Какова роль функции полисахаридов в природе и жизни человека кратко

Обновлено: 05.07.2024

Существует четыре основных класса сложных биоорганических веществ: белки, жиры, нуклеиновые кислоты и углеводы. Полисахариды принадлежат к последней группе. Несмотря на "сладкое" название, большинство из них выполняет совсем не кулинарные функции.

Полисахарид – это что?

Вещества группы также называют гликанами. Полисахарид – это сложная полимерная молекула. Она составлена из отдельных мономеров – моносахаридных остатков, которые объединены с помощью гликозидной связи. Проще говоря, полисахарид – это молекула, построенная из объединенных остатков более простых углеводов. Количество мономеров в полисахариде может варьироваться от нескольких десятков до ста и больше. Строение полисахаридов может быть как линейным, так и разветвленным.

Физические свойства

Большинство полисахаридов нерастворимы или плохо растворимы в воде. Чаще всего они бесцветные или желтоватые. В большинстве своем полисахариды не обладают запахом и вкусом, но иногда он может быть сладковатым.

Основные химические свойства

Среди особых химических свойств полисахаридов можно выделить гидролиз и образование производных.

Гидролиз – это процесс, который происходит при взаимодействии углевода с водой при участии ферментов или катализаторов, таких как кислоты. Во время такой реакции полисахарид распадается на моносахариды. Таким образом, можно сказать, что гидролиз – процесс, обратный полимеризации.

Гликолиз крахмала можно выразить следующим уравнением:

Так, при реакции крахмала с водой под действием катализаторов мы получаем глюкозу. Количество ее молекул будет равно количеству мономеров, образовывавших молекулу крахмала.

Образование производных может происходить при реакциях полисахаридов с кислотами. В таком случае углеводы присоединяют к себе остатки кислот, вследствие чего образуются сульфаты, ацетаты, фосфаты и т. д. Кроме того, может происходить присоединение остатков метанола, что приводит к образованию сложных эфиров.

Биологическая роль

Полисахариды в клетке и организме могут выполнять следующие функции:

защитную;
структурную;
запасающую;
энергетическую.

Защитная функция заключается прежде всего в том, что из полисахаридов состоят клеточные стенки живых организмов. Так, клеточная стенка растений состоит из целлюлозы, грибов – из хитина, бактерий – из муреина.

Кроме того, защитная функция полисахаридов в организме человека выражается в том, что железами выделяются секреты, обогащенные этими углеводами, которые защищают стенки таких органов как желудок, кишечник, пищевод, бронхи и т. д. от механических повреждений и проникновения болезнетворных бактерий.

Структурная функция полисахаридов в клетке заключается в том, что они входят в состав плазматической мембраны. Также они являются компонентами мембран органоидов.

Следующая функция заключается в том, что основные запасные вещества организмов являются именно полисахаридами. Для животных и грибов это гликоген. У растений запасным полисахаридом является крахмал.

Последняя функция выражается в том, что полисахарид – это важный источник энергии для клетки. Получить ее из такого углевода клетка может путем его расщепления на моносахариды и дальнейшего окисления до углекислого газа и воды. В среднем при расщеплении одного грамма полисахаридов клетка получает 17,6 кДж энергии.

Применение полисахаридов

Эти вещества широко используются в промышленности и медицине. Большинство из них добываются в лабораториях путем полимеризации простых углеводов.

Наиболее широко используемыми полисахаридами являются крахмал, целлюлоза, декстрин, агар-агар.

Применение полисахаридов в промышленности

Название вещества	Использование	Источник
Крахмал	Находит применение в пищевой промышленности. Также служит сырьем для получения глюкозы, спирта. Применяется для изготовления клея, пластмасс. Кроме того, используется и в текстильной промышленности	Получают из клубней картофеля, а также из семян кукурузы, рисовой сечки, пшеницы и других богатых крахмалом растений
Целлюлоза	Используется в целлюлозно-бумажной и текстильной промышленности: из нее изготавливают картон, бумагу, вискозу. Производные целлюлозы (нитро-, метил-, ацетилцеллюлоза и др.) находят широкое применение в химической промышленности. Из них же производят синтетические волокна и ткани, искусственную кожу, краски, лаки, пластмассы, взрывчатку и многое другое	Добывают это вещество из древесины, в основном хвойных растений. Также есть возможность получения целлюлозы из конопли и хлопка
Декстрин	Является пищевой добавкой Е1400. Также применяется при изготовлении клеящих веществ	Получают из крахмала путем термической обработки
Агар-агар	Это вещество и его производные применяют в качестве стабилизаторов при изготовлении продуктов питания (например, мороженого и мармелада), лаков, красок	Добывают из бурых водорослей, так как он является одним из компонентов их клеточной оболочки

Теперь вы знаете, что такое полисахариды, для чего они используются, какова их роль в организме, какими физическими и химическими свойствами они обладают.

Полисахариды – это природные высокомолекулярные углеводы, макромолекулы которых состоят из остатков моносахаридов.

Полисахариды – высокомолекулярные несахароподобные углеводы, содержащие от десяти до сотен тысяч остатков моносахаридов (обычно гексоз), связанных гликозидными связями.

Основные представители - крахмал и целлюлоза - построены из остатков одного моносахарида - глюкозы. Крахмал и целлюлоза имеют одинаковую молекулярную формулу

но совершенно различные свойства. Это объясняется особенностями их пространственного строения.

