода жидкостях и тканях, а также в клеточных мембранах (см. гл. 42 и 54). Они представляют собой сложные белки, содержащие углеводный компонент (количество его варьирует), который может состоять из коротких или длинных (до 15 звеньев), разветвленных или неразветвленных цепей. В состав этих цепей, которые обычно называют олигосаха-ридными цепями, входят

Моносахариды и дисахариды представляют собой простые углеводы, которые имеют сладковатый вкус.

Именно по этой причине их именуют сахарами. Однако не каждый сахар имеет одинаковую сладость.

Они попадают в организм через еду, когда в меню человека присутствуют такие продукты природного происхождения, как фрукты, овощи и ягоды.

Как правило, информацию об общем содержании сахара, глюкозы, фруктозы и сахарозы содержит специальная таблица, в которой перечисляются различные продукты.

Если простые углеводы имеют сладкий вкус, то сложные углеводы, которые имеют название полисахариды, им не обладают.

Особенности глюкозы

• Глюкоза представляет собой моносахариды, из которых строятся такие жизненно важные полисахариды, как целлюлоза, гликоген и крахмал. Она содержится в ягодах, фруктах и овощах, через которые попадает в кровь.
• Моносахариды в виде глюкозы имеют особенность моментально и полностью усваиваться при попадании в пищеварительный тракт. После того, как глюкоза попадает в кровь, она начинает проникать во все ткани и внутренние органы, где происходит окислительная реакция, которая становится причиной выделения энергии.

Для мозговых клеток глюкоза является единственным источником энергии, поэтому при нехватке углеводов в организме мозг начинает страдать.

Именно от уровня глюкозы в крови зависит аппетит и пищевое поведение человека.

Если моносахариды концентрируются в большом количестве, может наблюдаться увеличение массы тела или ожирение.

Особенности фруктозы

1. Простые углеводы, представляющие фруктозу, при попадании в кишечник всасываются в два раза медленнее, чем глюкоза. При этом моносахариды имеют особенность надолго задерживаться в печени.
2. Когда происходит клеточный обмен веществ, фруктоза преобразуется в глюкозу. Между тем уровень сахара в крови резко не увеличивается, а происходит плавное и постепенное увеличение показателей. Такое поведение не требует мгновенного выброса необходимой дозы инсулина, в связи с этим нагрузка на поджелудочную железу снижается.
3. По сравнению с глюкозой, фруктоза быстро и легко превращается в жирные кислоты, что становится причиной отложения жиров. Как отмечают врачи, именно после употребления продуктов с высоким содержанием фруктозы многие диабетики набирают вес. Из-за чрезмерной концентрации в крови С-пептидов имеется риск развития инсулинорезистентности, что приводит к появлению сахарному диабету второго типа.
4. Такие моносахариды, как фруктоза, могут содержаться в свежих фруктах и ягодах. В том числе этот сахар могут содержать фруктозные полисахариды, которые содержит цикорий, топинамбур и артишок.

Иные простые углеводы

Галактозу человек получает через молочный сахар, который именуют лактозой. Чаще всего она может содержаться в йогуртах и иных ферментированных продуктах молочного происхождения. После поступления в печень галактоза преобразуется в глюкозу.

Дисахариды обычно производятся промышленным путем. Самый известный продукт – это сахароза или обычный сахар, который мы приобретаем в магазинах. Он изготавливается из сахарной свеклы и сахарного тростника.

В том числе сахароза содержится в дынях, арбузах, некоторых овощах и фруктах. Такие вещества имеют особенность легко усваиваться и моментально распадаться на фруктозу и глюкозу.

Так как сегодня дисахариды и моносахариды используется при приготовлении многих блюд и входит в состав основной доли продуктов, велика опасность употребления в пищу завышенного количества углеводов. Это приводит к тому, что у человека увеличиваются показатели инсулина в крови, откладываются жировые клетки, происходит нарушение липидного профиля крови.

Все эти явления в итоге могут привести к развитию сахарного диабета, ожирению, атеросклерозу и иным заболеваниям, которые основываются на указанных патологиях.

• Как известно, для полноценного развития детям требуются простые углеводы. В этом случае такие дисахариды, как лактоза, служат главным их источником, входя в состав молоко содержащих продуктов.
• Так как рацион питания у взрослого более широкий, недостаток лактозы восполняется путем употребления иных продуктов. Также молока в большом количестве не рекомендовано взрослым, так как с возрастом снижается активность фермента лактозы, который расщепляет эти дисахариды.
• В противном случае из-за непереносимости молочных продуктов может наблюдаться диспептическое расстройство. Если вместо молока в рацион питания ввести кефир, йогурты, сметану, сыр или творог, можно избежать подобного нарушения в работе организма.
• В результате того, что в желудочно-кишечном тракте расщепляется полисахарид, образуется мальтоза. Также эти дисахариды именуют солодовым сахаром. Они входят в состав меда, солода, пива, патоки, кондитерских и хлебобулочных изделий, в которые добавляется патока. После попадания в организм мальтоза разделяется до двух молекул глюкозы.
• представляет собой восстановленную форму глюкозы, который поддерживает показатели сахара в крови, не вызывает голод и не вызывает нагрузку инсулярного аппарата. Сорбит имеет сладкий вкус и широко используется при изготовлении продуктов для диабетиков. Однако такие многоатомные спирты имеют недостаток, так как влияют на работу кишечника, вызывая послабляющий эффект и газообразование.

Полисахариды и их особенности

Полисахариды представляют собой сложные углеводы, в состав которых входят многочисленные моносахариды, среди которых чаще всего встречается глюкоза. Сюда относятся клетчатка, гликоген и крахмал.

В отличие от моно и дисахаридов, полисахариды не имеют особенности проникания в клетки. Попадая в пищеварительный тракт, они расщепляются. В качестве исключения перевариванию не подвергается клетчатка.

По этой причине она не образует углеводы, однако способствует нормальному функционированию кишечника.

Углеводы в большом количестве содержатся в крахмале, по этой причине он выступает основным их источником. Крахмал представляет собой питательное вещество, которое откладывается в ткани растения. Большое его количество содержится в зерновых и бобовых.

Углеводы – незаменимые компоненты питания каждого человека. Эти органические вещества являются главным источником энергии для организма. Они поддерживают стабильный уровень гликогена, питают мозг и нервную систему, а также принимают участие в выработке ферментов, амино- и нуклеиновых кислот.

Если человек будет испытывать дефицит углеводов, то это может негативно отразиться на его состоянии и самочувствии. Углеводы делятся на моносахариды (простые) и полисахариды (сложные). Именно о том, что такое сложные углеводы, пойдёт речь в этой статье.

Моносахариды и полисахариды. Для чего они нужны?

Чтобы человеческий организм стабильно работал, ему необходимо сбалансированное количество простых и сложных углеводов. Первые отлично подходят в тех случаях, когда человеку нужно потратить большое количество энергии (например, во время тренировок).

В остальных случаях организм нужно насыщать сложными углеводами, поскольку они лучше усваиваются и обеспечивают длительное чувство сытости.

Сложные углеводы не скапливаются в жировые отложения, плохо растворяются при контакте с жидкостью и не провоцируют скачки инсулина. Полисахариды долго расщепляются, из-за чего их усвоение занимает много времени.

