Полисахариды нахождение в природе кратко

Обновлено: 02.07.2024

Полисахариды – это полимерные углеводы, молекулы которых построены из моносахаридных остатков, соединенных гликозидными связями. Это отдельная группа сложных высокомолекулярных углеводов, которые состоят из множества моносахаридов. Основными представителями данного класса являются два компонента – крахмал и целлюлоза. Данные вещества встречаются в природе, они входят в состав растений, овощей, фруктов, также их получают химическим путем в результате проведения многочисленных опытов и исследований. Они используются в разных областях промышленности при производстве разных изделий, вещей, одежды, продуктов и многого другого. Но все же стоит рассмотреть полную характеристику, химическое строение и другие важные особенности.

Химические свойства

Первым делом стоит рассмотреть химические свойства полисахаридов. Данные компоненты относятся к сложным высокомолекулярным углеводам, они являются полигликозидами, или, другими словами, полиацеталями. Моносахариды связываются в молекулу при помощи гликозидных связей с рядом стоящими структурными элементами цепочки. В кислотной среде под влиянием высокотемпературного режима происходит процесс гидролиза. При полном процессе образуются исходные моносахариды (возможно, их производные). При неполном – олигосахариды, включая дисахариды.

Восстановительные свойства у данного класса углеводов достаточно слабые. Они устойчивы к воздействию щелочей. Вещества обладают уникальной способностью, которую применяют для получения сложных эфиров. Среди основных представителей класса полисахаридов можно выделить крахмал, целлюлозу (клетчатку), гликоген. Общая формула полисахаридов, которая применяется для обозначения данных компонентов – (С6Н10О5)n.

Полисахариды являются распространенной группой веществ, которые имеют природное происхождение. Вырабатываются они растениями и в тканях человека, животных. Это указывает на их активное участие в обменных процессах.

Физические свойства

Полисахариды имеют важные физические свойства, которые стоит внимательно изучить. Большинство компонентов, которые относятся к этому классу, имеют форму порошка, окраска у них белая. Они обладают огромной молекулярной массой, которая может составлять от двух и более миллионов.

Крахмал и целлюлоза имеют вид разветвленных молекул. Они набухают, но не способны растворяться в холодной воде. В отличие от них амилозы (молекулы линейного вида) способны легко растворяться в нейтральной водной среде.

Функции в организме (таблица)

Что такое полисахариды мы рассмотрели, но теперь стоит выяснить, какое значение углеводы имеют для организма человека. Ниже имеется таблица с основными функциями данных элементов.

Классификация по числу и строению моносахаридных остатков

В структуре полиозов от двух до двадцати моносахаридов в двух разных формах – пиранозной или фуранозной.

Ниже имеется таблица со структурными единицами полиозов.

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

Различаются гомогликаны (они имеют другое название – гомополисахариды), они имеют в составе цепочки идентичные углеводные составляющие. И, соответственно, если звенья углеводов разные, то элемент получает название гетерополисахарида.

Название группы	Составляющие
Гомополисахариды (или гомополимеры)	Крахмал
	Гликоген
	Клетчатка
	Хитин
	Декстран
Гетерополисахариды (или гетерополимеры)	Хондроитин-сульфаты
	Гепарин
	Инулин
	Пектины
	Камеди
	Слизи
	Гиалуроновая кислота

Основные представители полисахаридов

Существуют разнообразные вещества, которые относятся к группе полисахаридов. Многие из них присутствуют в природе (в растениях, фруктах, овощах, плодах), имеются в организме человека, также их получают при проведении различных химических опытов.

Крахмал

В составе этого компонента присутствует примерно 20% амилозы и 80% амилопектина. Он относится к основному продукту жизнедеятельности организмов растительного происхождения. Наибольшее количество данного вещества наблюдается в составе зерен злаков, корней/клубней или семян.

Элемент имеет порошкообразный вид с белой окраской. Он имеет мягкую структуру, во время растирания наблюдается характерное поскрипывание. При исследовании крахмала под микроскопом прослеживается зернообразная структура. При помещении в холодную жидкость образуется осадок. При нагревании воды и равномерном помешивании зерна набухают, затем образуется масса с киселеобразной консистенцией.