Крахмал состоит из остатков a-глюкозы, а целлюлоза – из b-глюкозы, которые являются пространственными изомерами и отличаются лишь положением одной гидроксильной группы (выделена цветом):

С учетом пространственного строения шестичленного цикла

формулы этих изомеров имеют вид:

К важнейшим полисахаридам относится также гликоген (С₆Н₁₀О₅)_n, образующийся в организмах человека и животных в результате биохимических превращений из растительных углеводов. Как и крахмал, гликоген состоит из остатков a-глюкозы и выполняет подобные функции (поэтому часто называется животным крахмалом).

Биологическая роль полисахаридов

Полисахариды необходимы для жизнедеятельности животных и растительных организмов. В живой природе они выполняют важные биологические функции:

структурных компонентов клеток и тканей;
энергетического резерва;
защитных веществ.

Они являются одним из основных источников энергии, образующейся в результате обмена веществ организма. Принимают участие в иммунных процессах, обеспечивают сцепление клеток в тканях. Являются основной массой органического вещества в биосфере.

Структурные полисахариды придают клеточным стенкам прочность.

Водорастворимые полисахариды не дают клеткам высохнуть.

Резервные полисахариды по мере необходимости расщепляются на моносахариды и используются организмом.

Физические свойства

Полисахариды — аморфные вещества, не растворяются в спирте и неполярных растворителях, растворимость в воде варьируется. Некоторые растворяются в воде с образованием коллоидных растворов (амилоза, слизи, пектовые кислоты, арабин), могут образовывать гели (пектины, альгиновы кислоты, агар-агар) или вообще не растворяться в воде (клетчатка, хитин).

Химические свойства полисахаридов

Для полисахаридов наибольшее значение имеют реакции гидролиза и образование производных за счет реакций макромолекул по спиртовым ОН-группам.

Гидролиз полисахаридов

Гидролиз полисахаридов происходит в разбавленных растворах минеральных кислот (или под действием ферментов). При этом в макромолекулах разрываются связи, соединяющие моносахаридные звенья – гликозидные связи (аналогично гидролизу дисахаридов). Реакция гидролиза полисахаридов является обратной процессу их образования из моносахаридов.

Полный гидролиз полисахаридов приводит к образованию моносахаридов (целлюлоза, крахмал и гликоген гидролизуются до глюкозы):

При неполном гидролизе образуются олигосахариды (в том числе, дисахариды).

Способность полисахаридов к гидролизу увеличивается в ряду:

Образование производных

Образование производных (главным образом, сложных и простых эфиров) полисахаридов происходит в результате реакций по спиртовым ОН-группам, содержащимся в каждом структурном звене (3 группы ОН на одно моносахаридное звено): [С₆Н₇О₂(ОН)₃]_n.

Различия в строении и свойствах крахмала и целлюлозы

1. Содержат остатки разных форм циклической глюкозы:

крахмал – остатки α–глюкозы;

целлюлоза – остатки β-глюкозы.

2. Содержат разное число структурных звеньев – остатков глюкозы:

крахмал – до нескольких тысяч (М_r – до 1 млн);

целлюлоза – до 40 тыс. (М_r – до 20 млн).

3. Между остатками глюкозы образуются различные связи:

в крахмале – α–1,4- и α–1,6-гликозидные связи;

в целлюлозе — β-1,4-гликозидные связи.

4. Макромолекулы имеют различную структуру:

крахмал – разветвленные и неразветвленные молекулы, компактно свернутые;

целлюлоза – только неразветвленные молекулы, имеют вид нитей, так как форма остатков β-глюкозы исключает спирализацию.

5. Характер межмолекулярных взаимодействий:

в крахмале макромолекулы имеют компактную форму, водородные связи между ними почти не образуются;

в целлюлозе между молекулами нитевидной формы образуются очень прочные водородные связи (в которых участвуют свободные гидроксильные группы), нити объединяться в пучки, пучки в волокна. Поэтому в воде, спирте, эфире целлюлоза не растворяется и не набухает, как крахмал.

6. Как пищевой продукт:

Крахмал – продукт питания, так как в организмах человека и животных есть ферменты, расщепляющие α–1,4- и α–1,6-гликозидные связи.

Целлюлоза не является продуктом питания человека и большинства животных, так как в их организмах нет ферментов, расщепляющих более прочные β-1,4-гликозидные связи.

Жвачные животные и кролики способны усваивать целлюлозу при посредстве содержащихся в их организме бактерий.

Углеводы состоят из атомов трёх химических элементов. И их можно представить общей формулой Сn(H2O)m, где n и m равны трём и более. Из формулы видно, углеводы состоят из углерода, а соотношение водорода и кислорода в молекулах углеводов (2:1) такое же, как и в молекуле воды. Из — за такой особенности строения молекул углеводы и получили своё название. Правда, существуют углеводы с иным соотношением элементов, а некоторые могут содержать атомы азота, серы или фосфора.

Вопрос 2. Какие продукты питания имеют сладкий вкус? Как вы думаете, почему?

Сахар, молоко, рис, пшеница, финики, кленовый сироп, солодковый корень и многие другие продукты имеют сладкий вкус, потому что в них присутствуют углеводы.

Вопрос 3. В результате какого процесса на Земле образуются углеводы?

Углеводы образуются в процессе фотосинтеза — уникального биологического процесса превращения в сахара неорганических веществ — оксида углерода (IV) и воды, происходящего при участии хлорофилла за счёт солнечной энергии.

Вопрос 4. Какой состав имеют молекулы углеводов? Приведите общую химическую формулу углеводов. Возможны ли исключения?

Молекулы углеводов состоят из атомов углерода, водорода и кислорода, причем соотношение водорода и кислорода в них 2:1, как в молекуле воды.

