Полисахариды — класс природных полимеров¶
Полисахариды — это высокомолекулярные соединения (макромолекулы), состоящие из остатков моносахаридов, связанных гликозидными связями. К ним относятся крахмал, гликоген, целлюлоза, хитин, агар, пектин и ряд других веществ. Полисахариды входят в класс углеводов и выполняют в живых организмах структурные, запасающие и защитные функции.
¶Строение и классификация
Полисахариды представляют собой линейные или разветвлённые цепи, в которых остатки моносахаридов (чаще всего глюкозы, фруктозы, галактозы, маннозы, N-ацетилглюкозамина) соединены гликозидными связями через гидроксильные группы. Молекулярная масса полисахаридов может достигать нескольких миллионов дальтон.
По химическому строению полисахариды делятся на:
- Гомополисахариды — состоят из остатков одного моносахарида (крахмал, целлюлоза, гликоген, хитин, инулин).
- Гетерополисахариды — содержат два и более различных моносахарида (гепарин, гиалуроновая кислота, агар, пектин).
По функциональному назначению выделяют:
- Запасающие (крахмал у растений, гликоген у животных и грибов) — источник энергии;
- Структурные (целлюлоза в клеточных стенках растений, хитин в экзоскелетах членистоногих) — обеспечивают механическую прочность;
- Защитные (мукополисахариды слизей, гепарин как антикоагулянт).
¶Основные представители
¶Крахмал
Крахмал — основной запасной полисахарид растений, содержится в зернах, клубнях, плодах. Состоит из двух фракций: амилозы (линейные цепи α-1,4-гликозидных связей) и амилопектина (разветвлённые цепи с α-1,6-связями в точках ветвления). Молекулярная масса крахмала — до 100 млн дальтон.
¶Гликоген
Гликоген — «животной крахмал», откладывается в печени и мышцах. Имеет более сильное разветвление, чем амилопектин, что обеспечивает быстрый доступ к глюкозе при распаде.
¶Целлюлоза
Целлюлоза — самый распространённый органический полимер на Земле, главный компонент клеточных стенок растений. Линейные цепи β-1,4-гликозидных связей образуют устойчивые водородные связи, формирующие микрофибриллы высокой прочности. Человек и большинство животных не усваивают целлюлозу из-за отсутствия фермента целлюлазы.
¶Хитин
Хитин — полимер N-ацетилглюкозамина, входит в состав экзоскелетов насекомых, ракообразных, клеточных стенок грибов. По структуре аналогичен целлюлозе, но с ацетильными группами.
¶Гиалуроновая кислота и гепарин
Гиалуроновая кислота — гетерополисахарид, входящий в состав соединительной ткани, суставной жидкости, стекловидного тела глаза. Гепарин — сульфатированный гликозаминогликан, применяется как антикоагулянт.
¶Физические и химические свойства
Полисахариды образуют коллоидные растворы (клейстеризация крахмала), обладают свойствами полимеров — эластичностью, волокнистостью. Многие полисахариды гидролизуются кислотами или ферментами до моносахаридов: крахмал → глюкоза, целлюлоза → глюкоза, хитин → N-ацетилглюкозамин. Основные методы анализа — гидролиз с последующим определением моносахаридов, спектроскопия, вискозиметрия.
¶Биологическая роль
В живой природе полисахариды выполняют ключевые функции:
- Энергетическая — крахмал и гликоген служат резервом энергии, окисляясь до CO₂ и H₂O.
- Структурная — целлюлоза и хитин формируют опорные конструкции.
- Защитная — слизи, богатые полисахаридами, защищают слизистые оболочки.
- Регуляторная — полисахариды клеточных мембран участвуют в межклеточном узнавании.
¶Применение
Полисахариды широко используются в промышленности и медицине:
- Пищевая промышленность — крахмал как загуститель, агар и пектин как желирующие агенты.
- Медицина — гепарин как антикоагулянт, декстран как плазмозаменитель, хитин и хитозан в повязках и лекарственных формах.
- Бумажная и текстильная промышленность — целлюлоза как сырьё для бумаги, вискозы, целлофан.
- Биотехнологии — агар как среда для культивирования микроорганизмов.
¶Методы получения
Полисахариды получают из природного сырья (растительного, животного, бактериального) путём экстракции, а также синтезируют химическим и ферментативным путём. В лабораторной практике используют ферментативный гидролиз и полимеризацию моносахаридов.
¶История
Термин «полисахарид» введён в химическую номенклатуру в конце XIX века. Классификацию углеводов разрабатывали немецкие химики Эмиль Фишер и Герман Эмил Фишер, установившие структуру глюкозы и природу гликозидных связей. Исследования крахмала и целлюлозы велись с XVIII века в связи с развитием бумажной и текстильной промышленности.
¶Источники
- Химическая энциклопедия / под ред. И. Л. Кнунянца. — М.: Большая Российская энциклопедия.
- Справочник по химии / под ред. Б. П. Никольского. — Л.: Химия.
- Физическая химия полимеров / под ред. В. А. Кабанова. — М.: Высшая школа.
- Биохимия / под ред. А. А. Покровского. — М.: Медицина.