Основное качество элемента состоит в том, что он способен хорошо гидролизоваться во время нагревания в растворе H2SO4. В результате образуется α-D-глюкоза. Растительные источники крахмала – картофель (до 20%), пшеница. Для выявления крахмала в области химии применяют реакцию с йодом. Обычно образуется сине-фиолетовая окраска раствора или пятно такого же цвета.

Гликоген

Этот компонент является животным аналогом крахмала. Он имеет разветвленную структуру и похож на амилопектин, но гликоген обладает большим количеством звеньев в цепочке (до 12). Масса молекулы гликогена может быть 100 млн у. е.

Во время проведения исследований гликоген извлекают из живых клеток при помощи горячей щелочи NaOH, а осаждение осуществляют спиртовым раствором. После этого он гидролизуется в растворе разбавленной серной кислотой.

Клетчатка (растительная целлюлоза)

Высокая прочность обеспечивается за счет присутствия водородных связей в цепочках, которые могут объединяться в виде пучка. Именно таким образом происходит формирование волокнистости. Элемент инертный, он не растворяется в нейтральных средах, не поддается влиянию ферментов пищеварительных органов. Целлюлоза применяется для многих домашних животных (коров, коней) в качестве питательного элемента.

Гепарин

Он считается аморфным элементом, который имеет порошкообразную структуру и белую окраску. В составе гепарина содержится D‑глюкозамин и D-глюкуроновая кислота, данные компоненты соединены в цепочку за счет α-гликозидной связи. Масса молекулы гепарина составляет около 20 млн у. е. Кислый гликозаминогликан имеет в основе серу. В научных целях элемент был введен из печени. Относится к антикоагулянтам.

Способен хорошо растворяться в воде, во время нагревания не распадается. Биологическая функция гепарина в организме человека состоит в регулировании свертываемости крови. Этот элемент снижает содержание холестерина, нормализует давление.

Пектины

Это клейкие вещества, которые активно применяются в области кулинарии в качестве кондитерской добавки. Также они имеют другое название – желирующие. Элементы имеются в составе фруктов, растительного сырья. В основном применяется порошок пектина, в редких случаях может использоваться жидкая форма.

В организм человека пектины поступают вместе с продуктами растительного происхождения. Они производят полное очищение всех систем организма, при этом сохраняя бактериальный баланс. А также оказывают омолаживающее воздействие, нормализуют обмен веществ, улучшают состояние гемодинамики. Врачи утверждают, что использование пектиновых лекарственных средств способствует усиленному оздоровлению организма человека. Норма потребления – около 15 граммов в сутки.

Хитин

Хитин – основа скелета насекомых, представителей ракообразных, он содержится в структуре дрожжевых бактерий, разных типов грибов. Это вещество применяется для усиления вкуса и аромата продуктов, еды.

Хитин имеет разнообразные терапевтические качества:

предотвращает развитие опухолевых клеточных структур,
защищает ткани от радиоактивного воздействия,
усиливает воздействие лекарственных препаратов, которые направлены на снижение свертываемости и разжижение крови,
повышает иммунную систему,
можно использовать в составе профилактической терапии инфарктов, инсультов,
усиливает рост бифидобактерий, запускает процесс регенерации.

Области применения полисахаридов

Еще в середине 20 века полисахариды стали широко производить для пищевой промышленности и производства лекарственных средств. Но постепенно их стали использовать в других не менее важных областях.

Использование в области здравоохранения

Зачастую в медицинской практике полисахариды используются в качестве диагностических препаратов при обнаружении кандидозов и сальмонеллезов. Декстраны, которые вырабатываются некоторыми бактериями, являются плазмозаменителями. Сульфат декстрана заменяет гепарин как антикоагулянт. Особой популярностью пользуются препараты, которые имеют в основе хитин. Также хитин применяется при производстве наполнителей и основ различных лекарственных средств. В последнее время стали изготавливаться ферментативные лекарства с пролонгированным действием, которые имеют в составе декстраны. Гликаны являются активным компонентами, которые используются для изготовления высококачественных зубных паст.