Углеводы, или сахара, имеют следующую общую формулу (СН2О)n и Сn(H2О)m, хотя эти соотношения не всегда строго выполняются (например, рибоза имеет состав С5Н10О5, а в молекуле похожей на неё дезоксирибозы на один атом кислорода меньше: С5Н10О4).

Вопрос 5. Какие моносахариды имеют наибольшее значение в природе и почему?

Среди моносахаридов наибольшее значение для клетки имеют пятиуглеродные рибоза и дезоксирибоза, входящие в состав нуклеотидов и нуклеиновых кислот, и рибулоза, к которой присоединяется углекислый газ в процессе фотосинтеза. Также для живых организмов весьма важны и некоторые шестиуглеродные сахара, такие, как глюкоза — основной источник энергии у человека и многих животных, фруктоза и галактоза, содержащиеся соответственно в продуктах растительного происхождения и в молоке млекопитающих. Поскольку глюкоза необходима для нормального функционирования нервной ткани, её содержание в крови человека и других животных поддерживается на постоянном уровне.

Трёхуглеродные сахара (глицериновый альдегид и др.) образуются в качестве промежуточных продуктов в различных процессах обмена веществ и необходимы, например, для синтеза липидов.

Вопрос 6. Почему даже здоровым людям важно контролировать уровень глюкозы в крови? Для кого это жизненно необходимо?

В нервных клетках мало собственных запасов питательных веществ, поэтому даже кратковременное прекращение поступление к ним глюкозы приводит к нарушению работы этих клеток или даже к их гибели. Следовательно, поддержание нормального уровня глюкозы в крови жизненно важно. Снижение уровня глюкозы в крови ниже 3,3 ммоль/л (гипогликемия) чревато нарушением работоспособности всех органов, и в первую очередь головного мозга. Возникает выраженная слабость, чувство голода, головокружение, тремор конечностей, спутанность сознания. В таком состоянии человек теряет работоспособность. При прогрессировании гипогликемии может развиться гипогликемическая кома. Повышение уровня глюкозы более 5,5 ммоль/л (гипергликемия) на короткий промежуток времени возникает как физиологическое состояние после приема пищи, особенно богатой углеводами. Кратковременное повышение сахара в крови ничем страшным для организма человека не грозит, а вот постоянное повышение уровня сахара в крови, которое наблюдается при сахарном диабете, чревато для организма многими осложнениями (ангиопатия, нефропатия, ретинопатия и другие).

Контроль уровня глюкозы в крови жизненно необходим диабетикам.

Вопрос 7. Какова роль (функции) полисахаридов в природе и жизни человека?

Линейный полисахарид целлюлоза (или клетчатка) образует стенки растительных клеток.

Хитин является структурным элементом многих защитных образований. Так, хитин составляет основу наружного скелета членистоногих и ряда других беспозвоночных, а также входит в состав клеточных стенок грибов и некоторых зелёных водорослей. Комплексы хитина с белками, пигментами и солями кальция представляют собой достаточно прочные высокоупорядоченные надмолекулярные структуры, которые не растворяются в воде.

Основной запасной растительный полисахарид крахмал и основной запасной полисахарид грибов и животных гликоген.

Таким образом, углеводы в живых организмах выполняют структурную и защитную (целлюлоза, хитин), запасную (гликоген, крахмал) и энергетическую (моно — , ди — и полисахариды) функции.

Вопрос 8. Напишите формулу четырёхуглеродного сахара (тетрозы).

Общая формула тетрозы — C4(H2O)4, или C4H8O4.

Вопрос 9. На основе текста параграфа и анализа иллюстраций составьте схему, отражающую классификацию углеводов, исходя из их структурных особенностей.

Вопрос 10. Составьте сравнительную таблицу горения органических веществ и их биологического окисления.

Вопрос 11. Посчитайте, сколько молекул кислорода потребуется для полного окисления молекулы сахарозы (С12Н22О11) и лауриловой (додекановой) жирной кислоты (С12Н2402). Напишите уравнения обеих реакций.

С12Н22О11 + 12 O2 = 12 СО2 + 11 Н2О для полного окисления сахарозы понадобится 12 молекул кислорода.

С12Н24О2 + 17 O2 = 12 СО2 + 12 Н2О для полного окисления лауриловой жирной кислоты понадобится 17 молекул кислорода.

Вопрос 12. Определите, сколько мономеров (С6Н10О5)n, т. е. чему равно число n в молекулярной формуле следующих полимеров:

а) хлопкового волокна (Mr = 1 750 000);

1) найдем относительную молекулярную массу одного звена:

Mr (С6Н10О5) = 6•12 + 1•10 + 5•16 = 162

1) найдем количество звеньев в волокне по формуле:

Ответ: число n в молекулярной формуле хлопкового волокна с Mr = 1 750 000 равно 10802, поэтому можно записать формулу хлопкового волокна — (С6Н10О5)10802.

б) льняного волокна (Mr = 5 900 000).

Зная относительную молекулярную массу одного звена С6Н10О5 из предыдущей задачи, можно сразу рассчитать количество звеньев в волокне.

Ответ: число n в молекулярной формуле льняного волокна с Mr = 5 900 000 равно 36420, формула льняного волокна — (С6Н10О5)36420.

Вопрос 13. Почему в клетках в качестве запасных углеводов откладываются полисахариды (крахмал и гликоген), а не моносахарид глюкоза?

В отличие от глюкозы гликоген, как и другие полисахариды, практически нерастворим в воде. Следовательно, он хранится в клетках в твёрдом, компактном состоянии (не занимает "лишний" объём) и не влияет на процессы осмоса (не повышает осмотическое давление внутриклеточного содержимого).

