Химическое строение и молекулярная структура

Макромолекулы пектинов построены из звеньев остатков -D-галактуроновой кислотыи2-О-замещенной -L-рамнопиранозы, связанных-1,4-и-1,2-глюкозидными связями(рис.3). Карбоксильные группы остатков-D-галактуроновой кислоты часто существуют в видеметиловых эфиров. Встречаются как низкометилированные, так и высокометилированные пектины со степенью этерификации ~50%. Гидроксильные группы при С₂и С₃могут бытьацетилированы. Как правило, степень ацетилирования пектинов – низкая (не превышает несколько процентов) и зависит от источника пектина.

Рис.3.Обобщенная структурная макромолекулы пектина.

Остатки -L-рамнозы присутствуют как в виде единичных включений в главную цепь (рис.3), так и в качестве повторяющихся звеньев. Для пектинов с высоким содержанием звеньев рамнозы (извлекаемых, в основном из биомассы лекарственных трав) доказано строгое чередование в основной цепи остатков-D-галактуроновой кислоты и-L-рамнопиранозы посредством-1,4- и-1,2-глюкозидных связей.

Известны и разветвленные пектины. Боковые цепи присоединены к главной цепи в положении С₄остатков-L-рамнозы, либо в положениях С₂и С₃-D-галактуроновой кислоты (рис.3). Боковые цепи могут быть представлены остаткамиD-галактозы,L-арабинозы, режеD-ксилозы,D-глюкуроновой кислоты,L-фукозы,D-апиозы. Содержание остатков дополнительных (не основных) моносахаров колеблется в широких пределах (от 0 до 50%). Небольшая часть гидроксильных групп молекул некоторых пектинов может быть этерифицирована феруловой кислотой (4-HO)(S-CH₃O)C₆H₃CH-CHCOOH.

Таким образом, пектиновые вещества – типичные природные сополимеры. Кроме того, им практически всегда сопутствуют арабаны и галактаны (полисахариды-спутники пектиновых веществ). Схематическое представление блочной структуры пектина представлено на рис.4.

Рис.4.Схематическое изображение блочной структуры пектина.

Наличие атомов углерода, являющихся центрами асимметрии, придает галактуронопиранозному и рамнопиранозному циклам макромолекулы пектина хиральность, то есть неэквивалентность зеркальному изображению. Это приводит к возникновению оптической активности звена и макромолекулы в целом. Пиранозные циклы могут находиться в конформации кресла или ванны. Наиболее энергетически выгодна конформация кресла. Конформация участка макромолекулы поли--D-галактуроновой кислоты изображена на рис.5.

Рис.5.Конформация участка макромолекулы поли--D-галактуроновой кислоты.

Рассмотрим структурные особенности основных типов пектиновых веществ.

Пектовая кислота(полигалактуроновая кислота) – поликислота, построенная из остатков-D-галактуроновой кислоты и-L-рамнопиранозы, связанных-1,4- и-1,2- гликозидными связями в длинные цепи (рис.6). Полигалактуроновая кислота является основой всех пектиновых веществ.

Рис.6.Структурная формула макромолекулы пектовой кислоты.

Пектаты –Na- илиCa-соли пектовой кислоты.Ca-соли пектовой кислоты практически не растворимы в воде.

Пектиновые кислоты(пектины) – продукты этерификации метиловым спиртом карбоксильных групп пектовой кислоты (рис.7). Обычно в растениях полигалактуроновая кислота находится не в свободном состоянии, а часть ее карбоксильных групп этерифицирована метиловым спиртом.

Рис.7.Структурные формулы макромолекул пектиновой кислоты.

Пектинаты–Na- илиCa-соли пектиновой кислоты.

Протопектин– нерастворимые в воде вещества, представляющие собой сшитые пектины.