Применение в пищевой промышленности

Полисахариды, которые получают из бактерий, применяются для изготовления пищевых пленок. Они предотвращают высыхание продуктов, противостоят попаданию на них грязи, стабилизируют мороженую массу, соки, заправки, сиропы. Ксантин широко используется при изготовлении кисломолочной продукции. Для повышения качества хлебобулочных изделий на производстве добавляются экзополисахариды, они делают хлеб более пышным и мягким. Полисахариды имеют важное значение для биологии в целом. Они принимают участие в важных процессах, оказывают влияние на работу организмов живых существ, способствуют полноценному синтезу питательных веществ в растениях. Кроме этого, данные элементы активно применяются в разных областях промышленности, из них производят пищевые продукты, препараты, химические вещества и растворы, бумагу и другие элементы.

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.

Перечень вопросов, рассматриваемых в теме: урок посвящён полисахаридам, их строению, свойствам, знакомству с самыми распространёнными полисахаридами: крахмалом и целлюлозой, их структурой, свойствами, нахождением в природе и ролью в жизни человека.

Полисахариды – это высокомолекулярные углеводы, состоящие из большого числа молекул моносахаридов.

Реакция поликонденсации – процесс образования макромолекул, в котором выделяется низкомолекулярный побочный продукт.

Крахмал – продукт поликонденсации молекул альфа-глюкозы.

Целлюлоза – продукт поликонденсации молекул бета-глюкозы.

Реакция этерификации – процесс взаимодействия органического соединения, содержащего спиртовые функциональные группы, с кислотой, в результате которого образуется сложный эфир и вода.

Амилоза – линейные макромолекулы, состоящие из остатков альфа-глюкозы, входят в состав крахмала.

Амилопектин – разветвлённые макромолекулы, состоящие из остатков альфа-глюкозы, входят в состав крахмала.

Ацетатное волокно – искусственное волокно, получаемое на основе триацетата целлюлозы.

Основная литература: Рудзитис, Г. Е., Фельдман, Ф. Г. Химия. 10 класс. Базовый уровень; учебник/ Г. Е. Рудзитис, Ф. Г, Фельдман – М.: Просвещение, 2018. – 224 с.

Дополнительная литература:

2. Рудзитис, Г.Е. Химия. 10 класс : учебное пособие для общеобразовательных организаций. Углублённый уровень / Г.Е. Рудзитис, Ф.Г. Фельдман. – М. : Просвещение. – 2018. – 352 с.

Открытые электронные ресурсы:

ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОГО ИЗУЧЕНИЯ

Полисахариды – это высокомолекулярные углеводы, состоящие из большого числа молекул моносахаридов.

Картофельный и кукурузный крахмал, гликоген, целлюлоза, входящая в состав древесины и хлопка, хитин, из которого построены панцири насекомых – это всё полисахариды.

Образование молекул полисахаридов

Крахмал состоит из макромолекул, которые образованы большим количеством молекул альфа-глюкозы.

При соединении двух молекул альфа-глюкозы образуется побочный продукт – молекула воды.

Реакция образования макромолекул, в которой выделяется низкомолекулярный побочный продукт, называется реакцией поликонденсации.

В результате реакции поликонденсации из молекул альфа-глюкозы: могут образовываться линейные макромолекулы.

Линейная макромолекула, образованная из молекул альфа-глюкозы, называется амилоза.

В результате поликонденсации молекул альфа-глюкозы могут образовываться и разветвленные макромолекулы, которые называются амилопектин.

Смесь амилозы и амилопектина называется крахмалом.

Макромолекулы целлюлозы образуются из молекул бета-глюкозы.

Образование целлюлозы также происходит в результате реакции поликонденсации. При этом образуется побочный низкомолекулярный продукт – вода.

Цепь молекулы целлюлозы образуется в результате последовательного присоединения всё новых и новых молекул бета-глюкозы.

Макромолекулы целлюлозы, в отличие от крахмала, имеют линейное строение.