Кроме того, в сравнении с моносахаридами полисахариды химически более инертны (не обладают столь высокой реакционной способностью как, например, глюкоза), а значит, гликоген не оказывает существенного химического воздействия на процессы обмена веществ в клетках.

Падают надои молока (у молочных пород) и привес (у мясных пород) не только после приема антибиотиков, но и до, т.к. болезнь поражает те или иные органы КРС, которые, в свою очередь, ослабляют свои функции.

Целью применения антибиотиков и является уничтожение болезнетворного фактора (угнетают токсины, образованные бактериями), нормализация бактериального состава кишечника. В результате нормализуется обмен веществ, усиливается иммунитет, повышается усвояемость кормов. Если антибиотики не применять, то заболевание может перейти в хроническую форму и привести к гибели организма. В то же время после лечения и выздоровления органы и ткани могут некоторое время восстанавливаться (это естественный процесс), но, бывает, могут частично или полностью утратить свои функции (это зависит от возбудителя заболевания, своевременного лечения, степени поражения, выбора антибиотика и т.д.). Поэтому после лечения крупного рогатого скота антибиотиками падают надои молока (у молочных пород) и привес (у мясных пород).

Цель: показать наличие углеводов в биологических объектах. Оборудование: штатив с пробирками, пипетки ёмкостью 1 мл, водяная баня. Реактивы: холодная вода со льдом, 1 % — ный раствор крахмала, 1 % — ный раствор йода в иодиде калия (раствор Люголя).

Ход работы:

1. К 10—12 каплям 1 % — ного раствора крахмала прибавьте каплю раствора Люголя. Запишите результат.

Наблюдается образования раствора синего цвета. Этот опыт доказывает, что качественной реакцией на крахмал является его взаимодействие с йодом.

2. Осторожно нагрейте раствор на водяной бане (100°С). Отметьте, что произошло с раствором. Запишите результат.

Если полученный раствор синего цвета нагреть, то синий цвет исчезнет.

3. Аккуратно поставьте пробирку в холодную воду со льдом. Что происходит с раствором по мере его охлаждения?

По мере охлаждения раствор вновь становится синим.

Сделайте вывод. Объясните сущность наблюдаемых процессов.

Наличие углеводов в биологических объектах можно доказать с помощью р — ра Люголя. Это качественная реакция. При добавлении р — ра Люголя в крахмальный раствор, происходит контакт двух веществ. Происходит реакция включения — молекулы йода встраиваются в кристаллическую структуру молекул крахмала. Изменяется цвет.

Все сложные органические вещества делят на 4 группы: полинуклеотиды, жиры, белки, углеводы. К последнему классу относятся полисахариды. Сладость в названии полисахариды не предполагает у большинства из них кулинарное предназначение. Важно понять, какими свойствами – химическими и физическими – обладают эти полигликозы.

Химические свойства полисахаридов

Полисахариды – это сложные молекулярные углеводы, что образуются из остатков моносахаридов, объединенных гликозидной связью. Полисахариды, или гликаны (полигликозаны) продуцируются животными, растениями, человеком. Полигликозиды, или полиацеталии бывают линейными и разветвленными.

Классификация полисахаридов предусматривает подразделение на олигосахариды и полиозиды. Под воздействием высоких температур в кислотной среде осуществляется гидролиз полисахаридов. Появляются олигосахариды вместе с дисахаридами при неполном процессе. При полном – исходные моносахариды, а также их производные. Среди химических свойств этого класса углеводов отмечают:

слабые восстановительные свойства полисахаридов;
устойчивые свойства к действию щелочей;
возможность получать сложные эфиры.

По химической природе среди полисахаридов отмечают гомополисахариды и гетерополисахариды. К широко распространенным представителям гомополисахаридов, состоящих из моновеществ одного вида, относят клетчатку (целлюлозу), крахмал, гликоген. У общей формулы полисахаридов следующий вид: (С6Н10О5)n.

К гетерополисахаридам, или гликозаминогликанам, включающим моносахариды различного типа, относятся хондроитин сульфаты, гепарин, инулин, пектины, камеди.

По функциональному назначению углеводы классифицируют на:

структурные полисахариды: хитин, целлюлоза;
резервные: животный гликоген, растительный крахмал.

По кислотности среди полиозов отмечают:

Кислые сахара: кислоты – галактуроновая, глюкуроновая, маннуроновая. К представителям относятся пектины, ксантан, альгинаты.
Нейтральные полигликозы: ксиланы, β-глюканы, маннаны.

Какова роль полиголозидов? Функции полисахаридов разнообразны:

Роль	Примеры полисахаридов	Предназначение
Запасная	Крахмал, слизи, гликоген	Аккумулирование гликанов в тканях
Энергетическая	Инулин, гликоген, альгиновые кислоты, крахмал	Снабжение человеческого организма биоэнергией
Опорная	Хондроитинсульфат, целлюлоза	Основа костных тканей, целлюлоза необходима при стеблеобразовании
Структурная	Хитин, клетчатка, гиалуроновая кислота	В составе межклеточной субстанции, цементирующие свойства
Конфакторная	Гепарин, искусственные аналоги	Уменьшение свертываемости крови
Защитная	Гепарин, камеди, гиалуроновая кислота	Формирование смазки на клеточной поверхности: желудка, пищевода, трахеи, суставов. Защитные свойства от механических микроповреждений при трении либо вибрации извне, а также проникновения патогенных микроорганизмов.
Гидроосматическая	Кислые гетерополимеры, в том числе мукополисахариды	Свойство удержания катионов и жидкости в клетке, создание барьера при влагонакоплении в пространстве между клетками

Частично выработка гликана осуществляется в эпидермисе человека, что замедляет возрастные изменения. Отсюда активное применение в косметологической промышленности полисахаридов.

