Гетерополисахариды

Каррагинаны

Каррагинаны – это группа неразветвлённых сульфатированных гетерополисахаридов. Их молекулы включают остатки β – D-галактопиранозы и 3,6-ангидро- α – D-галактопиранозы. Различают три типа каррагинанов. Они отличаются числом и расположением сульфатированных гидроксильных групп:

к – каррагинан i - каррагинан

λ -каррагинан

Основным источником каррагинанов являются красные морские водоросли. к- и i-каррагинаны используются в качестве гелеобразователей, а λ-каррагинан – в качестве загустителя различных пищевых систем при пониженных и повышенных температурах.

Гиалуроновая кислота

Гиалуроновая кислота – представитель гетерополисахаридов. В организме находится в комплексе с белками. Молекулярная масса таких комплексов достигает нескольких миллионов. Чистые препараты гиалуроновой кислоты характеризуются сравнительно низкими значениями молекулярных масс – от 270 до 500 тысяч. Содержит в своём составе две разные структурные единицы – N-ацетил- β –D-глюкозамин и β–D-глюкуроновую кислоту в отношении 1:1. При гидролизе гиалуроновая кислота распадается на глюкозоамин, глюкуроновую и уксусную кислоты. Аминосахар соединён с кислотой β-1,4-связью, кислота с аминосахаром – β-1,3-гликозидной связью. Структура гиалуроновой кислоты имеет вид:

Гиалуроновая кислота – линейный полимер. При рН=7,0 её карбоксильные группы полностью ионизированы, несут отрицательный заряд и, взаимодействуя с молекулами воды, образуют желеподобное соединение.

Эта кислота широко распространена в тканях и органах животных. Особенно высокое её содержание в стекловидном теле глаза, сухожилиях, синовиальной жидкости.

Предполагают, что функция гиалуроновой кислоты заключается в связывании воды в межклеточных пространствах и удерживании клетки в коллоидном матриксе. Она придаёт также синовиальной жидкости смазочные свойства, уменьшая трение.

Гиалуроновая кислота – цементирующее вещество соединительной ткани. Поэтому ей принадлежит важная роль в формировании защитных свойств организма от инфекций. Одним из механизмов проникновения микроорганизмов в организм человека или животных является расщепление гиалуроновой кислоты клеточной оболочки комплексом бактериальных ферментов. При действии некоторых физических факторов, например, лучевого поражения, усиливается распад гиалуроновой кислоты, что ведёт к повышению проницаемости тканевых барьеров, снижается сопротивление организма инфекции.

Гепарин

Гепарин находится во многих тканях организма, но в наибольшем количестве содержится в печени, лёгких, мышцах, сердце, щитовидной железе, крови и других органов. Этот гетерополисахарид обладает высокой специфической биологической активностью, являясь антикоагулянтом крови.

Гепарин широко применяется в медицине, являясь фактором стабилизации крови доноров при её хранении, для профилактики и лечения тромбозов.

В состав молекул гепарина входит D-глюкозоамин и D-глюкуроновая кислота, около пяти остатков серной кислоты на каждый тетрасахаридный фрагмент. Между моносахаридами линейной цепи гепарина существует 1,4- α -связь, причём остатки D-глюкуроновой кислоты и D-глюкозоамина регулярно чередуются. Сульфатные группы образуют сульфамидные связи и сложноэфирные связи с гидроксильными группами при С6 в остатках аминосахаров и при С₂ примерно в 50% остатков D-глюкуроновых кислот:

Гемицеллюлозы

Гемицеллюлозами называютсложную смесь полисахаридов клеточной стенки растений. Состав смеси зависит от вида растения и может быть различным для разных тканей одного растения. Много гемицеллюлоз в семянах, в соломе, в древесине, в кукурузных кочерыжках, отрубях.

