БАНК ДАННЫХ «ПРИРОДНЫЕ ПОЛИСАХАРИДЫ»

Банк данных

«ПРИРОДНЫЕ ПОЛИСАХАРИДЫ»

ШИПОВСКАЯ А.Б.

КУЛЕВАТОВА Т.Б.

ГЕГЕЛЬ Н.О.

АБРАМОВ А.Ю.

ПОД РЕДАКЦИЕЙ А.Б. ШИПОВСКОЙ

© Саратовский государственный университет, химический факультет

Саратов  2008

СОДЕРЖАНИЕ

	стр.
Введение	4
Классификация и номенклатура природных полисахаридов	7
Целлюлоза	27
Гемицеллюлозы	56
Ксиланы	72
Арабаны	79
Арабиногалактаны	81
Полиглюкуроновая кислота	87
Крахмал (амилоза, амилопектин)	90
Гликоген	104
Декстран	112
Пуллулан
-1,3/1,6-Глюканы
Лентинан
Склероглюкан
Ламинаран
Фруктаны
Инулин
Хитин
Маннаны
Ксантан
Пектиновые вещества
Альгиновые кислоты
Галактаны
Каррагинаны
Агар
Гликозаминогликаны
Гиалуроновая кислота
Хондроитинсульфаты
Гепарин
Муреин
Псевдомуреин
Фукоидан

Введение

Среди большого многообразия соединений природного происхождения особое место занимают углеводы и их производные. Они построены в основном из атомов С, Н, О и составляют основную массу органических веществ на Земле. Эти соединения входят в состав растений, тканей животных и микроорганизмов. В растениях углеводы образуются из углекислого газа и воды за счет реакции фотосинтеза. Животный организм не способен к фотосинтезу углеводов и поэтому полностью зависит от растений как поставщиков углеводного питания. Микроорганизмы, за некоторым исключением, также не способны к фотосинтезу углеводов и получают этот вид питания из внешней среды. Углеводы входят в состав структурных элементов клеток, эластиков, смазок, информационных систем; регулируют процессы иммунитета высших организмов.

Углеводы делятся на три больших класса: моносахариды,олигосахаридыиполисахариды.Природные полисахариды– высокомолекулярные углеводы, макромолекулы которых построены из моносахаридных звеньев, связанных друг с другомгликозидными связями. Моносахаридные фрагменты входят в состав полисахаридов преимущественно впиранозных формах(реже – вфуранозных). В зависимости от конфигурации полуацетального гидроксила моносахаридного фрагмента связи между элементарными звеньями могут быть-и-гликозидными.

Разнообразие структур макромолекул полисахаридов настолько велико, что даже простое их перечисление представляет сложную задачу. Они выполняют в живых организмах четыре важнейших типа биологических функций, выступая в роли энергетического резерва,структурных компонентовклеток и тканей,защитных веществ, а такжеспецифических молекул–маркеров.

Структурныеполисахариды (целлюлоза, глюканы, ксиланы, маннаны, арабиногалактаны, хитин, пектины, альгинаты, каррагинаны, хондроитинсульфаты, полиуроновые кислоты и др.) придают клеткам, oрганам и целым организмам механическую прочность. Нерастворимые структурные полисахариды образуют волокнистые структуры и служат армирующим материалом клеточной стенки. Водорастворимые – предохраняют клетки и ткани от высыхания. Гелеобразующие водорастворимые полисахариды обеспечивают эластичность клеточных стенок (выстилают трущиеся поверхности: кости в суставах, стенки кровеносных сосудов и т.п.) и адгезию клеток в тканях.Резервные полисахариды (амилоза, амилопектин, гликоген, декстран, ксантан, пуллулан, фруктаны, гепарин и др.) являются энергетическим ресурсом и накапливаются в клетках в больших количествах. При их распаде образуются низкомолекулярные углеводы (моно-, ди- и олигосахариды), обеспечивающие организм энергией (так называемое «клеточное топливо»), регулирующие процессы иммунитета и др.Защитную функциюполисахариды проявляют в ответ на повреждение тканей, образуя защитную капсулу или модифицируя свойства среды обитания клеток. К защитным полисахаридам относят камеди и слизи (смесь полисахаридов сложного состава и строения) растений, животных и микроорганизмов. Особое значение имеетспецифическая функцияполисахаридов – участие в образованиикомплексныхмакромолекул, а именногликопротеиновигликолипидов. Так гликопротеины служат маркерами в процессах узнавания молекулами и клетками друг друга, определяют антигенную специфичность, обуславливают различия групп крови, выполняют рецепторную, каталитическую и др. функции.

