Полисахариды / Декстран

ДЕКСТРАН

Распространение в природе

Декстран (декстраны) – группа бактериальных полисахаридов, синтезируемых разными видами бактерий семейства стрептококковых Streptococcaceae, а также бесклеточными энзимами, выделенными из культур этих микроорганизмов. Наиболее изучены декстраны, продуцируемые видами бактерий Leuconostoc mesenteroides и Leuconostoc dextranicum.

Биосинтез

Продуцентами декстранов при биосинтезе являются штаммы бактерий и углеводсодержащая среда (рН = 5 - 8.0). Биосинтез осуществляется путем расщепления бактериями сахарозы на глюкозу и фруктозу с последующим переносом глюкозы на акцептор, которым может быть либо сахароза, либо растущая цепь декстрана. Реакция катализируется ферментом декстрансахаразой.

Получение

В промышленности декстраны получают выращиванием бактерий-продуцентов (Leuconostoc mesenteroides, Leuconostoc dextranicum) на сахарозосодержащей среде под действием фермента декстрансахаразы. Синтез полисахарида в культивируемых условиях протекает аналогично биосинтезу в природных условиях. Сахароза расщепляется на глюкозу и фруктозу. Фруктоза сбраживается с образованием молочной и уксусной кислот, маннита и углекислоты. Глюкоза полимеризуется в декстран. Декстран выделяют из биомассы бактерий осаждением органическими растворителями. Полученный продукт очищают от примесей многократным растворением в воде, с последующим переосаждением метанолом или этиловым спиртом. Очищенный декстран фракционируют.

Химическое строение и молекулярная структура

Декстран – гомополисахарид разветвленного строения, макромолекулярная цепь которого построена из звеньев остатков -D-глюкопиранозы. Звенья линейной части молекулы соединены главным образом -(1→6)-гликозидными связями. Небольшое количество звеньев основной цепи может быть связано -(1→3)-гликозидными связями. В некоторых декстранах (встречающихся сравнительно редко) звенья остатков -D-глюкопиранозы линейной цепи соединены чередующимися -(1→6)- и -(1→3)-гликозидными связями.

Боковые цепи прикреплены к линейной части макромолекулы декстрана -(1→2)-, -(1→3)- и -(1→4)-гликозидными связями. Боковые цепи состоят либо из одного, либо или двух-трех остатков -D-глюкозы, соединенных -(1→6)-гликозидными связями. Более длинные боковые цепи в структуре макромолекул декстрана обнаруживаются сравнительно редко. Структурная формула фрагмента макромолекулы декстрана представлена на рис.1.

Рис.1. Структурная формула макромолекулы декстрана.

В зависимости от содержания различных типов гликозидной связи в макромолекулах декстраны классифицируют на три класса, обозначаемые буквами А, В и С (таблица).

Таблица

Классы декстранов

Класс декстрана	Содержание -гликозидных связей, %
	(1→6)	(1→4)	(1→3)
А В С	50 – 97 86 – 95 50 – 85	0 – 50 0 – 8 0 – 36	0 – 2 3 – 6 0 – 6

Физические свойства

Декстраны – белые аморфные вещества. Свойства декстранов зависят от его структуры и молекулярной массы.

Молекулярный вес природного декстрана составляет 10⁴ - 10⁵ кДа. Молекулярная масса частично гидролизованных декстранов (так называемых клинических декстранов, используемых в медицине) лежит в пределах 40 - 70 кДа. Молекулярная масса декстранов и степень разветвленности зависят от штаммов микроорганизмов и условий их выращивания.

ИК-спектры декстрана дают полосы поглощения в области 917, 840 и 768 см^-1, характерные для -(1→6)-гликозидных связей.

Декстраны, в зависимости способа их получения (главным образом от способа выделения из биомассы и очистки), хорошо растворяются в воде (с образованием вязких растворов), формамиде, диметилформамиде, диметилсульфоксиде. Некоторые декстраны растворяются только в растворах щелочей. В этиловом и метиловом спиртах и большинстве других органических растворителей не растворяются.

Декстран – оптически активный полисахарид. Величина удельного оптического вращения растворов полисахарида в формамиде варьируется в пределах = (+208) – (+233) град., в 1 Н растворе КОН – = (+203) – (+232) град., в воде – = (+195) – (+200) град.

Химические свойства

Декстраны гидролизуются кислотами и специфическими ферментами декстранглюкозидазами. При полном гидролизе образуется D-глюкоза (рис.2).

Рис.2. Схема полного кислотного и ферментативного гидролиза декстрана.

При частичной деполимеризации декстрана мягким кислотным гидролизом, облучением ультразвуковыми волнами или термической обработкой получают полисахариды с меньшими молекулярными массами в сравнении с исходным продуктом (получаемым биотехнологическим способом). Фракционированием этих продуктов выделяют полисахариды с молекулярной массой, близкой к молекулярной массе белков крови – 40 - 70 кДа. Растворы этих продуктов под названием клинический декстран применяют как кровезаменители.

Количественно декстран определяют по конечному продукту полного кислотного и ферментативного гидролиза, т.е. используя специфические реакции на определение глюкозы (рис.3).

Рис.3. Качественные реакции на глюкозу: с реактивом Толленса и Фелинга.

Декстран вступает в реакцию сшивания под действием различных сшивающих агентов (смолы, эпихлоргидрин и др.). Декстран, сшитый поперечными связями с эпихлоргидрином, называется сефадексом.

Применение

Декстраны применяют в сельском хозяйстве для специальной обработки семян, в пищевой, текстильной и бумажной промышленности. Широко используют производные декстрана: эфиры – в текстильной промышленности, сшитые (сефадексы) – в качестве молекулярных сит и сорбентов в гель-, ионообменной и гидрофобной хроматографии, а также в электрофорезе.

Декстраны широко используются в медицине в качестве кровезаменителей при больших потерях крови и при лечении травматического и ожогового шоков. Особое значение имеет сульфат декстрана, применяющейся в качестве антикоагулянта крови (заменитель гепарина).

Литература

1. Преображенская М.Е. Декстраны и декстраназы // Успехи биологической химии. 1975. Т.16. С.214-335.

2. Dextran bibliography / Еd. by A. Jeanes. Wash. 1978.

3. Walker G.J. Internet Rev. of Biochem // Biochemistry of Carbohydrate. 1978. V.6 Balt. P.75-126.

115