Виды углеводов сложного соединения

Что относится к сложным углеводам? Более детально рассмотрим все виды:

1. Крахмал. Это вещество является основным полисахаридом в питании человека. Его молекулы состоят из молекул глюкозы, соединённых в длинные цепочки. Из-за длительного процесса отделения молекул это вещество не провоцирует неожиданный скачок уровня сахара в крови и не перегружает поджелудочную железу, как простые углеводы. Оно быстро наполняет желудок, поэтому после его употребления человек очень долго испытывает чувство сытости.

Крахмал представляет собой безвкусный белый порошок, который невозможно растворить в холодной воде.

При контакте с горячей водой он разбухает, образуя клейстер – коллоидный раствор.

В каких продуктах содержатся сложные углеводы крахмала? К продуктам с большой концентрацией данного вещества относится картофель, бурый рис, овсяная и гречневая каши, горох, чечевица, соя, ржаной хлеб и макароны.

1. Гликоген. Данный углевод сложного типа состоит из соединённых вместе молекул глюкозы. Когда человек принимает пищу, в его кровь поступает большое количество глюкозы, после чего организм перерабатывает её в гликоген. Когда же её уровень начинает резко падать (например, при тяжёлых физических нагрузках), происходит процесс распада гликогена. Благодаря этому в организме поддерживается стабильное количество глюкозы.

Если говорить про то, где содержатся сложные углеводы гликогена, то тут перечень продуктов будет не сильно большой. На гликогены богаты фруктовые соки, арбузы, изюм, бананы, хурма, инжир и ирга.

1. Клетчатка. Именно так называют плотное сплетение растительных волокон, оказывающее положительно влияние на стабильную работу желудка и кишечника. Листья капусты, оболочка бобовых и любых других семян – всё это и называется клетчаткой. Если говорить другими словами, то клетчатка – это углеводы сложного соединения, не сильно утоляющие чувство голода, но всё равно необходимые для человеческого организма.

Клетчатка бывает двух видов: растворимая и нерастворимая. К первому относится фруктовая и овощная мякоть, а ко второму – шелуха и кожура. Оба эти вида одинаково полезны и нужны нашему организму.

1. Пектины. Являются полисахаридами, выполняющими роль абсорбентов. При контакте с водой они образуют коллоидную субстанцию вязкой консистенции. К их достоинствам можно отнести то, что они впитывают в себя различные канцерогены, тяжёлые металлы, токсины, а также стабилизируют работу желудочно-кишечного тракта и выводят из кишечника шлаки.

Если говорить про продукты, содержащие эти сложные углеводы, то на ум сразу приходит список, состоящий из корнеплодов, морских водорослей, а также различных ягод (чёрная смородина, клюква, крыжовник, вишня) и овощей (огурцы, картофель, баклажаны).

Продукты с наибольшим количеством медленных углеводов

Если вы приняли решение наладить своё питание, то вам стоит запомнить одно важное правило: продукты, содержащие в себе много полисахаридов, нужно есть на завтрак и обед, поскольку они лучше усваиваются именно в первой половине дня.

Людям, которые всерьёз решили избавиться от жировой прослойки, стоит употреблять больше клетчатки, поскольку она не скапливается в жировые отложения и быстро насыщает.

Тем, чья цель прямо противоположная (то есть набор веса), стоит сделать акцент на продуктах, которые относятся к гликогено- и крахмалосодержащим. Давайте более подробно рассмотрим главные источники всех сложных углеводов:

1. Фрукты и овощи. Самые важные составляющие полезного рациона. Практически во всех фруктах и овощах содержатся сложного соединения, но для того, чтобы получить от них максимальную пользу, их стоит употреблять в сыром виде. Из-за термической обработки в этих продуктах пропадает множество полезных витаминов и элементов. У людей, которых интересуют сложные углеводы, список обязательных продуктов должен включать в себя капусту, сладкий перец, зелёную фасоль, томаты, кабачки, малину, вишню и гранат.
2. Каши. Когда речь заходит про сложные углеводы и продукты, в которых они содержатся, нельзя не упомянуть цельнозерновые крупы. Самыми лучшими кашами считаются гречневая, пшеничная, булгурная и овсяная. Некоторые добавляют в этот список манную кашу и белый рис, но от них лучше полностью отказаться, поскольку они очень калорийны и в них мало клетчатки. К этим двум стоит добавить покупные мюсли, так как они теряют много полезных компонентов при обработке.
3. Зелень. Многие профессионалы в области диетологии настоятельно рекомендуют употреблять больше свежей зелени (шпинат, листовой салат, лук латук и т. д.), поскольку она насыщает организм большим количеством витаминов, минералов, кислот, эфирных масел, а также улучшает работу ЖКТ.
4. Напитки. Полисахаридами богата не только твёрдая еда. Многие люди, которых заинтересовала таблица сложных углеводов, не обращают внимания на то, что в напитках тоже содержится много полезных элементов. Особое внимание стоит обратить на томатный, ананасовый, апельсиновый, яблочный и морковный сок, так как в них содержится большое количество медленных углеводов, и они отлично укрепляют иммунную систему.
5. Бобовые культуры являются незаменимой составляющей в рационе. Чтобы поддерживать углеводный баланс в организме, необходимо есть больше фасоли, чечевицы, нута и гороха.

Минусы

Всегда стоит помнить о том, что чрезмерное употребление чего-либо может навредить организму. Переизбыток медленных углеводов вызывает газообразование, приводит к несварению, может стать главной причиной ожирения и спровоцировать развитие диабета. Вам стоит немедленно урегулировать количество потребляемых сложных углеводов, если вы обнаружите следующие симптомы:

• скачок уровня глюкозы в крови;
• увеличение массы тела;
• плохая концентрация;
• тремор конечностей.

Теперь вы знаете о том, что представляют собой сложные углеводы, и в каких продуктах они содержатся. Всегда помните о том, что эти вещества являются важной частью повседневного рациона, но в то же время старайтесь регулировать их количество, чтобы избежать неприятных последствий, которые описаны выше. Только человек, заботливо относящийся к своему телу и следящий за тем, какие продукты он употребляет, имеет шансы улучшить своё здоровье и укрепить иммунитет.

Углеводы - органические вещества, молекулы которых состоят из атомов углерода, водорода и кислорода, причем водород и кислород находятся в них, как правило, в таком же соотношении, как и в молекуле воды (2: 1).

Общая формула углево­дов - С n (Н 2 О) m , т. е. они как бы состоят из углерода и во­ды, отсюда и название клас­са, которое имеет историче­ские корни. Оно появилось на основе анализа первых известных углеводов. В даль­нейшем было установлено, что имеются углеводы, в мо­лекулах которых не соблюда­ется указанное соотношение (2: 1), например дезоксирибоза - С 5 Н 10 О 4 . Извест­ны также органические соединения, состав кото­рых соответствует приведенной общей формуле, но которые не принадлежат к классу углеводов. К ним относятся, например, формальдегид СН 2 О и уксус­ная кислота СН 3 СООН.

Однако название «углеводы» укоренилось и в настоящее время является общепризнанным для этих веществ.

Углеводы по их способности гидролизоваться можно разделить на три основные группы: моно-, ди- и полисахариды.

Моносахариды - углеводы, которые не гидро­лизуются (не разлагаются водой). В свою очередь, в зависимости от числа атомов углерода, моноса­хариды подразделяются на триозы (молекулы ко­торых содержат три углеродных атома), тетрозы (четыре углеродных атома), пентозы (пять), гексозы (шесть) и т. д.