Большинство полисахаридов обладает многоплановой физиологической активностью и относится к группе так называемых модификаторов биологического ответа – иммуномодуляторов. Иммуномодуляторы подразделяют на три группы иммунологически активных соединений:иммуностимуляторы, обусловливающие усиление иммунного ответа;имуноадъюванты, усиливающие действие иммуногенов, антигенов и вакцин на иммунную системы человека и животных; а такжеиммунодепрессанты, обеспечивающие подавление иммунного ответа. Иммуномодуляторы находят широкое применение в лечении самых различных заболеваниях, включая онкозаболевания (полисахарид фукоидан, лентинан, склероглюкан).

Области применения полисахаридов и их производных весьма разнообразны. Производство многих из них (целлюлоза и ее производные, крахмал, хитин-хитозан, альгиновые кислоты, пектины, агар и др.) является крупнотоннажным. Полисахариды используют для формования волокон и пленок, получения разнообразных композиционных материалов, в том числе медико-биологического назначения (сорбентов и флокулянтов биологически активных веществ, трансурановых элементов и тяжелых металлов, трансдермальных систем и др.). Применяют в бродильной, пищевой, косметической, фармацевтической промышленности (вспомогательные материалы для создания различных лекарственных форм, покрытия таблеток, микрокапсулирование). Физиологически активные полисахариды используют в биотехнологии и медицине в качестве биоразлагаемых пластиков и шовных материалов, носителей лекарственных средств и т.д., а в последние годы – в качестве фармацевтических препаратов. Полисахариды как растительного, так и животного происхождения обладают антибиотической, противовирусной, противоопухолевой, противоядной, антилипемической, антисклеротической и др. активностью.

К наиболее исследованным и широко применяемым в различных областях деятельности полисахаридам относятся: целлюлоза, крахмал (амилоза и амилопектин), гликоген, декстран, пектиновые вещества, галактаны (агар, каррагинаны), хитин-хитозан, альгиновые кислоты, гепарин, гиалуроновая кислота, хондроитинсульфаты, а в последнее время – гемицеллюлозы, ксантан, пуллулан, -1,3-глюканы, ламинаран. Исследования на современном этапе развития данной области науки показывают, что интерес к природным полисахаридам не только не угас, но и существенно возрос. Обоснованием сказанного может служить пример из медицинской и фармакопейной практики. Если ранее полисахариды применялись, в основном, в качестве вспомогательных веществ в производстве различных лекарственных форм, то в последние годы их в бóльшей степени рассматривают как биологически активные вещества, проявляющие собственное лечебное действие. Важно, что источником получения природных полисахаридов служит быстро (ежегодно) возобновляемая сырьевая база.

Природные полисахариды обладают оптической активностью, проявляя все виды оптическойизомериихиральных молекул. Впечатляющие открытия последних лет (многие из которых были отмечены нобелевскими премиями) в таких, казалось бы, отдаленных аспектах науки, как механизм органических реакций и ферментативного катализа; проблемы регуляции в живой клетке; механизм действия лекарственных препаратов объединены тем, что стали возможны лишь благодаря внедрению в органическую химию (в частности, полимеров), биохимию и молекулярную биологию основополагающих концепций и методов стереохимии.

Полисахариды имеют близкое химическое строение. Именно различия в стереоструктуре макромолекул полисахаридов обеспечивает многообразие их свойств. Стерические особенности макроцепей играют важную роль и в процессе функционирования полисахаридов в растительном или животном организме. В настоящее время достоверно известно, что полисахариды (как и другие биополимеры, например, ДНК, РНК, белки) принимают участие в важнейших биологических процессах в виде индивидуальных оптических изомеров. Изменение пространственного расположения одних и тех же групп в молекуле биологически активного полисахарида может иметь столь же значительные последствия для организма, как и изменение химической природы этих групп, вызывая болезни, мутации и т.п. процессы. Умение управлять конформационной и конфигурационной структурой полисахарида позволяет сознательно влиять на физиологические процессы, что создает возможности разработки принципиально новых методов и технологий.

Повышенное внимание к данному классу полимеров в связи с уникальностью их свойств и функций привело к накоплению в мировой научной и патентной литературе огромного количества данных о природных полисахаридах, их строении, структурных особенностях и перспективах практического использования. Систематизация результатов исследований представлена банком данных «Природные полисахариды». Эти материалы позволят читателю ориентироваться в огромном многообразии представителей данного класса полимеров.