2.1.2. Дисахариды

Наиболее распространены в природе. Моносахариды связаны между собой гликозидной связью.

Сахароза содержится в сахарном тростнике, сахарной свекле (до 28 % от сухого вещества), соках растений и плодах:

Сахароза

α-мальтоза – продукт частичного гидролиза крахмала, при участии α-амилазы слюны и α-амилазы поджелудочной железы:

α-мальтоза

β-мальтоза – продукт расщепления (α-1,4-гликозидной связи) крахмала при участии фермента β-амилазы. Этот фермент присутствует только у высших растений, он выделен в кристаллическом виде из батата.

β–мальтоза

Лактоза – молочный сахар, была найдена в пыльцевых трубочках ряда растений, в молоке животных (коровьем) содержится 4–5 % лактозы, а в женском молоке её содержание достигает 8 %. Лактоза имеет в 4–5 раз менее сладкий вкус, чем сахароза.

Лактоза

Из женского молока были выделены олигосахариды, в которых лактоза связана с сиаловой кислотой (в положении 6 галактозильного остатка). Некоторые из этих олигосахаридов подавляют рост кишечных болезнетворных бактерий ( с этим связывают целебные свойства молока).

Остаток сиаловой кислоты остаток лактозы

Целлобиоза – образуется при гидролизе целлюлозы при участии фермента β- глюкозидазы, этот фермент присутствует у бактерий пищеварительного тракта жвачных животных, поэтому они могут питаться клетчаткой трав (в клетчатке трав – целлюлоза), для этих животных целлюлоза является источником пищевых калорий, многие млекопитающие, в том числе человек не способны переваривать целлюлозу, так как их пищеварительная система не содержит гидролаз (целлюлаза), расщепляющих β-связи.

Целлобиоза

Амигдалин – генциобиоза входит в состав многих растительных гликозидов, например, амигдалина, выделенного из горького миндаля, этот гликозид расщепляется ферментом β-гликозидазой на бензальдегид и циановодородную кислоту, чем объясняется его отравляющее действие.

Амигдалин

2.1.3. Полисахариды

Полисахаридные цепи могут быть разветвленными и неразветвленными. Полисахариды, состоящие из остатков одного моносахарида, называются гомополисахаридами, из остатков разных моносахаридов – гетерополисахаридами.

Гомополисахариды. Представители, биологическое значение, распространение в природе

Крахмал – представляет собой смесь двух гомополисахаридов, построенных из α-D-глюкозы: амилозы (10–20 %) и амилопектина (80–90 %). Он образуется в растениях в процессе фотосинтеза и «запасается» в клубнях, корнях, семенах. При быстром нагревании крахмала за счет содержащейся в нем гигроскопической влаги (10–20 %) происходит гидролитическое расщепление макромолекулярной цепи на мелкие осколки и образуется смесь полисахаридов называемых декстринами. Декстрины растворяются в воде лучше, чем крахмал. Такая декстринизация крахмала осуществляется при хлебопечении. Крахмал муки, превращенный в декстрины, легче усваивается вследствие большей растворимости.

Это цепь амилозы, она неразветвленная, включает 100–200 глюкозных остатков. Молекулярная масса 40 000–160 000. По данным рентгено­структурного анализа макромолекула амилозы свернута в спираль (на каждый виток приходится 6 молекул глюкозы). Во внутренний канал спирали могут входить молекулы йода (I₂), образуя комплексы, имеющие синюю окраску.

Амилопектин – в отличие от амилозы имеет разветвление. В основной цепи (линейной) остатки α-глюкозы связаны α-1,4-гликозидной связью, а в точках разветвления – α-1,6-гликозидной связью. Между точками разветвле­ния располагаются 20–25 глюкозных остатков. Молекулярная масса – 1–6 млн.

В пищеварительном тракте α-1,4-гликозидная связь расщепляется α-амилазой слюны и α-амилазой поджелудочной железы (α-амилаза или α-1,4-гликозидаза), α-6-гликозидная связь расщепляется только в кишечнике – амило-1,6-гликозидазой поджелудочной железы.

Гликоген (животный крахмал) – по строению он подобен амилопектину, но имеет еще большее разветвление цепей. Обычно между точками разветвления содержится 10–12 глюкозных звеньев, иногда даже 6. Большое число концевых остатков обеспечивает быстрое отщепление нужного количества молекул глюкозы (особенно важно для нервных клеток).

Декстрины – полисахариды бактериального происхождения. Синтезируются, например бактериями, обитающими на поверхности зубов, являются компонентами налета на зубах. Декстрины состоят из α-глюкозы. Между молекулами α-глюкозы в линейной цепи – связь α-1,6-гликозидная, а в местах ветвления – α-1,4, α-1,3-связи. Синтезированные микробиоло­гическим путем из раствора сахарозы «клинические декстрины» (препарат «полиглюкин») используются в качестве заменителя плазмы крови.

Ц

β-1,4-гликозидная связь

еллюлоза (клетчатка) – состоит из остатков β-глюкозы, соединенных β-1,4 гликозидными связями, или повторяющихся фрагментов дисахарида целлобиозы. Макромолекулярная цепь целлюлозы не имеет разветвлений. В ней содержится 2500–12 000 глюкозных звеньев.

Целлюлоза самое распространенное органическое соединение. В клеточных стенках целлюлоза составляет 40–50%, в древесине – 50–70 %, в хлопковом волокне – 98%. Целлюлоза обеспечивает высокую механическую прочность и упругость, устойчива к химическому и ферментативному гидролизу. Эти свойства связаны с особенностями структуры. Неразветвленные связи типа β-1,4 приводят к образованию линейных цепей, которые стабилизированы внутри- и межцепочечными водородными связями. Молекулы целлюлозы объединяются в элементарные фибриллы, которые в свою очередь образуют микрофибриллы.

Целлюлоза относиться к группе пищевых волокон. Это чрезвычайно важный компонент пищи, стимулирующий моторную функцию кишечника. Суточная норма 20–25 г.

Большое практическое значение имеют эфирные производные целлю­лозы: ацетат (искусственный шелк), ксантогенаты (производные вискозного волокна, целлофана), нитраты (взрывчатые вещества). Целлюлоза и ее производные используются в качестве пищевых добавок.

Гетерополисахариды. Гликозаминогликаны

(содержат аминосахара и уроновые кислоты)

Пектиновые вещества – содержатся в плодах и овощах. В основе пектиновых веществ лежит пектиновая кислота, являющаяся полигалактуроновой кислотой. Остатки галактуроновой кислоты связаны α-1,4-гликозидной связью.

Карбоксильные группы галактуроновой кислоты могут быть этерифицированы метиловым спиртом. В зависимости от степени этерификации карбоксильных групп пектиновые вещества классифицируют на три группы:

1. пектиновые кислоты (малая степень этерификации);

2. пектин (почти полностью этерифицированная петкиновая кислота);

3. протопектин (нерастворимое в воде соединение сложного химического состава, где полигалактуроновые кислоты могут быть связаны с целлюлозой, арабаном, галактаном и другими полиозами, а также с белковыми веществами):

Для них характерно желеобразование в присутствии органических кислот, что исполь­зуется в пищевой промышленности (желе, мармелад). Некоторые пектиновые вещества обладают противоязвенным действием и являются основой ряда препаратов (например, «плантаглюцид» из подорожника).

Инулин – высокомолекулярный углевод, растворимый в воде, осаждающийся из водных растворов спиртом. При кислотном гидролизе образуется главным образом β-фруктоза и небольшое количество -глюкозы. Таким образом, в полисахаридную цепь (поли--фруктозидную) инулина встроены фрагменты сахарозы. Их число приблизительно равно 34.

Фрагмент сахарозы Полифруктозан

Инулин в большом количестве содержиться в клубнях земляной груши (топинамбур), клубнях и корнях георгина, артишоков, одуванчиков, кок-сагыза и цикория, в корнях, листьях и стеблях каучуконосного растения гваюлы. В растениях, плесневых грибах и дрожжах содержится особый фермент - инулаза, который гидролизует инулин с образованием фруктозы.

Инулин используется как заменитель крахмала в питании диабетиков.

Хитин – построен из повторяющихся остатков N-ацетилглюкозамина, связанных между собой β-1,4-гликозидными связями.

Макромолекулы хитина не разветвлены, пространственная укладка имеет много общего с целлюлозой. Встречается в роговых оболочках насекомых, ракообразных и в некоторых грибах. Подобно целлюлозе в растениях хитин выполняет опорные и механические функции в животных организмах.

Гемицеллюлозы – нерегулярные гетерополимеры (смешанные полисахариды) макромолекулы которых имеют разветвленную структуру. Цепи гемицеллюлоз значительно короче, чем у целлюлоз. Структура их изменчива, они могут содержать 1,2-, 1,3-, 1,4-, и 1,6-связи. Гемицеллюлозы аморфны, гидролизуются разбавленными кислотами и щелочами при кипячении. Условно их подразделяют на два класса: пентозаны и гексозаны.

Основные представители пентозанов – ксиланы (наиболее часто встречающиеся) и арабаны.

Ксилан

Ксиланы в основном легкогидролизуемые и частично трудногидролизуемые, арабаны – все легкогидролизуемые полисахариды. В некоторых растительных тканях содержаться метилпентозаны, дающие при гидролизе метилпентозы.

Многие гемицеллюлозы наряду с пентозанами и метилпентозанами содержат полиурониды – производные полисахаридов, образующие при гидролизе уроновые кислоты – глюкуроноксиланы и арабиноглюкуроноксиланы. Уроновые кислоты, входящие в состав этих полисахаридов придают им гидратационные свойства, благодаря которым исключается образование кристаллических структур в водной среде.

Основные представители гексозанов – галактаны и маннаны.

Галактан

Галактаны относятя к легкогидролизуемым полисахаридам, маннаны – к трудногидролизуемым. В растительных тканях содержатся как однородные галактаны и маннаны, так и смешанные, например глюкоманнан и арабиногалактан. Глюкоманнан – линейный полисахарид, арабиногалактан – разветвленный полисахарид с высокой степенью ветвления, растворим в горячей воде.

В растениях гемицеллюлозы как правило сопутствуют целлюлозе и лигнину, причем ксиланы и глюкоманнаны прочно адсорбируются на поверхности целлюлозы.