Учреждение образования

”ПОЛЕССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ“

Факультет биотехнологический

Кафедра биохимии и биоинформатики

Управляемая самостоятельная работа № 4

на тему:

Полисахариды

Студент 1 курса, гр.23БХ-1				Авдеенко Ангелина Дмитриевна
Биохимия		(подпись) __________________2024

Проверил		Ильючик Ирина Анатольевна
Доцент кафедры биохимии и биоинформатики	(подпись) ___________________2024

ПИНСК 2024

Оглавление

Введение………………………………………………………………….............3

1.1. Полисахариды

1.1.1. Строение и классификация. Физико-химические свойства. Камеди. Слизи……………………………………………………………………………...4

1.1.2. Целлюлоза. Гемицеллюлоза. Инулин. Пектиновые вещества………..10

1.1.3. Значение полисахаридов в обмене веществ. пути использования и применение в медицинской практике…………………………………………13

Заключение……………………………………………………………………...16

Список используемой литературы…………………………………………….17

Введение

Полисахариды - это класс биологически важных макромолекул, состоящих из длинных цепей моносахаридных остатков, соединенных гликозидными связями. Они играют ключевую роль во многих биологических процессах, обеспечивая организмам структурную поддержку, энергию, сохранение влаги, защиту и многое другое.

Полисахариды являются важными компонентами клеточных стенок растений, экзоскелетов членистоногих, хрящей позвоночных животных, а также гликопротеинов и гликолипидов в клетках живых организмов. Их разнообразие в структуре и функциях делает их уникальными и невероятно важными для жизни на Земле.

Изучение полисахаридов имеет огромное значение не только в биохимии и молекулярной биологии, но и в пищевой промышленности, медицине, фармацевтике, косметике и других областях науки и промышленности. Углубленное понимание их свойств и функций открывает возможности для создания новых материалов, лекарственных препаратов, пищевых добавок и многих других инноваций.

Изучая полисахариды, мы погружаемся в захватывающий мир сложных углеводных соединений, которые являются фундаментом для жизни и представляют собой важное звено в понимании биологических процессов на клеточном уровне.

1.1. Полисахариды

1.1.1. Строение и классификация. Физико-химические свойства.

Камеди. Слизи.

Полисахариды – важнейший класс биоорганических соединений, находящих практическое применение в различных областях науки и техники. Присутствуют во всех организмах, выполняя функции запасных (крахмал, гликоген), опорных (целлюлоза, хитин), защитных (камеди, слизи) веществ. Участвуют в иммунных реакциях, обеспечивают сцепление клеток в тканях растений и животных. Составляют основную массу органического вещества в биосфере.

Строение и классификация полисахаридов

Полисахариды – высокомолекулярные продукты поликонденсации моносахаридов, связанных друг с другом гликозидными связями и образующих линейные или разветвленные цепи. Наиболее часто встречающимся моносахаридным звеном полисахаридов является D-глюкоза. В качестве компонентов полисахаридов могут быть также D-манноза, D- Lгалактоза, D-ксилоза и L-арабиноза, D-глюкуроновая, D-галактоуроновая и D-маннуроновая кислоты, D-глюкозамин, D-галактозамин, сиаловые и аминоуроновые кислоты.

Молекулярная масса полисахаридов относительно высока и может быть измерена существующими методами лишь с известной степенью приближения. Это отличает полисахариды от олигосахаридов, степень полимеризации которых может быть полно определена классическими химическими методами. Иными словами, однотипно построенные молекулы химически однородных полисахаридов чаще всего различаются величиной. Поэтому выделяемые индивидуальные полисахариды, как правило, являются смесями полимергомологов.

Полисахариды могут быть построены как из одного вида моносахаридов (гомополисахариды), так и из двух и более (гетерополисахариды).

К самым распространенным моносахаридам, входящим в состав полисахаридов, относятся гексозы – глюкоза, галактоза, манноза, а также пентозы – арабиноза и ксилоза. Гидроксильные группы, а также часто входящие в состав моносахаридов амино- и карбоксильные группы могут служить местами прикрепления остатков уксусной, фосфорной и серной кислот.

Полисахариды составляют основную массу органического вещества на Земле и выполняют три важные биологические функции: структурную (опорную, скелетную), резервную и защитную (Таблица 5).

Таблица 5. – Распространение и функции полисахаридов

Полисахариды, выполняющие структурную функцию. Их можно разделить на две группы: образующие волокнистые структуры и гелеобразующие. К первой группе относят полисахариды, которые служат армирующим материалом стенок клеток. Общей особенностью этой группы является наличие β-гликозидной связи, которая делает полисахарид устойчивыми к кислотному и ферментативному гидролизу.

К гелеобразующим относят полисахариды с разнообразными гликозидными связями. Эта группа полисахаридов обеспечивает эластичность клеточных стенок и межклеточную адгезию в тканях.

Резервные полисахариды. Они являются для клетки источником энергии и метаболитов. Резервные полисахариды (крахмал, гликоген, фруктаны, галактоманнаны) способны быстро гидролизоваться.

Защитные полисахариды. К ним относят камеди высших растений, представляющие собой гетерополисахариды сложного строения, а также полисахариды, образующие защитные капсулы микроорганизмов и водорослей.

Гомополисахариды. По своему функциональному назначению гомополисахариды могут быть разделены на две группы: структурные и резервные полисахариды. Важным структурным гомополисахаридом является целлюлоза, а главными резервными – гликоген и крахмал (у животных и растений соответственно).