В природе моносахариды представлены преиму­щественно пентозами и гексозами .

К пентозам относятся, например, рибоза - С 5 Н 10 О 5 и дезоксирибоза (рибоза, у которой «от­няли» атом кислорода) - С 5 Н 10 О 4 . Они входят в состав РНК и ДНК и опре­деляют первую часть назва­ний нуклеиновых кислот.

К гексозам , имеющим об­щую молекулярную формулу С 6 Н 12 О 6 , относятся, например, глюкоза, фруктоза, галактоза.

Дисахариды - углево­ды, которые гидролизуются с образованием двух моле­кул моносахаридов, напри­мер гексоз. Общую формулу подавляющего большинства дисахаридов вывести несложно: нужно «сложить» две формулы гексоз и «вычесть» из получившейся формулы молекулу воды - С 12 Н 22 О 11 . Соответствен­но можно записать и общее уравнение гидролиза:

К дисахаридам относятся:

1. Сахароза (обычный пищевой сахар), которая при гидролизе образует одну молекулу глюкозы и молекулу фруктозы. Она содержится в большом количестве в сахарной свекле, сахарном тростнике (отсюда и названия - свекловичный или трост­никовый сахар), клене (канадские первопроходцы добывали кленовый сахар), сахарной пальме, ку­курузе и т. д.

2. Мальтоза (солодовый сахар), которая гидро­лизуется с образованием двух молекул глюкозы. Мальтозу можно получить при гидролизе крахмала под действием ферментов, содержащихся в соло­де, - пророщенных, высушенных и размолотых зернах ячменя.

3. Лактоза (молочный сахар), которая гидроли­зуется с образованием молекул глюкозы и галак­тозы. Она содержится в молоке млекопитающих (до 4-6 %), обладает невысокой сладостью и ис­пользуется как наполнитель в драже и аптечных таблетках.

Сладкий вкус разных моно- и дисахаридов раз­личен. Так, самый сладкий моносахарид - фрук­тоза - в 1,5 раза слаще глюкозы, которую при­нимают за эталон. Сахароза (дисахарид), в свою очередь, в 2 раза слаще глюкозы и в 4-5 раз - лактозы, которая почти безвкусна.

Полисахариды - крахмал, гликоген, декстри­ны, целлюлоза и т. д. - углеводы, которые гидро­лизуются с образованием множества молекул моно­сахаридов, чаще всего глюкозы.

Чтобы вывести формулу полисахаридов, нуж­но от молекулы глюкозы «отнять» молекулу во­ды и записать выражение с индексом n: (С 6 Н 10 О 5) n , ведь именно за счет отщепления молекул воды в природе образуются ди- и полисахариды.

Роль углеводов в природе и их значение для жизни человека чрезвычайно велики. Образуясь в клетках растений в результате фотосинтеза, они выступают источником энергии для клеток живот­ных. В первую очередь это относится к глюкозе.

Многие углеводы (крахмал, гликоген, сахаро­за) выполняют запасающую функцию, роль резерва питательных веществ .

Кислоты РНК и ДНК, в состав которых входят некоторые углеводы (пентозы-рибозы и дезоксирибоза), выполняют функции передачи наследствен­ной информации.

Целлюлоза - строительный материал расти­тельных клеток - играет роль каркаса для оболо­чек этих клеток. Другой полисахарид - хитин - выполняет аналогичную роль в клетках некоторых животных: образует наружный скелет членистоно­гих (ракообразных), насекомых, паукообразных.

Углеводы служат в конечном итоге источником нашего питания: мы потребляем зерно, содержа­щее крахмал, или скармливаем его животным, в организме которых крахмал превращается в бел­ки и жиры. Самая гигиеничная одежда изготовле­на из целлюлозы или продуктов на ее основе: хлоп­ка и льна, вискозного волокна, ацетатного шелка. Деревянные дома и мебель построены из той же целлю­лозы, образующей древесину.

В основе производства фото- и кинопленки - все та же целлюлоза. Книги, газеты, письма, денежные банкно­ты - все это продукция цел­люлозно-бумажной промышленности. Значит, углеводы обеспечивают нас всем необходимым для жизни: пищей, одеждой, кровом.

Кроме того, углеводы участвуют в построении сложных белков, ферментов, гормонов. Углевода­ми являются и такие жизненно необходимые веще­ства, как гепарин (он играет важнейшую роль - предотвращает свертывание крови), агар-агар (его получают из морских водорослей и применяют в микробиологической и кондитерской промыш­ленности - вспомните знаменитый торт «Птичье молоко»).

Необходимо подчеркнуть, что единственным видом энергии на Земле (помимо ядерной, разуме­ется) является энергия Солнца, а единственным способом ее аккумулирования для обеспечения жизнедеятельности всех живых организмов явля­ется процесс фотосинтеза , протекающий в клетках живых растений и приводящий к синтезу угле­водов из воды и углекислого газа. Именно при этом превращении образуется кислород, без ко­торого жизнь на нашей планете была бы невозможна:

Моносахариды. Глюкоза

Глюкоза и фруктоза - твердые бесцветные кристаллические вещества. Глюкоза содержится в соке винограда (отсюда название «виноградный сахар») вместе с фруктозой, которая содержится в некоторых фруктах и плодах (отсюда название «фруктовый сахар»), составляет значительную часть меда. В крови человека и животных посто­янно содержится около 0,1 % глюкозы (80-120 мг в 100 мл крови). Большая ее часть (около 70 %) подвергается в тканях медленному окислению с выделением энергии и образованием конечных продуктов - углекислого газа и воды (процесс гли­колиза):

Энергия, выделяемая при гликолизе, в значи­тельной степени обеспечивает энергетические по­требности живых организмов.

Превышение содержания глюкозы в крови уровня 180 мг в 100 мл крови свидетельствует о нарушении углеводного обмена и развитии опас­ного заболевания - сахарного диабета.

Строение молекулы глюкозы

О строении молекулы глюкозы можно судить на основании опытных данных. Она реагирует с карбоновыми кислотами, образуя сложные эфи­ры, содержащие от 1 до 5 остатков кислоты. Ес­ли раствор глюкозы прилить к свежеполученно­му гидроксиду меди (II), то осадок растворяется и образуется ярко-синий раствор соединения меди, т. е. происходит качественная реакция на много­атомные спирты. Следовательно, глюкоза является многоатомным спиртом. Если же подогреть полу­ченный раствор, то вновь выпадет осадок, но уже красноватого цвета, т. е. произойдет качественная реакция на альдегиды. Аналогично, если раствор глюкозы нагреть с аммиачным раствором оксида серебра, то произойдет реакция «серебряного зер­кала». Следовательно, глюкоза является одновре­менно многоатомным спиртом и альдегидом - алъдегидоспиртом. Попробуем вывести структурную формулу глюкозы. Всего атомов углерода в моле­куле C 6 H 12 O 6 шесть. Один атом входит в состав альдегидной группы :

Остальные пять атомов связываются с пятью гидроксигруппами.

И наконец, атомы водорода в молекуле распре­делим с учетом того, что углерод четырехвалентен:

Однако установлено, что в растворе глюко­зы помимо линейных (альдегидных) молекул существуют молекулы циклического строения, из которых состоит кристаллическая глюкоза. Превращение молекул линейной формы в цикли­ческую можно объяснить, если вспомнить, что атомы углерода могут свободно вращаться вокруг σ-связей, расположенных под углом 109° 28′. При этом альдегидная группа (1-й атом углерода) мо­жет приблизиться к гидроксильной группе пятого атома углерода. В первой под влиянием гидрокси- группы разрывается π-связь: к атому кислорода присоединяется атом водорода, и «потерявший» этот атом кислород гидроксигруппы замыкает цикл:

В результате такой перегруппировки атомов образуется циклическая молекула. Циклическая формула показывает не только порядок связи ато­мов, но и их пространственное расположение. В ре­зультате взаимодействия первого и пятого атомов углерода появляется новая гидроксигруппа у пер­вого атома, которая может занять в пространстве два положения: над и под плоскостью цикла, а по­тому возможны две циклические формы глюкозы:

а) α-форма глюкозы - гидроксильные группы при первом и втором атомах углерода располо­жены по одну сторону кольца молекулы;

б) β-форма глюкозы - гидроксильные группы на­ходятся по разные стороны кольца молекулы:

В водном растворе глюкозы в динамическом равновесии находятся три ее изомерные формы - циклическая α-форма, линейная (альдегидная) форма и циклическая β-форма:

В установившемся динамическом равновесии преобладает β-форма (около 63 %), так как она энер­гетически предпочтительнее - у нее OH-группы у первого и второго углеродных атомов по разные стороны цикла. У α-формы (около 37 %) OH-группы у тех же углеродных атомов расположены по одну сторону плоскости, поэтому она энергетически ме­нее устойчива, чем β-форма. Доля же линейной фор­мы в равновесии очень мала (всего около 0,0026 %).

Динамическое равновесие можно сместить. На­пример, при действии на глюкозу аммиачного рас­твора оксида серебра количество ее линейной (аль­дегидной) формы, которой в растворе очень мало, пополняется все время за счет циклических форм, и глюкоза полностью подвергается окислению до глюконовой кислоты.

Изомером альдегидоспирта глюкозы является кетоноспирт - фруктоза :

Химические свойства глюкозы

Химические свойства глюкозы, как и любого другого органического вещества, определяются ее строением. Глюкоза обладает двойственной функ­цией, являясь и альдегидом , и многоатомным спиртом , поэтому для нее характерны свойства и много­атомных спиртов, и альдегидов.

Реакции глюкозы как многоатомного спирта.

Глюкоза дает качественную реакцию много­атомных спиртов (вспомните глицерин) со свеже­полученным гидроксидом меди (II), образуя ярко­-синий раствор соединения меди (II).

Глюкоза, подобно спиртам, может образовывать сложные эфиры.

Реакции глюкозы как альдегида

1. Окисление альдегидной группы . Глюкоза как альдегид способна окисляться в соответствующую (глюконовую) кислоту и давать качественные ре­акции альдегидов.

Реакция «серебряного зеркала»:

Реакция со свежеполученным Cu(OH) 2 при на­гревании:

Восстановление альдегидной группы . Глю­коза может восстанавливаться в соответствующий спирт (сорбит):

Реакции брожения

Эти реакции протекают под действием особых биологических катализаторов белковой приро­ды - ферментов.

1. Спиртовое брожение:

издавна применяемое человеком для получения этилового спирта и алкогольных напитков.

2. Молочнокислое брожение:

которое составляет основу жизнедеятельности мо­лочнокислых бактерий и происходит при скиса­нии молока, квашении капусты и огурцов, силосо­вании зеленых кормов.\

Химические свойства глюкозы - конспект

Полисахариды. Крахмал и целлюлоза.

Крахмал - белый аморфный порошок, не рас­творяется в холодной воде. В горячей воде он раз­бухает и образует коллоидный раствор - крах­мальный клейстер.

Крахмал содержится в цитоплазме раститель­ных клеток в виде зерен запасного питательного вещества. В картофельных клубнях содержится около 20 % крахмала, в пшеничных и кукуруз­ных зернах - около 70 %, а в рисовых - почти 80 %.

Целлюлоза (от лат. cellula - клетка), выделен­ная из природных материалов (например, вата или фильтровальная бумага), представляет собой твер­дое волокнистое вещество, нерастворимое в воде.

Оба полисахарида имеют растительное проис­хождение, однако играют в клетке растений разную роль: целлюлоза - строительную, конструкционную функцию, а крахмал - запасающую. Поэтому цел­люлоза является обязательным элементом клеточ­ной оболочки растений. Волокна хлопка содержат до 95 % целлюлозы, волокна льна и конопли - до 80 %, а в древесине ее содержится около 50 %.

Строение крахмала и целлюлозы

Состав этих полисахаридов можно выразить общей формулой (C 6 H 10 O 5) n . Число повторяю­щихся звеньев в макромолекуле крахмала может колебаться от нескольких сотен до нескольких тысяч. Целлюлоза же отли­чается значительно большим числом звеньев и, следова­тельно, молекулярной мас­сой, которая достигает не­скольких миллионов.

Различаются углеводы не только молекулярной мас­сой, но и структурой. Для крахмала характерны два вида структур макромолекул: линейная и развет­вленная. Линейную структуру имеют более мел­кие макромолекулы той части крахмала, которую называют амилозой, а разветвленную структуру имеют молекулы другой составной части крахма­ла - амилопектина.

В крахмале на долю амилозы приходится 10- 20 %, а на долю амилопектина - 80-90 %. Ами­лоза крахмала растворяется в горячей воде, а ами­лопектин только набухает.

Структурные звенья крахмала и целлюлозы по­строены по-разному. Если звено крахмала вклю­чает остатки α-глюкозы , то целлюлоза - остатки β-глюкозы , ориентированные в природные волок­на:

Химические свойства полисахаридов

1. Образование глюкозы. Крахмал и целлюлоза подвергаются гидролизу с образованием глюкозы в присутствии минеральных кислот, например сер­ной:

В пищеварительном тракте животных крахмал подвергается сложному ступенчатому гидролизу:

Организм человека не приспособлен к перева­риванию целлюлозы, так как не имеет ферментов, необходимых для разрыва связей между остатка­ми β-глюкозы в макромолекуле целлюлозы.

Лишь у термитов и жвачных животных (на­пример, коров) в пищеварительной системе живут микроорганизмы, вырабатывающие необходимые для этого ферменты.

2. Образование сложных эфиров . Крахмал мо­жет образовывать эфиры за счет гидроксигрупп, однако эти эфиры не нашли практического при­менения.

Каждое звено целлюлозы содержит три свобод­ных спиртовых гидроксигруппы. Поэтому общую формулу целлюлозы можно записать таким обра­зом:

За счет этих спиртовых гидроксигрупп целлю­лоза и может образовывать сложные эфиры, которые широко применяются.

При обработке целлюлозы смесью азотной и сер­ной кислот получают в зависимости от условий мо­но-, ди- и тринитроцеллюлозу:

Применение углеводов

Смесь моно- и динитроцеллюлозы называют коллоксилином . Раствор коллоксилина в смеси спирта и диэтилового эфира - коллодий - приме­няют в медицине для заклеивания небольших ран и для приклеивания повязок к коже.