Физические и химические свойства крахмала и целлюлозы

Крахмал – белый аморфный порошок без вкуса и запаха. Крахмал не растворяется в холодной воде, а в горячей воде набухает и образует клейстер.

Целлюлоза – белое твёрдое нерастворимое в воде вещество без вкуса и запаха.

При добавлении в качестве катализатора небольшого количества кислоты в раствор крахмала происходит его гидролиз. Макромолекулы распадаются на молекулы меньших размеров (декстрин, мальтоза), конечным продуктом реакции гидролиза является альфа-глюкоза.

Механизм реакции следующий: положительно заряженный ион водорода притягивается к кислородному мостику между двумя остатками альфа-глюкозы, соединяется с атомом кислорода. В результате связь разрывается. На атоме углерода второго фрагмента молекулы крахмала образуется положительный заряд, который притягивает к себе молекулу воды. Кислород в молекуле воды присоединяется к атому углерода, а один из ионов водорода отрывается от молекулы воды. В результате образуются молекулы декстрина, которые по такому же механизму гидролизуются с образованием молекул мальтозы. Конечным продуктом гидролиза крахмала являются молекулы альфа-глюкозы.

Если к раствору крахмала добавить каплю раствора йода, появляется синяя окраска. Это качественная реакция на крахмал.

При действии на целлюлозу уксусной кислоты образуются ацетатные эфиры целлюлозы.

Нахождение крахмала и целлюлозы в природе

Крахмал и целлюлоза широко распространены в природе.

Крахмал входит в состав многих растений. В пшенице содержание крахмала составляет 64 %, в рисе – 75 %, в кукурузе – 70 % и в картофеле – 24 %.

Целлюлоза – основной материал клеток растений, она придает прочность стеблям и веткам. Больше всего – 98 % целлюлозы в хлопковом волокне, до 85 % её содержится в льняном волокне. Древесина содержит до 50 % целлюлозы, а в соломе её 30 %.

Роль крахмала и целлюлозы в жизни человека

Полисахариды играют важную роль в жизни человека. Во-первых, полисахариды – это источник углеводов. Из полисахаридов делают бумагу, синтетические волокна и ткани (вискозный, ацетатный, медно-аммиачный шёлк, искусственный мех), фото- и киноплёнку, и даже взрывчатые вещества (бездымный порох).

ПРИМЕРЫ И РАЗБОР РЕШЕНИЙ ЗАДАЧ ТРЕНИРОВОЧНОГО МОДУЛЯ

1. Решение задачи на расчёт количества готового продукта, изготовленного из полисахаридов.

Условие задачи: Сколько бумаги (тонн) можно изготовить из 400 м 3 древесины, если содержание целлюлозы в них составляет 52%, а для производства 1 кг печатной бумаги требуется 1,5 кг целлюлозы? Плотность древесины составляет 500 кг/м 3 . Ответ запишите в виде десятичной дроби с точностью до десятых.

Шаг первый: вычислить массу данного в условии объёма древесины:

400·500 = 200000 кг.

Шаг второй: вычислить массу целлюлозы, содержащуюся в 200000 кг древесины:

200000·0,52 = 104000 кг.

Шаг третий: из пропорции найти массу бумаги, которую можно получить из 104000 кг древесины.

; кг = 69,3 т.

2. Решение задач на нахождение выхода продукта реакции.

Условие задачи: Вычислите выход глюкозы, если из хлопка массой 150 кг получили 110 кг этого моносахарида. Массовая доля целлюлозы в хлопке составляет 95%. Ответ выразите в процентах, запишите в виде целого числа.

Шаг первый: вычислить содержание целлюлозы в 150 кг хлопка.

150·0,95 = 142,5 кг.

Шаг второй: записать уравнение реакции гидролиза целлюлозы с образованием глюкозы:

(С₆Н₁₀О₅)_п + пН₂О пС₆Н₁₂О₆.

Шаг третий: вычислить молярные массы целлюлозы и глюкозы:

Шаг четвёртый: с помощью пропорции найти теоретически возможное количество глюкозы, которое может быть получено по этой реакции:

; кг.