Гемицеллюлозы относятся к гетерополисахаридам, имеют разветвлённое строение. Различают гексозаны, общая формула которых (С₆Н₁₀О₅)_n и пентозаны (с общей формулой (С₅Н₈О₄)_n). На основании моносахаридного состава и строения основной и разветвлённой части цепи макромолекулы гемицеллюлозы классифицируют на пять групп: арабинаны, ксиланы, галактаны, маннаны, фруктаны.

Гликозидная связь формируется через первый атом углерода одного остатка моносахарида и четвёртый, второй, третий или шестой атом другого. Наиболее широко распространённые гемицеллюлозы содержат 1,4-связи. Боковые цепочки чаще всего присоединяются по С₂ и С₃. В молекулах гемицеллюлоз преобладают β-связи.

Гемицеллюлозы характеризуются разнообразием физических и химических свойств, что связано, по-видимому, с различным порядком взаимного расположения звеньев в полимерной цепи, разными типами связи между остатками моносахаридов, степенью и характером ветвления, величиной молекулярной массы.

Гемицеллюлозы широко используются в промышленности для производства спиртов, ксилита, глицерина, этиленгликоля, а также в качестве клеев, в производстве бумаги, получения антибиотиков.

Камеди, слизи

Камеди – это полисахариды, выделяющиеся в виде вязких растворов и образующие стеклообразную массу при повреждении коры многих растений. Способность образовывать камеди распространена в растительном мире очень широко. Наиболее известные камеденосные растения относятся к бобовым, розоцветным и другим. Камеди (гумми), например, выделяются на ветвях и стволах вишневых, сливовых, абрикосовых деревьев при их повреждении, образуя так называемый клей.

Слизи – это полисахариды, присутствующие обычно в неповрежденных растенях.

Слизи содержатся в большом количестве в семенах ряда растений (льна, ржи, клевера, люпина, люцерны и др.)

Образование камедей в растениях связывают с патологическим состоянием, т.е. механическими, инфекционными повреждениями или с неблагоприятными условиями существования. Слизи являются продуктами нормального метаболизма растения и служат либо пищевым резервом, либо веществами, удерживающими воду, например в тканях суккулентов.

По химическому составу камеди являются нейтральными кальциевыми, магниевыми и калиевыми солями высокомолекулярных органических кислот, которые состоят из гексоз, пентоз и гексуроновых кислот. Продуктами гидролиза камеди являются молекулы D-галактозы, α-арабинозы, D-глюкуроновой кислоты, рамнозы и др.

Например, установлено, что у одного из наиболее известного представителя этого класса полисахаридов – гуммиарабики (аравийская камедь) – макромолекулы сильно разветвлены. Основная цепь построена из остатков D-галактозы, а боковые цепи ветвления содержат остатки арабинофуранозы, галактопиранозы, рамнопиранозы и глюкуроновой кислоты.

Многие камеди представляют практическую ценность и получаются в больших количествах. Благодаря склонности образовывать высоковязкие растворы, камеди используются в медицине, фармацевтической и пищевой промышленности, в производстве бумаги, отделки тканей, в металлургии и т.д.

В качестве пищевых добавок используют камеди: гуары, рожкового дерева, гуммиарабики, гхатти, карайи, трагаканты, тары. Наибольше применение получили галактоманнаны двух растений: гуары и рожкового дерева. Эти камеди имеют сходное химическое строение. Они являются гетерополисахаридами. Полимерная цепь образована из остатков маннопираноз, связанных 1,4- β-гликозидной связью. Боковая цепь состоит из остатков α-D-галактопираноз, которые присоединены к основной цепи 1,6-связями. Рассматриваемые камеди отличаются характером распределения галактопиранозных структур вдоль основной цепи. Например, камедь гуары можно рассматривать как чередующийся сополимер: остаток галактозы присоединён к каждому второму остатку маннозы:

n

Гуаровые камеди применяют при получении молочных продуктов, соусов, мучных изделий, мороженого и других продуктов. Камедь рожкового дерева используют в производстве молочных продуктов (сыры, йогурты), мучных изделий, замороженных десертов.