При высыхании раствора коллоксилина и камфа­ры в спирте получается целлулоид - одна из пласт­масс, которая впервые стала широко использовать­ся в повседневной жизни человека (из нее делают фото- и кинопленку, а также различные предметы широкого потребления). Растворы коллоксилина в органических растворителях применяются в каче­стве нитролаков. А при добавлении к ним красите­лей получаются прочные и эстетичные нитрокраски, широко используемые в быту и технике.

Как и другие органические вещества, содержа­щие в составе молекул нитрогруппы, все виды ни­троцеллюлозы огнеопасны. Особенно опасна в этом отношении тринитроцеллюлоза - сильнейшее взрывчатое вещество. Под названием «пирокси­лин» она широко применяется для производства оружейных снарядов и проведения взрывных ра­бот, а также для получения бездымного пороха.

С уксусной кислотой (в промышленности для этих целей используют более мощное этерифицирующее вещество - уксусный ангидрид) получают аналогичные (ди- и три-) сложные эфиры целлюло­зы и уксусной кислоты, которые называются аце­тилцеллюлозой :

Ацетилцеллюлозу используют для получения лаков и красок, она служит также сырьем для из­готовления искусственного шелка. Для этого ее рас­творяют в ацетоне, а затем этот раствор продавлива­ют через тонкие отверстия фильер (металлических колпачков с многочисленными отверстиями). Выте­кающие струйки раствора обдувают теплым возду­хом. При этом ацетон быстро испаряется, а высыха­ющая ацетилцеллюлоза образует тонкие блестящие нити, которые идут на изготовление пряжи.

Крахмал , в отличие от целлюлозы, дает синее окрашивание при взаимодействии с йодом. Эта ре­акция является качественной на крахмал или йод в зависимости от того, наличие какого вещества требуется доказать.

Справочный материал для прохождения тестирования:

Таблица Менделеева

Таблица растворимости

Полисахариды 2-го порядка (полиозы). Большая часть углеводов, входящих в группу полисахаридов 2-го порядка, представляет собой вещества с большой молекулярной массой, дающие коллоидные растворы. При изучении химической природы высокомолекулярных полисахаридов очень трудным является получение их в чистом виде. Перегонка этих веществ с целью их очистки невозможна, а ряд других веществ, в частности минеральные соли и белки, присутствующие в растениях, затрудняют получение чистых препаратов этих углеводов. При изучении химического строения полисахаридов 2-го порядка очень большую роль сыграли методы введения в их молекулу различных органических радикалов, например метильного СН3- или ацетильного СНЗ-СО-. Метилирование и ацетилирование, проводимые в мягких условиях, позволяют получать препараты метильных и ацетильных производных высокомолекулярных полисахаридов большей чистоты, чем исходные вещества. Вместе с тем введение метильных или ацетильных радикалов в молекулу полисахарида сильно облегчает определение структуры входящих в его состав моносахаридов, а также химической природы связей, соединяющих остатки молекул отдельных моносахаридов. Весьма важным методом изучения высокомолекулярных полисахаридов является их частичный кислотный или ферментативный гидролиз; с помощью мягкого кислотного гидролиза было показано, что целлобиоза - основная структурная единица клетчатки. С помощью ферментов было установлено, что мальтоза представляет собой основной «строительный кирпичик» крахмала.

Высокомолекулярные углеводы чрезвычайно важны в обмене веществ у растений и животных, в питании животных и человека, в ряде отраслей промышленности. Так, крахмал является запасным углеводом растений, составляющим большую часть веществ, входящих в состав многих важнейших пищевых продуктов: муки, хлеба, картофеля и круп. Пектиновые вещества содержатся в большом количестве во фруктах, ягодах, стеблях (лен) и корнеплодах (сахарная свекла) и играют важную роль при промышленной переработке всех этих продуктов растительного происхождения. Клетчатка не усваивается желудочно-кишечным трактом человека, но она имеет огромное промышленное значение. Из клетчатки состоят хлопок, бумага, льняные ткани, она используется для изготовления искусственного шелка (вискозы) и взрывчатых веществ.

Полисахарид: крахмал

Не является химически индивидуальным веществом. В растениях он находится в виде крахмальных зерен, различающихся по своим свойствам и химическому составу как в одном и том же растении, так особенно в различных растениях.

Крахмальные зерна. Крахмальные зерна имеют овальную, сферическую или неправильную форму. Размеры (диаметр) крахмальных зерен колеблются в пределах от 0,002 до 0,15 мм. Наиболее крупные крахмальные зерна у картофеля, а самые мелкие - у риса и гречихи. Характерная форма крахмальных зерен дает возможность легко различать их под микроскопом, что используется для обнаружения примеси одного продукта к другому (например, кукурузной или овсяной муки к пшеничной). Крахмальные зерна разделяются на простые и сложные: простые зерна представляют собой однородные образования (крахмальные зерна картофеля, пшеницы, ржи); сложные зерна являются сочетанием более мелких частиц (крахмальные зерна овса и риса). Однако разделение зерновых культур на культуры, имеющие простые и сложные крахмальные зерна, весьма условно. Например, наряду с простыми крохмальными зернами у пшеницы попадаются также сложные и, наоборот, среди преобладающих сложных у овса попадаются и простые. Плотность крахмала равна в среднем 1,5. При исследовании крахмальных зерен в поляризационном микроскопе обнаруживается, что они имеют двойное лучепреломление, т. е. представляют собой кристаллическое тело. Действительно, рентгенографические исследования показали, что крахмальные зерна обладают кристаллической структурой.

Свойства крахмала. Характерным свойством крахмала является его способность окрашиваться в синий цвет при добавлении раствора йода в водном растворе иодистого калия. Пользуясь этим реактивом, можно обнаружить очень малые количества крахмала. Появление синего цвета при добавлении йода объясняется, по-видимому, образованием комплексных и адсорбционных соединений между иодом и крахмалом. В холодной воде крахмальные зерна только лишь набухают, но не растворяются. Если взвесь крахмальных зерен в воде постепенно нагревать, то они будут набухать все сильнее и, наконец, при определенной температуре крахмал образует вязкий коллоидный раствор, называемый крахмальным клейстером. Температура, при которой происходит это изменение крахмала, называется температурой клейстеризации. Крахмал на 96,1-97,6% состоит из полисахаридов, образующих при кислотном гидролизе глюкозу. Содержание минеральных веществ в крахмале от 0,2 до 0,7%, они представлены в основном фосфорной кислотой. В крахмале найдены также некоторые высокомолекулярныe жирные кислоты и пальмитиновая, стеариновая и др., содержание которых достигает 0,6%. Эти жирные кислоты адсорбированы на полисахаридной фракции крахмала; они могут быть удалены из него экстракцией нейтральными органическими растворителями, например метиловым спиртом. Фосфорная кислота в одних видах крахмала - кукурузном, пшеничном и рисовом - представляет собой примесь, удаляемую экстракцией теплой водой, спиртом или диоксаном, а в других, например в картофельном, она связана сложноэфирной связью с углеводной частью. Наличие такой прочной химической связи фосфорной кислоты в картофельном крахмале доказывается тем, что при его кислотном или ферментативном гидролизе получается глюкозо-6-фосфат. Heкоторые исследователи придают большое значение наличию в картофельном крахмале химически связанной фосфорной кислоты, полагая что именно от нее зависят многие физические и химические свойства крахмала. Однако взгляд этот в настоящее время не имеет надежных доказательств. Углеводная часть крахмала состоит из полисахаридов двух типов, различающихся по своим физическим и химическим свойствам, - амилозы и амилопектина. Амилоза легко растворяется в теплой воде и дает растворы со сравнительно невысокой вязкостью. Амилопектин растворяется в воде лишь при нагревании под давлением и дает очень вязкие растворы. Молекулярная масса амилозы -3х100 000-1000 000, а у амилопектина достигает сотен миллионов. Растворы амилозы весьма нестойки, и при стоянии из них выделяются кристаллические осадки. Амилопектин, наоборот, дает чрезвычайно стойкие растворы.

Амилоза окрашивается раствором йода в синий цвет, а амилопектин - в сине-фиолетовый. Установлена, что окрашивание амилозы иодом сопровождается образованием комплексного химического соединения. При этом молекулы иода располагаются внутри спирально изогнутых цепочек амилозы. Окрашивание амилопектина иодом, по-видимому, является результатом образования как комплексных, так и адсорбционных соединений. Содержание амилозы и амилопектина в крахмале разных растений определено лишь в последние годы после того, как были разработаны достаточно точные методы. Важнейшие из этих методов следующие: 1) экстрагирование амилозы горячей водой; 2) осаждение амилозы из растворов с помощью бутилового и других спиртов; 3) избирательная адсорбция амилозы на клетчатке; 4) потенциометрическое титрование иодом.

Анализы различных крахмалов, проведенные с помощью указанных методов, дали следующие результаты: картофельный крахмал содержит 19-22% амилозы и 78-81% амилопектина; пшеничный - 24% и 76% соответственно; кукурузный - 21-23% и 77-79% соответственно; рисовый крахмал - 17 и 83% соответственно. Крахмал яблок состоит только из амилозы.

Необходимо отметить, что содержание амилозы и амилопектина в крахмале может изменяться в зависимости от сорта растения и от того, из какой части растения он получен. Например, в этом смысле различаются крахмалы круглых и мозговых горохов, крахмал из листьев и клубней картофеля или же крахмал из зерна различных сортов кукурузы. Если содержание амилозы в крахмале из клубней картофеля составляет 22%, то в крахмале из молодых побегов картофеля оно равно 46%. Если в крахмале из зерна обычной кукурузы содержится 22% амилозы, то в крахмале так называемой восковидной кукурузы (Zea mays carina) амилоза отсутствует полностью, вследствие чего крахмал из зерен этого растения окрашивается иодом в красно-коричневый цвет. С другой стороны, выведены сорта кукурузы, крахмал которых содержит до 82% амилозы. Соотношение амилозы и амилопектина в крахмале изменяется также во время созревания кукурузного зерна. При кипячении с кислотами крахмал превращается в глюкозу. При более слабом воздействии кислот образуется так называемый «растворимый крахмал», часто применяемый в лабораториях. Под действием фермента амилазы, содержащегося в особенно большом количестве в проросшем зерне, в слюне и в соке, выделяемом поджелудочной железой, происходит ферментативное осахаривание крахмала - он расщепляется с образованием в конечном счете мальтозы.

Полисахариды: декстрины

В качестве промежуточного продукта при гидролизе крахмала в большем или меньшем количестве образуются полисахариды разной молекулярной массы - декстрины. На первых стадиях гидролиза получаются декстрины, мало отличающиеся от крахмала по размерам молекулы и по свойствам. С иодом они дают синюю или фиолетовую окраску. По мере дальнейшего гидролиза молекулярная масса декстринов понижается, увеличивается их способность восстанавливать фелингову жидкость, и они от иода начинают окрашиваться в темно-бурый, затем в красный цвет и, наконец, перестают давать реакцию с иодом. В соответствии со свойствами различают следующие виды декстринов: 1) амилодекстрины, окрашивающиеся раствором иода в фиолетово-синий цвет и представляющие собой белые порошки, растворимые в 25% спирте, но осаждаемые 40% спиртом; удельное вращение амилодекстринов колеблется от + 190 до + 196 С; 2) эритродекстрины, окрашивающиеся иодом в красно-бурый цвет; растворяются в 55% этиловом алкоголе, но осаждаются при концентрации его, равной 65%; удельное вращение эритродекстринов D = + 194 С; из теплых алкогольных растворов они кристаллизуются в виде сферокристаллов; 3) ахроодекстрины, не окрашивающиеся иодом, растворимые в 70% спирте, при выпаривании горячих спиртовых растворов образуют сферокристаллы; удельное вращение + 192 С; 4) мальтодекстрины не дают реакции с иодом и не осаждаются спиртом, удельное вращение от + 181 до + 183 С.

Полисахарид: инулин

Высокомолекулярный углевод, растворимый в воде, осаждающийся из водных растворов при добавлении спирта. При гидролизе с помощью кислот образует фруктофуранозу и небольшое количество глюкопиранозы. Содержится в большом количестве в клубнях земляной груши и георгина, в корнях одуванчика, кок-сагыза и цикория, в артишоках, в корнях, листьях и стеблях каучуконосного растения гваюлы (Parthenium argentatum). В этих растениях инулин заменяет крахмал. В клубнях георгина и артишока инулин составляет более 50% от сырой массы ткани. Биосинтез и превращение инулина и инулиноподобных полифруктозидов особенно хорошо изучены на примере земляной груши и артишока (д. Эделььман, Р. Дедонер). Растения, содержащие инулин, используются для получения фруктозы. Поскольку все фруктозиды, в том числе и инулин, очень легко гидролизуются кислотами, получение фруктозы из инулинсодержащего сырья, осуществляется именно путем кислотного гидролиза. Количество остатков фруктозы, связанных в молекуле инулина гликозидными связями между l-м и 2-м углеродными атомами равно 34. В растениях, плесневых грибах и дрожжах содержится особый фермент - и нулаза, который гидролизует инулин с образованием фруктозы.

Полисахариды: полифруктозиды

Во многих растениях содержатся различные другие полисахариды, дающие при кислотном гидролизе фруктофуранозу. Таковы, например, ирисин из корневищ ириса, аспарагозин из корней спаржи, полифруктозиды из стеблей, листьев и корневищ многих злаков, секалин из ржи и т.д. В созревающих зернах злаков ржи, пшеницы, овса и ячменя - эти полисахариды содержатся в очень большом количестве. На ранних стадиях созревания ржаного зерна их содержится до 30% на сухое вещество. По мере созревания зерна эти полисахариды постепенно превращаются в крахмал, что указывает на легкость превращения в растениях фруктозы в глюкозу. Полифруктозиды, содержащиеся в листьях, стеблях и зернах злаков, различаются по своим молекулярным массам, растворимости и другим свойствам. Часть из них представляет собой полисахариды l-го порядка. Так, бета-левулин, найденный в стеблях ржи, является кристаллическим веществом, соответствующим формуле С12Н22ОН, и содержит, следовательно, два фруктозных остатка; секалин, выделенный из листьев и стеблей ржи, имеет молекулярную массу 663, что соответствует содержанию в его молекуле четырех фруктозных остатков. Содержащийся в зрелых зернах ржи коллоидный полифруктозид граминин содержит в молекуле 10 фруктозных остатков. Таким образом, в растении ржи имеют место переходы от фруктозидов с небольшой молеекулярно:1 массой к полифруктозидам большой молекулярной массы. Аналогичные переходы от низкомолекулярных кристаллических полифруктозидов к более высокомолекулярным соединениям, вплоть до инулина, имеют место в растении земляной груши. Таким образом, полифруктозиды образуют в растениях гомологический ряд веществ с возрастающей величиной молекулы. Крайними членами этого ряда являются дифруктозид бета-левулин и инулин, в молекуле которого содержится 34 остатка фруктозы. Полифруктозиды, подобно инулину, обычно содержат очень небольшое количество глюкопиранозы и очень легко гидролизуются под действием разбавленных кислот.

Полисахарид: Гликоген

Полисахарид, содержащийся в тканях тела человека и животных, в грибах и дрожжах, в зерне сахарной кукурузы. Играет важную роль в превращениях углеводов в животном организме и в дрожжах при спиртовом брожении. При кипячении с кислотами образует глюкозу. Гликоген растворяется в горячей воде, образуя опалесцирующие растворы. От иода окрашивается в красный, коричневый, реже фиолетовый цвет. По строению гликоген сходен с амилопектином, хотя и отличается от него большей молекулярной массой. Молекулы обоих полисахаридов имеют разветвленную структуру, но гликоген отличается большей «компактностью» молекулы.

Полисахарид: Каллоза

Каллоза . Полисахарид, содержащийся в ситовидных трубках растений. Представляет собой глюкан, молекула которого состоит приблизительно из 100 остатков глюкозы, соединенных между собой бета-1-3 связями. По-видимому, каллоза играет в растениях какую-то важную физиологическую роль, так как легко образуется и с такой же легкостью расходуется.

Полисахарид: Лихенин

Лихенин . Полисахарид, содержащийся в лишайниках. Особенно много лихенина содержится в лишайнике, называемом «исландским мхом» (Cetraria islandica), а также в лишайниках из рода алектория (Alectoria ochroleuca). В этих лишайниках лихенина содержится до 45-50% на сухое вещество. Лихенин растворяется в горячей воде и в разбавленных водных растворах щелочей, при гидролизе кислотами образует 98-99% D-глюкозы. По-видимому, лихенин - смесь гомологических полимеров разной молекулярной массы. Остатки глюкозы связаны в лихенине двояким образом - на 73% глюкозидными связями между 1-м и 4-м углеродными атомами (как в амилозе) и на 27% - глюкозидными связями между 1-м и 3-м углеродными атомами. Желудочно-кишечный тракт северных оленей, для которых лишайники являются основным кормом, переваривает лихенин на 78%. При этом сами по себе пищеварительные соки северного оленя не переваривают лихенин; его переваривание осуществляют бактерии пищеварительного тракта оленей. Организмом человека лихенин не усваивается. Лихенин может быть использован в качестве желирующего вещества в кондитерской промышленности; жители Севера применяют лишайники для приготовления ягодных киселей и желе.

Полисахарид: Клетчатка

(целлюлоза) - полисахарид, составляющий главную массу клеточных стенок растений. Клетчатка нерастворима в воде, она лишь набухает в ней. Клетчатка составляет более 50% древесины. В волокнах хлопка она составляет более 90%. При кипячении с крепкой серной кислотой клетчатка нацело превращается в глюкозу. При более слабом гидролизе из клетчатки получается целлобиоза. В молекуле клетчатки остатки целлобиозы связаны гликозидными связями в виде длинной цепочки. Молекулярная масса клетчатки точно не установлена. Полагают, что клетчатка не является индивидуальным веществом, а представляет собой смесь гомологичных веществ. Молекулярные массы клетчатки, полученной из различных источников, весьма сильно колеблются: хлопок - 330 000 (в цепочке 2020 гликозидных остатков); рами - 430 000 (2660 остатков), еловая древесина - 220 000 (1360 остатков). С помощью рентгеноструктурного анализа установлено, что молекулы клетчатки имеют нитевидную форму. Эти нитевидные молекулы соединяются в пучки - мицеллы. Каждая мицелла состоит приблизительно из 40-60 молекул клетчатки. Соединение отдельных молекул клетчатки в мицеллы происходит благодаря водородным связям, которые осуществляются как за счет водородных атомов гидроксильных групп клетчатки, так и за счет адсорбированных клетчаткой молекул воды. В клеточных стенках растений мицеллы клетчатки связаны водородными связями с различными гетерополисахаридами. Например, у белого клена ими являются соединенные между собой гликозидными связями ксилоглюкан, состоящий из остатков глюкозы, ксилозы, галактозы и фукозы; арабиногалактан, построенный из остатков арабинозы и галактозы; рамногалактуронан, образованный остатками галактуроновой кислоты и рамнозы. Кроме того, имеются данные о том, что в построении клеточной стенки растений, особенно на ранних этапах ее образования, принимает участие также особый, богатый оксипролином гликопротеид экстензин. При одревеснении клеточных стенок в них накапливается также лигнин. Клетчатка не переваривается в желудочно-кишечном тракте человека. Она, переваривается лишь жвачными животными, в желудке которых имеются особые бактерии, гидролизующие клетчатку с помощью выделяемого ими фермента целлюлазы. Гемицеллюлозы (полуклетчатки). Под этим названием объединяют большую группу высокомолекулярных полисахаридов, не растворяющихся в воде, но растворимых в щелочных растворах. Гемицеллюлозы содержатся в значительном количестве в одревесневших частях растений: соломе, семенах, орехах, древесине, кукурузных початках. Большое количество гемицеллюлоз содержится в отрубях. Гемицеллюлозы гидролизуются кислотами легче, чем клетчатка. При этом они образуют маннозу, галактозу, арабинозу или ксилозу и поэтому соответственно носят названия - маннаны, галактаны и пентозаны (арабан или ксилан).

Маннан , содержащий от 200 до 400 остатков маннозы в молекуле, найден в дрожжах. Некоторое количество маннанов содержится в древесине хвойных деревьев (от 2 до 7%). Водорастворимые маннан и галактан выделяются мицелием плесневых грибов, принадлежащих к роду Penicillium. Галактаны широко распространены в растениях и входят в состав клеточных стенок соломы, древесины и многих семян. Типичным представителем этой группы полисахаридов является галактан, содержащийся в семенах люпина. Ксиланы содержатся в значительных количествах в соломе (до 28%), древесине (в дубовой до 25%) и растительных волокнах. Обычно ксилан, содержащийся в каком-либо растительном объекте, представляет собой смесь различных полисахаридов с близкими молекулярными массами (обычно от 50 до 200 ксилозных остатков), но отличающихся природой сахарного остатка в «ответвлениях» молекулы.

Полисахариды: слизи и гумми

Слизи и гумми. К этой группе коллоидных полисахаридов принадлежат растворимые в воде углеводы, образующие чрезвычайно вязкие и клейкие раствоpы. Типичными представителями этой группы являются гумми, выделяемые в виде наплывов вишневыми, сливовыми или миндальными деревьями в местах повреждения ветвей и стволов. Слизи содержатся в большом количестве в льняных семенах и в зерне ржи. Их наличие объясняет высокую вязкость употребляемого в медицине отвара из льняных сеян или же водной болтушки ржаной муки. Полисахариды вишневого клея состоят из остатков галактозы, маннозы, арабинозы, D-глюкуроновой кислоты и незначительного количества ксилозы. Слизи ржаного зерна почти на 90% состоят из пентозанов. Они сильно набухают в воде и дают весьма вязкие растворы. Их вязкость значительно выше вязкости растворов желатины, крахмального клейстера или белка. При кислотном гидролизе слизи ржаного зерна образуют ксилозу, арабинозу и незначительное количество галактозы.

Полисахариды: Пектины

Высокомолекулярные соединения углеводной природы, содержащиеся в большом количестве в ягодах, фруктах, клубнях и стеблях растений. В растениях пектины присутствуют в виде нерастворимого протопектина, представляющего собой соединение метоксилированной полигалактуроновой кислоты с галактаном и арабаном клеточной стенки. Протопектин переходит в растворимый пектин лишь после обработки разбавленными кислотами или под действием особого фермента протопектиназы. Из водного раствора растворимый пектин осаждается спиртом или 50% ацетоном. Характерным и важным свойством пектина является его способность давать студни в присутствии кислоты и сахара. Это свойство широко используется в кондитерской промышленности при производстве желе, джема, мармелада, пастилы и фруктовых карамельных начинок. Образование пектинового студня происходит в присутствии 65-70% сахара (сахарозы или гексозы); такая концентрация приблизительно соответствует насыщенному раствору сахарозы. В образующемся студне содержится от 0,2 до 1,5% пектина. Лучше всего образование пектиновых студней происходит при рН 3,1-3,5. Пектины различного происхождения различаются по способности к желированию, по содержанию золы и метоксильных групп СН3О-.

При действии на растворимый пектин разбавленных щелочей или фермента пектазы метоксильные группы легко отщепляются - образуются метиловый спирт и свободная пектиновая кислота, которая представляет собой полигалактуроновую кислоту. Пектиновая кислота легко дает соли - пектаты. В виде пектата кальция она легко осаждается из раствора; этим пользуются для количественного определения пектиновых веществ. Пектиновая кислота в присутствии сахара не способна образовывать студни подобно растворимому пектину. Поэтому при промышленном получении пектина стараются по возможности избежать его щелочного или ферментативного гидролиза, вызывающего снижение желирующей способности пектина. Пектины играют важную роль при созревании, хранении и промышленной переработке различных плодов и овощей. Во время развития плодов протопектин отлагается в клеточных стенках и может накапливаться в плодах в значительных количествах (например, в грушах, яблоках и плодах цитрусовых культур). Созревание плодов характеризуется превращением протопектина в растворимый пектин. Так, у яблок содержание пектинов достигает максимума приблизительно к периоду уборки плодов. При последующем хранении плодов при температурах, близких к 1 С, содержание протопектина постепенно понижается и происходит накопление растворимого пектина. Содержание пектина в плодах и овощах, % Яблоки - 0,82-1,29, Абрикосы - 1,03, Слива - 0,96-1,14, Черная смородина - 1,52, Клюква - 0,5-1,30, Морковь - 2,5, Сахарная свекла - 2,5. Пектины играют также важную роль при обработке растительных волокон, например льна. Процесс мочки льна основан на том, что под действием особых микроорганизмов, выделяющих ферменты, гидролизующие пектиновые вещества, происходит мацерация стеблей льна и отделение волокон друг от друга.

Полисахариды: Агар-агар

Агар-агар . Высокомолекулярный полисахарид, содержащийся в некоторых морских водорослях, принадлежащих к родам Gelidium, Gracilaria, Pterocladia и Ahnfeltia. В СССР агар-агар добывали из багряной водоросли анфельции, произрастающей в Белом, Баренцевом и Балтийском морях, а также в водоемах Дальнего Востока. В холодной воде агар-агар нерастворим, но растворяется в ней при нагревании. Водные растворы его при охлаждении застывают в виде студня. Агар-агар применяется в бактериологии для приготовления твердых питательных сред, в кондитерской промышленности для изготовления различных желе, пастилы, мармелада, джемов. Агар-агар - смесь по крайней мере двух полисахаридов - агарозы и агаропектина. Агароза, по всей вероятности, состоит из остатков D-галактозы и 3,6L-галактозы, соединенных между собой aльфа-1,3- и бета-1,4-гликозидными связями. Гораздо меньше известно о структуре агаропектина, который, по-видимому, состоит из цепочек, образуемых остатками D-галактопиранозы, некоторые из которых связаны сложноэфирной связью с остатками серной кислоты. В багряной водоросли филлофоре, произрастающей в больших количествах в Черном море, содержатся агароид и агароидин - желирующие вещества углеводной природы, отличающиеся от агара по своей химической природе. Из багряной водоросли Chondrus получают желеобразное вещество каррагинин. Химическое строение агароида, агароидина и каррагинина недостаточно выяснено. Каррагинин - полисахарид, состоящий, главным образом, из остатков галактопиранозы, соединенных aльфа-1,3- и бета-1,4-гликозидными связями; большая часть остатков галактопиранозы при четвертом углеродном атоме связана сложноэфирной связью с остатком серной кислоты. Каррагинин имеет, по-видимому, разветвленную структуру и состоит из компонентов с различной молекулярной массой - от 358000 до 700000.

Альгиновая кислота. Этот полисахарид является составной частью клеточных стенок многих водорослей, принадлежащих к родам Macrocystis, Laminaria и Fucus. Альгиновая кислота кислота, по видимому, аналог пектиновой кислоты, но состоит из остатков D-маннуроновой и L-гулуроновой кислот, связанных бета-гликозидными связями, расположенными между l-м углеродным атомом одного остатка маннуроновой или гулуроновой кислот и 4-м углеродным атомом другого. В водорослях альгиновая кислота присутствует в виде солей и содержится в них в количестве 30% от сухой массы водорослей. Альгиновая кислота и ее соли, главным образом натриевая, широко применяются в качестве эмульгирующих средств; особенно широко они применяются как стабилизаторы при производстве мороженого и различных технических эмульсий.

Полисахариды бактерий

Полисахариды бактерий . Бактерии образуют значительные количества полисахаридов, которые содержатся в цитоплазме или отлагаются в виде запасов питательных веществ, либо находятся на поверхности клетки, образуя слизистый защитный слой (капсулу). Часто капсулы растворяются в жидкости, в которой развиваются бактерии. У патогенных бактерий капсула является, в первую очередь, средством защиты клетки от фагоцитов. У почвенных бактерий, подобных некоторым азотфиксирующим бактериям, вещества, образующие капсулу, по-видимому, в какой-то мере защищают клетки от почвенных простейших. Типичные представители бактериальных полисахаридов - декстраны - группа полиглюкозидов, образуемых из тростникового сахара различными видами Leuconostoc. Некоторые непатогенные микроорганизмы при развитии на растворах сахарозы образуют полифруктозиды, называемые леванами. Значительные количества леванов образуют, например, некоторые виды стрептококка и сенная палочка Bacillus subtilis, вызывающая так называемую тягучую болезнь хлеба. Многие леваны образуются бактериями, патогенными для растений, например Bacillus pruni, однако возможная роль этих полисахаридов в развитии заболевания неясна. Слизистые полисахариды, подобные леванам и декстранам, образуют также почвенные бактерии, причем, по-видимому, эти углеводы играют определенную роль в агрегировании почвы и сохранении в ней влаги. Своеобразное строение имеют капсульные полисахариды азотфиксирующих бактерий например, клубеньковых Rhizobium sp: Эти полисахариды наряду с остатками глюкопиранозы содержат остатки глюкуроновой кислоты. Некоторые специфические полисахариды бактерий играют чрезвычайно важную роль в явлениях иммунитета животных и человека.