Шаг пятый: найти выход глюкозы как отношение практически полученного количества глюкозы к теоретически возможному, выраженное в процентах:

Сайт учителей биологии МБОУ Лицей № 2 г. Воронежа, РФ

Site biology teachers lyceum № 2 Voronezh city, Russian Federation

Органические вещества клетки. Углеводы

По химической структуре углеводы – кетоноспирты или альдегидоспирты: в их молекулах присутствуют несколько гидроксильных групп (как у многоатомных спиртов) и карбонильная группа (как у альдегидов и кетонов).

Моносахариды (простые углеводы) — бесцветные кристаллические вещества, легко растворимые в воде и обладающие сладким вкусом. Общая формула моносахаридов — С_nН_2nО_n (n = 3 — 9). По числу атомов углерода в молекуле моносахариды делятся на триозы (n = 3), тетрозы (n = 4), пентозы (n =5), гексозы (n = 6) и т. д. В природе чаще всего встречаются пентозы и гексозы. Природные моносахариды с углеродной цепью, содержащей более 9 атомов углерода, не обнаружены.

Моносахариды в природе редко встречаются в свободном состоянии: обычно они являются мономерами более крупных молекул олиго- и полисахаридов, а также входят в виде остатков в состав гликопротеинов, гликолипидов, нуклеиновых кислот и др.

В свободном состоянии в организмах встречаются такие моносахариды, как глюкоза (содержится в плазме крови и соках растений) и фруктоза (в меде и плодах некоторых растений).

Моносахарид	Формула	Нахождение в клетке и в природе
Рибоза	С₅Н₁₀О₅	В составе РНК, АТФ
Дезоксирибоза	C₅H₁₀O₄	В составе ДНК
Глюкоза	С₆Н₁₂О₆	В свободном состоянии в клеточном соке растений и в плазме крови; также в составе гликогена, крахмала, целлюлозы
Фруктоза	С₆Н₁₂О₆	В мёде, фруктах, ягодах
Галактоза	С₆Н₁₂О₆	В составе молочного сахара

У взрослого человека в крови содержится в среднем 6 г глюкозы. Это энергетическое сырьё может обеспечить потребности организма около 15 минут. Организм постоянно вырабатывает новые порции глюкозы и выделяет её в кровь по мере того, как расходуются старые запасы.

Моносахариды — главный источник энергии для процессов, происходящих в клетке. Моносахариды сразу окисляются до двуокиси углерода и воды, тогда как белки и жиры окисляются до тех же продуктов через ряд сложных промежуточных процессов. При более глубоких превращениях в обмене веществ из моносахаридов могут образовываться аминокислоты, липиды и другие органические соединения.

Биосинтез моносахаридов из углекислого газа и воды происходит в растениях в процессе фотосинтеза.

Дисахарид	Формула	Мономеры	Нахождение в природе
Сахароза	C₁₂H₂₂O₁₁	Глюкоза и фруктоза	Фрукты, плоды, ягоды
Лактоза	С₁₂Н₂₂О₁₁	Глюкоза и галактоза	Молоко
Мальтоза	C₁₂H₂₂O₁₁	Глюкоза	Проросшие зёрна (солод) злаков

В коровьем молоке содержится 4,6% молочного сахара. В женском молоке его больше — 6,5%.

Полисахариды — общее название класса сложных высокомолекулярных углеводов, молекулы которых состоят из десятков, сотен или тысяч мономеров — моносахаридов. Молекулы полисахаридов могут быть линейными или разветвленными, являться гомополимерами (построенными из остатков только одного моносахарида) или гетерополимерами (построенными из остатков двух и более моносахаридов).

Функции углеводов в организме

Первые опыты по получению сахара из кукурузы проводились в Болгарии. Из этой культуры был получен сироп высокого качества, имеющий все достоинства фруктозы и не имеющий недостатков сахарозы. Он в 1,7 раза слаще обычного сахара и хорошо воспринимается организмом. Его рекомендуют использовать при сердечно-сосудистых и желудочно-кишечных заболеваниях.

Читайте также: