Гомополисахариды

К числу наиболее распространенных гомополисахаридов принадлежат крахмал, гликоген (животный крахмал) - резервные полисахариды и цел­люлоза (клетчатка) - структурный полисахарид. Все они являются полигликозидами, в молекулах которых за счет эфирных (кислородных) мос­тиков объединяются сотни, тысячи и десятки тысяч остатков моноса­харидов. Эфирные мостики образуются за счет взаимодействия гликозидного гидроксила одного остатка моносахарида со спиртовым гидроксилом ( чаще всего у 4-го атома С - для линейных форм, 4-го и 6-го - у разветвленных форм) другого остатка моносахарида.

Крахмал - один из самых распространенных гомополисахаридов, содержится в зернах злаков (пшеница, кукуруза) и в клубнях расте­ний (картофель и др.). Он нерастворим в холодной воде, а в горячей об­разует коллоидный раствор - клейстер. Крахмал - природный полимер, мономером которого является D-глюкоза. Состоит из двух различных фракций, различающихся по своему строению и свойствам: амилозы (~20%) и амилопектина, общая формула которых одинакова (С₆Н₁₀О₅)n.

Амилоза - линейный полисахарид - остатки D-глюкозы соеди­нены α-1,4-глюкозидными связями; она имеет молекулярную массу от 20000, до 200000 Да, в водной среде амилоза образует двухспиральные структуры. Ее коллоидные частицы (мицеллы) дают с йодом характерное синее окрашивание.

Амилопектин - разветвленный полисахарид с молекулярной массой от 100000 до 1 млн Да. Примерно через 15-25 моносахаридных звеньев у него имеются точки ветвления, образованные α-1,6-глюкозидмыми связями:

Участок молекулы амилопектина

Коллоидные растворы амилолектина дают с йодом красно-фиолетовое окрашивание.

Компоненты крахмала прочно связываются в клетке с белком, образуя смешанные макромолекулы. Возможно, что синтез крахмала, т.е. удлинение полисахаридных цепей, происходит на белковой основе. Оче­видно, белковая часть придает полисахариду некоторую способность к диффузии внутри клетки.

При частичном гидролизе крахмала образуются полисахариды с меньшей степенью полимеризации - декстрины, при полном гидролизе - мальтоза и глюкоза. Крахмал - наиболее важный пищевой углевод для человека, содержание его в муке 75-80%, в картофеле - 25%.

Гликоген - является главным резервным гомополисахаридом в организме человека и животных. Поэтому его называют «животный крахмал», однако он найден в грибах, дрожжах и зернах кукурузы. Гли­коген содержится почти во всех органах и тканях животных и человека, но больше всего в печени и в мышцах. Молекулярная масса гликогена 10⁵-10⁸Да и выше. Гликоген по строению близок к амилолектину, но от­личается большой разветвленностью цепей. В молекуле гликогена раз­личают внутренние цепи - участки полиглюкозидных цепей между точ­ками ветвления, и наружные цепи - участки от периферической точки ветвления до конца цепи. В цепях остатки глюкозы соединены α-1,4-глюкозидными связями, а в точках ветвления - α-1,6-глюкозидные связи.

Рис. Строение молекулы гликогена (по Майеру): белые, кружки - остатки глюкозы, соединенные α-1,4 - связью; черные - остатки глюкозы, соединенные α-1,6-связью

При гидролизе гликоген распадается, как и крахмал, сначала до декстринов, затем до мальтозы и, наконец, до глюкозы. Распад гликогена носит название гликогенолиза и обеспечивает потребность организма в энергии для поддержания температуры тела, осуществления мышечного сокращения, протекания биохимических реакций и т.д.

В клетке гликоген, как и крахмал, связан с белком цитоплазмы и частично белком внутриклеточных мембран.

Целлюлоза (клетчатка) - наиболее распространенный гомополисахарид растительного мира: в древесине 50 - 70% клетчатки, в стеб­лях волокнистых растений (лен) еще больше, а волокно хлопка - почти чистая, клетчатка. Она играет большую роль в построении клеточных стенок (название целлюлоза - от латинского "целлюла" - клетка).

Клетчатка так же, как и крахмал, построена из остатков D-глюкозы, но в отличие от крахмала - это β-полиглюкозид: с молеку­лярной массой 5·10⁴- ·10⁶ Да. Ниже представлен фрагмент молекулы целлюлозы:

При частичном гидролизе клетчатки образуется дисахарид целлобиоза, а при полном гидролизе – D-глюкоза.