Крахмал служит основным источником резервной энергии в растениях; встречается главным образом в семенах, клубнях, корнях. крахмал содержит примерно 20% растворимой в воде фракции, называемой амилозой, и около 80% нерастворимой фракции, называемой амилопектином. При постепенном кислотном и ферментативном гидролизе амилоза и амилопектин расщепляются до декстринов (смесь полисахаридов с меньшей молекулярной массой), дальнейший гидролиз которых приводит к мальтозе, а затем к D-глюкозе:

Амилоза – линейный полимер, содержащий более 1000 мономерных звеньев, в котором D-глюкопиранозные остатки связаны -1,4-гликозидной связью:

Молекулярная масса амилозы составляет примерно 150 000-600 000 ее молекулы обладают гибкостью и могут принимать различные пространственные формы. в присутствии комплексообразователей, например, йода, она может существовать в виде спирали, в каждом витке которой содержится шесть остатков глюкозы. размер внутренней полости спирали позволяет разместиться в ней молекуле йода, что приводит к образованию окрашенного в синий цвет комплекса.

Амилопектин – полимер разветвленной структуры, который может содержать приблизительно 600-5000 остатков D-глюкозы в молекуле. Между двумя соседними точками ветвления основная цепь содержит 20-25 моносахаридных остатков:

Целлюлоза. Это – главный «строительный материал» растений; из целлюлозы состоят стенки растительных клеток. Например, волокна хлопчатника, известные всем в виде ваты, на 98 % состоят из целлюлозы. Целлюлоза не плавится и не переходит в парообразное состояние; при нагревании примерно до 350°С разлагается – обугливается. Она нерастворима в воде и большинстве других неорганических и органических растворителей.

Гликоген (животный крахмал). Если у большинства растений резервным полисахаридом является крахмал, то в животных организмах эту функцию выполняет гликоген. Этот полисахарид снабжает организм глюкозой при повышенных физических нагрузках и в промежутках между приемами пищи.

Инулин – высокомолекулярный углевод, растворимый в воде; из водных растворов осаждается спиртом. Количество остатков фруктозы, связанных в молекуле инулина гликозидными связями между 1-м и 2-м углеродными атомами, предположительно равно 34. Растения, содержащие инулин, используются для получения D-фруктозы.

Хитин – высококристаллический полимер, в котором существуют внутри- и межмолекулярные связи как между гидроксильными группами, так и между гидроксильными и аминоацетильными группами.

Гетерополисахариды. К гетерополисахаридам относят: хондроитинсульфаты (кожа, хрящи, сухожилия), гиалуроновую кислоту (стекловидное тело глаза, пуповина, хрящи, суставная жидкость), гепарин (печень).

Хондроитинсульфаты. Они состоят из остатков глюкуроновой кислоты и N-ацетил-галактозамина (хондрозамина), соединенных βгликозидными связями, чередующимися в положении (1→4) и (1→3).Как свидетельствует само их название, хондроитинсульфаты являются эфирами серной кислоты (сульфатами).

Гиалуроновая кислота. Это гетерополисахарид, построенный из дисахаридных остатков, соединенных β (1→4)-гликозидными связями.Дисахаридный фрагмент гиалуроновой кислоты состоит из остатков D-глюкуроновой кислоты и N-ацетил-D-глюкозамина, связанных β (1→3)-гликозидной связью.

Гепарин. В гепарине в состав повторяющихся дисахаридных единиц входят остатки D-глюкозамина и D-глюкуроновой кислоты. Внутри дисахаридного фрагмента осуществляется α (1→4)-гликозидная связь.

Гепарин – белый аморфный порошок, растворимый в воде, устойчивый к нагреванию.

Камеди – продукты, выделяющиеся в виде вязких растворов из надрезов и трещин растений. Это коллоидные, полупрозрачные или просвечивающиеся вещества, образующиеся в результате более или менее полного перерождения клеточных стенок, содержимого стенок, а иногда и целых участков тканей.

Первоначально мягкие или вязкие натеки камеди на воздухе постепенно твердеют, превращаясь в аморфные массы разнообразной формы, величины и окраски. Камеди безвкусны, редко сладковатого или горького вкуса.

Камеди не имеют точек плавления, кипения, замерзания. Они не растворимы в органических растворителях (отличие от смол и веществ каучуковой природы).

По растворимости в воде делятся на три группы:

1. Камеди арабиновые – полностью растворимые в воде с образованием более или менее прозрачных клейких растворов (абрикосовая камедь, аравийская камедь);

2. Камеди бассориновые – полурастворимые – частично растворимые в воде, причем остальная их часть набухает, образуя желеподобную массу, переходящую в раствор только при большом разведении (камедь трагаканта);

3. Камеди церразиновые – не растворимые – не растворимые в холодной воде, но частично растворимые при кипячении и набухающие (камеди вишни, сливы).

По химическому признаку камеди разделяют на:

 кислые полисахариды, кислотность которых обусловлена присутствием глюкуроновой и галактуроновой кислот (камеди акаций);

 кислые полисахариды, кислотность которых обусловлена присутствием сульфатных групп (мхи, водоросли);

 нейтральные полисахариды, являющиеся глюкоманнанами или галактоманнанами.

Слизи. К этой группе полисахаридов относятся углеводы, образующие густые слизистые растворы. В состав слизей входят пентозаны и гексозаны. От крахмала слизи отличаются отсутствием характерных зерен и реакции с раствором йода, от камедей – осаждаемостью нейтральным раствором ацетата свинца.

В зависимости от локализации в растительном сырье слизи различают:

 межклеточные или мембранные слизи (водоросли, включая морскую капусту);

 интерцеллюлярные слизи: в виде слизистых клеток эпидермиса (льняное семя, блошное семя и др.);

 внутриклеточные слизи (корни и листья алтея, листья мать-и-мачехи, цветки липы и др.);

 слизи, находящиеся в клетках сердцевины, камбия, внутренней коры (трагакант, акация).