Геллановая камедь представляет собой гетерополисахариды линейного строения. Они являются продуктами метаболизма бактерий Pseudomonas elodea. Макромолекулы геллана состоят из тетрасахаридных единиц, включающих связанные между собой линейно пиранозные кольца 1,3- β – D-глюкозы, 1,4- β – D-глюкуроновой кислоты, 1,4- β – D-глюкозы и 1,4- α-L-рамнозы. Возможно существование свободной незамещённой и замещённой форм:

n

незамещённая форма

замещённая форма

Геллановая камедь в пищевых системах проявляет свойства загустителя, стабилизатора и гелеобразователя.

Ксантановая камедь – это гетерополисахарид, образующийся как вторичный метаболит при аэробной ферментации сахаров (кукурузного сиропа) бактериями Xanthomonas campestris. Молекулы ксантанов формируются из трёх типов моносахаридов: β–D-глюкопиранозы, α-D-маннопиранозы и α-D-глюкуроновой кислоты в соотношении 2:2:1. структурная единица молекулы ксантана имеет следующее строение:

Молекулы β–D-глюкопиранозы, соединяясь 1,4-гликозидной связью, образуют основную цепь. Каждый второй глюкозный остаток содержит боковое звено из трёх моносахаридных единиц, в котором остаток глюкуроновой кислоты располагается между двумя остатками α-D-маннозы. Конечный остаток маннозы может содержать пируватную группу, а манноза, примыкающая к основной цепи, - ацетатную группу при шестом углеродном атоме. Соотношение пируватных и ацетатных групп зависит от условий получения, в частности, вида микроорганизма.

Ксантаны применяются в пищевых системах в качестве загустителей, гелеобразователей, стабилизаторов. В частности, при изготовлении фруктовых напитков ксантаны выполняют функции стабилизатора суспензий.

Одной из групп растительных слизей, насчитывающей большое число представителей, являются галактоманнаны. Содержатся они в семенах бобовых растений. Галактоманнаны содержат линейную цепь из остатков D-маннопиразоны, соединенных b-1.4-связями, некоторая часть из них в положениях 6 связана с остатками a-D-галактопиранозы.

Другой группой слизей являются глюкоманнаны, найденные в различных видах лилейных, в семенах ирисовых и др. эти полисахариды построены из остатков D-глюкозы и D-маннозы, связанных b-1,4-связями. Некоторые представители слизей этой группы содержат разветвления в положении 3.

Некоторые растения (лен, подорожник, вяз и др.) содержат слизи более сложного строения. Их молекулы включают уроновые кислоты и несколько нейтральных моносахаридов.

Агар-агар

Агар-агар является смесью гетерополисахаридов агарозы и агаропектина. Его получают из красных морских водорослей, произрастающих в Белом море и Тихом океане. Агар-агар проявляет высокую гелеобразующую способность, которая в 10 раз выше, чем у желатина.

Главный компонент агар-агара (50 – 80%) – агароза. Это линейный полисахарид, построенный из чередующихся остатков β – D –галактопиранозы и 3,6 – ангидро – α,L – галактопиранозы, связанных попеременно 1,4- β и 1,3- α – связями:

n

β–D-галактопираноза 3,6-ангидро- α,L – галактопираноза

Агаропектин является смесью гетерополисахаридов. По строению отличается от агарозы тем, что часть остатков 3,6 – ангидро – α,L – галактопираноз заменена на остатки 6 – сульфата - α,L – галактопиранозы, наличием сульфатных групп, связанных эфирными связями с различными гидроксильными группами.

Агар-агар растворяется в воде при нагревании, а при последующем охлаждении образует гель. Этот полисахарид в качестве желирующего агента используется в кондитерской промышленности при изготовлении желе, пастилы, мармелада, джемов, в парфюмерной промвшленности при изготовлении кремов, в хлебо-булочной – для предотвращения быстрого черствления изделий, в микробиологической и биотехнологической – для приготовления твердых питательных сред.

Дата добавления: 2015-07-13