Физические свойства полисахаридов

Вид полиголосахаридов обуславливает физические свойства. Большинство веществ отличается:

белой окраской;
формой порошка;
большой молекулярной массой;
нерастворимостью в спиртах.

Растворимость в воде гликанов видоизменяется. Хитин и клетчатка – полиозиды, которые не растворимы в воде, но разбухают. Вещества агар-агар, пектины, альгиновые кислоты при реакции с водой образуют гели. Получают коллоидные растворы, если активные компоненты – слизи, арабин, амилоза, пектовые кислоты.

Отличие и применение наиболее популярных видов

Полезно понять, какие вещества в составе полисахаридов.

Крахмал

Включает смесь амилопектина (80 %) и амилозы (20 %). Форма молекул амилозы – спираль, в 1 витке насчитывается 6 остатков моносахарида. В структуре амилопектина – ответвления.
Этот многокомпонентный углевод синтезируется в растениях в ходе фотосинтеза и запасается в семенах, клубнях либо корешках, злаковых зернах, луковицах.
Характерные свойства биополимера:

белый окрас вещества;
порошковидная форма;
мягкая структура;
скрипение при растирании;
отсутствие вкуса и запаха.

При разведении вещества холодной водой выпадает осадок. Если нагревают раствор и равномерно помешивают, осуществляется набухание массы, превращение вещества в киселеобразное состояние.
Источники вещества:

корнеплоды: картофель;
бобовые: горох, фасоль, чечевица;
зерновые: рис, кукуруза, овес, пшеница, ячмень.

Чтобы определить присутствие крахмала в продуктах, пользуются йодом: придает этому полисахариду синий оттенок.

Пищевой продукт ценится благодаря усвояемости и насыщению организма энергией. Вещество применяется в быту для подкрахмаливания одежды, наклеивания обоев, в качестве детской присыпки. В пищевой индустрии из него получают патоку, глюкозу, этиловый спирт. Производство колбасных изделий, кетчупа, майонеза не обходится без крахмала. Он востребован в текстильной и бумажно-целлюлозной промышленности, фармакологии.

Гликоген

В составе полисахаридов — это крахмал животного происхождения. Вещество обладает ветвистой структурой, походит на амилопектин, однако в цепи гликогена насчитывается до 12 звеньев. Молекулярная масса вещества достигает 100 млн у. е. Запасной углевод встречается у человека, животных, отдельных бактерий, грибов, дрожжей. Печень и мышцы содержат до 5 и 2 % соответственно. Основное свойство гликогена — поставлять в кровь глюкозу.

Клетчатка растительная целлюлоза

Для представителя гликанов характерна прочность и эластичность. Составляющая полисахариды — нерастворимая клетчатка формирует скелет растений. Растительные волокна представляют собой пучок удлиненных нитей из фрагментов глюкозы, которые соединяются водородными связями. Особенность этого инертного вещества, не обладающего цветом и запахом, – волокнистое образование, нерастворимость в нейтральной среде. Вещество растворяется в реактиве Швейцера – аммиачном растворе Cu(ОН)2.

Полисахарид целлюлоза в организме человека впитывает воду и облегчает продвижение отходов по толстому кишечнику. В продуктах питания – это капуста (белокочанная, брюссельская, брокколи). Сюда входят отруби, яблоки, огуречная кожура, морковь. Целлюлоза используется для домашнего скота – коров, коней – как питательный ингредиент.

Растворимая клетчатка – содержимое растительных клеток в виде студня, что входит в овес, фруктовые, бобовые культуры. Свойство вещества — при контакте с жидкостью становится гелеобразным элементом. Перевариваемая клетчатка не насыщает энергией, но придает ощущение сытости, предохраняет от перепадов глюкозы в крови. Проникая в толстый кишечник, это вещество расщепляется полезными микроорганизмами, вырабатывает кислоты – масляную, уксусную. Полисахарид служит натуральным пребиотиком, его свойства отвечают за поддержку кислотного равновесия пищеварения.

Среди растворимой клетчатки отмечают вещества инулин, пектины, камеди, слизи, гиалуроновую кислоту. У каждого компонента свои характеристики и свойства.

Гепарин

Вещество относится к структурным элементам внутренней оболочки кровеносных сосудов. Накапливается в печени, легких, мышцах. Предохраняет от гемокоагуляции (свертывания крови) человека и животного. У аморфного порошка белый окрас. Состоит из фрагментов идуроновой и глюкуроновой кислоты, глюкозамина, что соединяются в цепочку при помощи α-гликозидной связи. Вес молекулы гепарина равняется 20 000 у.е. Она насчитывает не одну полисахаридную цепь, которая связывается с ядром белка. Длина цепей варьируется в диапазоне 3000–40000 Da. В лекарствах составляет 12000–16000 Да.

Химические свойства гетерополисахарида:

синтезируется в тучных клетках (базофилах) человека и животных;
растворяется в воде;
сохраняется при нагревании.

Требуется в организме человека для снижения холестерина в крови, уменьшения АД. Локализуется в печени (на 1 кг веса – 1000 мг). Форма выпуска средства – раствор для инъекций и мазь для наружного применения. Ему присущи антикоагулянтные свойства.

В лечении применяется:

для профилактики и терапии тромбоэмболии;
при оперативном вмешательстве на сосудах и сердце для предотвращения образования кровяных сгустков в оборудовании для гемодиализа и искусственного кровотока;
при анализе крови в медицинских лабораториях;
в гематологии при гемотрансфузии (переливании крови).

Пектины

Открытие датируется 1825 годом. В переводе с греческого pectos означает скрутившийся, застывший. К важнейшим мономерам пектинов относят α-галактуроновую кислоту.

Желирующие и клейкие свойства вещества используются в кулинарии. Высоко их содержание в растительном сырье, фруктах. Выпускается в жидкой и порошкообразной форме. Е440 – так маркируют пектин в продуктах.

Для получения этого средства необходим фруктовый либо свекольный жмых. Добавка для консервирования в ответе за срок хранения заготовки.

Отличают пектиновые вещества с различными степенями этерификации:

высокой – больше 50 %;
низкой – меньше 50 %.

В человеческий организм пектиновые соединения проникают с продуктами питания растительного происхождения.

Пектин вырабатывается в большем количестве во фруктах и овощах при засухе и жаре.

Биологическая роль полисахарида:

очистка организма;
сохранение бактериального паритета;
омолаживающие свойства;
нормализация обменных процессов;
улучшение гемодинамики и полезной микрофлоры ЖКТ.

Медики полагают: пектиновые медпрепараты помогают оздоровить человека. 15 г ежедневно – норма потребления. Их свойства ценятся в диетпитании: сжигают жир. Поглощение 25 г этого гетерополисахарида из цельных яблок приводит к потере в сутки 300 г жира.

Кондитерские изделия не обходятся без загустителя. Желирующая добавка – составляющая большинства кремов в косметологии. Ценность вещества заключается в следующих свойствах:

разглаживание морщинок;
повышение впитываемости компонентов в кожный покров;
отбеливающее свойство — воздействие на эпидермис;
защита от УФ-излучения.

Хитин

Свойства хитина используются, чтобы усилить аромат и вкус пищевых продуктов. Востребован в качестве консерванта, улучшает вид еды.

Терапевтические свойства полисахарида:

защита от радиации;
усиливают свойства медпрепаратов, которые снижают свертываемость и разжижают кровь;
блокировка развития новообразований;
повышение иммунитета;
профилактика сердечно-сосудистых патологий – инсультов, инфарктов;
стимуляция роста бифидобактерий;
восстановление тканей и органов.

Области применения полисахаридов

Со средины прошлого столетия полигликозаны выпускают для пищевой отрасли и фармакологии. Но ценные свойства полисахаридов нашли применение в других сферах производства:

на химзаводах;
на текстильных фабриках при изготовлении искусственных материалов;
в гидрометаллургической и микробиологической промышленности;
при добыче нефти и газа;
в ядерной энергетике.

Индустрию красоты трудно представить без полисахаридов — гиалуроновой кислоты и инъекционных методов: мизотерапии, биоревитализации, контурной пластики, редермализации, биоармирования.

Использование в области здравоохранения

Ценятся природные соединения полисахаридов за полезные свойства:

повышают устойчивость организма к инфекциям;
борются с опухолями.

Полисахариды быстрее заживляют травмы, регенерируют ткани. К тому же уменьшают вред от побочных эффектов лекарственных средств.

Во врачебной практике использование полисахаридов помогает диагностировать сальмонеллез и кандидоз. Декстраны, что вырабатываются отдельными видами микроорганизмов, относятся к заменителям плазмы. Сульфат декстрана применяется для замены гепарина в качестве антикоагулянта. Хондроитинсульфаты входят в состав хондропротекторов, укрепляют хрящи и связки, усиливают подвижность больных суставов.

Востребованы разработки медикаментов, которые содержат хитин – соединение из группы полисахаридов, как наполнитель и действующий компонент. Выпускаются ферментативные средства пролонгированного действия, содержащие декстраны с пониженной аллергичностью. Гликаны – основа при производстве зубных паст.

Полисахариды отвечают за очищение организма от радионуклидов, токсинов. Активизируют работу ЖКТ. Инулин сокращает содержание глюкозы в крови. Показан при диабете и излишнем весе. В хирургии не обойтись без крахмала. Делают специальные повязки, присыпки, обволакивающие лекарственные препараты.

Применение в пищевой промышленности

Популярны гликаны, что добывают из бактерий. Выпуск пищевых пленок предохраняет продукцию от загрязнения, плесени, усыхания, поражения патогенными микроорганизмами. Производятся как стабилизаторы:

желе;
мороженого;
джема;
сока;
заправок для салатов;
сиропа.

Экзополисахариды улучшают качество и свойство пищевых изделий. Добавка в хлеб обеспечивает объем, предохраняет от быстрого зачерствения. Ксантан незаменим в изготовлении молочной продукции.

Полисахариды принадлежат классу органических соединений, применяемых в разных промышленных областях. Многообразие химической природы полисахаридов обуславливает широкий перечень фармакологических свойств и востребованность в косметологии.

Полисахариды – это высокомолекулярные углеводы, полимеры моносахаридов, или гликаны. Они вырабатываются как растениями, так и животными, могут быть линейными и разветвленными. Условно делятся на 2 категории: полиозы и олигосахариды. Часть гликана вырабатывается в человеческом организме преимущественно в коже для замедления возрастного старения этого органа. Поэтому он активно используется в производстве косметики.

Основные функции полисахаридов в организме человека

Функция	Полисахариды (примеры)	Особенности
ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ	Крахмал и гликоген	Накопление углеводов, обеспечение организма энергией.
ЗАПАСАЮЩАЯ	Гликоген, крахмал	Откладывание углеводов про запас, находится преимущественно в жировой ткани, формируется в клетках мышц, печени и желудка, отчасти в головном мозге.
КОФАКТОРНАЯ	Гепарин и синтетические аналоги	Являются кофакторами ферментативных соединений, отвечают за снижение свертываемости крови.
ОПОРНАЯ	Целлюлоза, хондроитинсульфат	Целлюлоза является стеблеобразующей тканью растений, а хондроитинсульфаты выполняют ту же функцию в костной ткани живых организмов.
ГИДРООСМОТИЧЕСКАЯ	Кислые гетерополисахариды	Способствуют сохранению влаги и ионов с положительным зарядом в клетках.
СТРУКТУРНАЯ	Кислые гетерополисахариды	Выполняют роль цементирующего состава, дополняют собой межклеточное вещество.
ЗАЩИТНАЯ	Кислые гетерополисахариды (в том числе мукополисахариды)	Благодаря образованию особого слоя вокруг клеток защищают ткани от различных механических воздействий, внешних вибраций, трения.

Химические свойства полисахаридов

Полисахариды считают полигликозидами и полиацеталями.

Основные химические свойства полисахаридов:

Гликозидная связь позволяет моносахаридам образовывать молекулы с другими элементами цепи.
Процесс гидролиза запускается в кислотной среде при повышенной температуре. По его завершении формируются изначальные моносахариды или их производные. При неполном процессе формируются олигосахариды и дисахариды.
Обновляющие свойства на низком уровне, стойкость к щелочному воздействию.
Используются для добычи сложных эфиров.

Перечисленные свойства позволяют использовать полисахариды в различных видах промышленности, при получении новой продукции.

Обратите внимание: Вещества имеют полностью природное возникновение, поэтому получили довольно широкое распространение. Они являются одним из основных участников процессов обмена в организмах.

Физические свойства

В зависимости от разновидности веществ их физические свойства могут отличаться. Большая часть имеет белый цвет, порошкообразную консистенцию, молекулярный вес начинается от 2 млн.

Видео

Строение преобладающего большинства – это разветвленные молекулы. Именно эти вещества при контакте с водой увеличиваются в объемах, но не растворяются. Другая группа – линейные молекулы, например амилоза, которые легко растворяются в воде.

Основная классификация полисахаридов

Полисахариды могут разделяться на несколько категорий в зависимости от числа и строения моносахаридов. Их структуру могут составлять минимум 2, максимум 20 моносахаридов.

Структурные единицы полиозов:

Группа моносахаров	Моносахара
Шестиатомные	Глюкоза, Галактоза, Фруктоза
Пятиатомные	Арабиноза, Ксилоза
Уроновые кислоты	Галактуроновая, Глюкуроновая, Маннуроновая

Есть еще 2 категории: гомополисахариды, которые состоят из одинаковых углеводных компонентов, гетерополисахариды, в состав которых входят разные звенья углеводов.

Гомополисахариды:

крахмал,
гликоген,
клетчатка,
хитин,
декстран

Гетерополисахариды:

хондроитин-сульфаты,
гепарин,
инулин,
пектины,
камеди,
слизи,
гиалуроновая кислота

Еще одна классификация по форме и виду цепи: разветвленная и линейная.

Существующие виды полисахаридов

Понять, что такое полисахариды, какие функции они выполняют в жизни, можно на примере простых и доступных многим веществ.

Видео

Крахмал

Это вещество состоит на 80 % из амилопектина и оставшихся 20 % из амилозы. Добывают его из клубней, зерен, семян, корней. Крахмал – это вещество по типу порошка белого цвета, мягкого и приятного на ощупь, характеризующееся наличием поскрипывания при растирании в руках. При ближайшем рассмотрении можно заметить его зерноподобную структуру, которая при растворении в холодной воде оседает в виде осадков. В теплой воде при монотонном размешивании зерна крахмала увеличиваются в объемах, превращаются в киселеобразный состав.

Это интересно! Хороший гидролиз крахмала обеспечивается при добавлении в H2SO4 и нагревании смеси. В этом случае появляется α-D-глюкоза.

Получают крахмал из картофеля, зерен пшеницы. Строение молекул крахмала спиралеобразное, состоящее из шести моносахаридов. Крахмал, полученный из картофеля, является пищевым продуктом, который нашел широкое применение в кулинарии.

Видео

Гликоген

Видео

Клетчатка

Клетчатка по своей сути является целлюлозой растительного происхождения высокой прочности. Наибольшее процентное содержание клетчатки (50–70 %) содержится в сене, древесине, кукурузе.

Это интересно! Волокнистость целлюлозы обеспечивается за счет водородных связей молекул в цепочках, соединяемых в пучок. Они же дают высокую прочность веществу. Целлюлоза является инертным веществом, нерастворимым в нейтральных средах и не взаимодействующим с ферментами пищеварительного тракта.

Некоторым животным, в частности жвачным, целлюлоза необходима как балластный компонент корма. Может участвовать в процессе гидролиза и вступать в реакции для появления сложных эфиров. При взаимодействии с азотной кислотой превращается в сырье, пригодное для добычи целлулоида, разновидностей пороха и твердого топлива для ракет. По большей части древесная целлюлоза используется для производства бумаги.

Видео

Гепарин

Гепарин внешне напоминает аморфное вещество порошкового типа белого окраса. Гепарин является антикоагулянтом кислым гликозаминогликаном, содержащим серу. Структура молекул гепарина позволяет ему быть хорошо растворимым в воде веществом, устойчивым к нагреваниям. Выполняет функцию регулятора свертываемости крови, стабилизации уровня холестерина и давления.

В медицине гепарин применяется:

в качестве профилактического и терапевтического препарата для людей, склонных к тромбоэмболии;
при проведении операций на сердце и сосудах;
в лабораториях при сборе анализов крови;
при переливании крови в качестве натриевой соли.

Видео

Пектины

Пектины – это клейкие компоненты, которые используются в качестве кондитерских добавок в производстве продукции. Еще часто их называют желирующими веществами. Обычно используется в виде порошковой формы, гораздо реже в жидком состоянии. Общая формула полисахаридов пектинов, промышленное обозначение Е440. Добывают пектины из фруктового, свекольного или другого жмыха. Они являются прекрасной добавкой для консервирования, способной увеличить срок хранения закупорки. В организм человека пектины попадают вместе с овощами, фруктами, выполняют функцию нормализации обмена веществ и гемодинамики, омоложения, выравнивания бактериального баланса.

Обратите внимание: Регулярное употребление пектиновых препаратов дает 2 положительных эффекта для человеческого организма – это его оздоровление и сжигание жира. При попадании в организм 25 г пектина из яблок сжигается около 300 г жира ежедневно.

Пектины являются составляющим компонентом в косметологии, используются как загуститель в различных кремах, разглаживающих морщины, средствах, тонизирующих кожу, отбеливающих и защищающих от ультрафиолета.

Видео

Хитин

Хитин – это компонент, без которого не продержится скелет ракообразных и насекомых. Также его можно найти в клетках пивных дрожжей и различных грибов. Хитин способен в несколько раз увеличить запах продукта и вкус готового блюда, внешне его преобразовать и улучшить. В кулинарии также используется как консервант, входит в состав пищевых добавок.

Хитин используется в медицине благодаря многообразию терапевтических свойств, таких как:

предотвращение распространения опухолевых клеток;
защитная функция клеток и тканей от радиации;
укрепление и повышение защитных сил организма;
профилактическая мера инсультов, инфарктов;
увеличение количества бифидобактерий;
запуск процессов обновления тканей;
усиление действия препаратов, используемых для снижения свертываемости и разжижения крови.

Видео

Использование в различных отраслях

Полисахариды в настоящем XXI веке нашли обширное применение в различных отраслях промышленности, в том числе:

в пищевой отрасли;
в химической, фармацевтической сфере, медицине;
на текстильных фабриках;
в металлургии;
на предприятиях по добыче и переработке газа и нефти.

Медицинская сфера и фармакология

Природные полимеры гликаны отличаются несколькими качествами, среди них:

повышение защитных сил организма, стойкости к различным инфекциям;
активное противостояние образованию опухолей;
ускорение процессов регенерации клеток и тканей, ранозаживления;
исключение или минимизация побочных воздействий лекарственных препаратов.

Видео

В медицинской сфере находят следующее применение:

используются как составляющие вещества специальных препаратов, позволяющих определить в организме человека наличие кандидоза или сальмонеллеза;
декстраны, которые вырабатываются определенными бактериями, выступают в медицине плазмозаменителями; сульфат декстрана является альтернативой гепарину как антикоагулянт;
хитин используется в качестве основного компонента и наполнителя различных медикаментов;
используются как ферментативные средства с длительным действием на основе декстрана с низкой аллергичностью;
гликаны входят в состав различных паст высокого качества для чистки зубов.

Пищевая промышленность

Особую популярность полисахариды, добытые из бактерий, обрели в изготовлении прозрачных защитных пленок. Они используются для защиты продуктов питания от высыхания, заражения их бактериями и попадания грязи.

Видео

Ксантин становится основным участником процесса производства кисломолочной продукции. Экзополисахариды используются для улучшения качества мучных и хлебобулочных изделий, они позволяют увеличивать их объемы и уменьшать зачерствение.

Промышленность и инновации

Различные примеры полисахаридов можно активно использовать в инновационных и промышленных направлениях:

Принимают активное участие вещества в синтезе ядерного топлива.
Гликаны, получаемые из определенных видов бактерий, отличаются повышенной степенью вязкости, поэтому часто входят в состав клеящих веществ. Служат прекрасной альтернативой дорогим склеивающим ингредиентам, совершенно не уступая им по качеству.
Агаразаменители – это участники синтеза веществ для фотопленок.
Часто на нефтегазоперерабатывающих заводах используются такие продукты, как стабилизаторы и жидкость для очистки различных механизмов для бурения скважин. Они производятся на основе молекул гликанов.

Промышленность не стоит на месте, продолжаются научные исследования для поиска, выявления новых качеств, характеристик и свойств молекул моносахаридов с цепи. Они могут быть полезны для развития инновационной отрасли, микробиологической и биологической сферы.

Видео

Гидролиз полисахаридов

При химической реакции взаимодействия полисахаридов с водой образуются производные сложные и простые эфиры. Гидролиз полисахаридов – это довольно распространенный процесс, который используется в различных сферах промышленности, таких как:

производство этилового спирта;
добыча молочной кислоты;
образование лимонной и масляной кислот;
получение бутанола и других многоатомных спиртов;
создание ацетона;
выработка крахмала и глюкозы.

При полном гидролизе осуществляется процесс растворения крахмала, находящегося в составе различных культур, на более простые сахара. Аналогичное действие происходит и с целлюлозой. При неполном гидролизе в результате образуются олигосахариды, в том числе и те, которые могут состоять всего из двух моносахаридов.

Читайте также: