Joomla Software solutions Template

Payday loan

ПОЛИЗАХАРИДИ

ВИДОВЕ, ПО-ВАЖНИ СВОЙСТВА, ПРЕДСТАВИТЕЛИ

1. ПОЛИЗАХАРИДИ (НЕЗАХАРОПОДОБНИ ПОЛИЗАХАРИДИ)

Обща характеристика и видове.

Полизахаридите (незахароподобните полизахариди) са високомолекулни съединения. Наречени са незахароподобни, тъй като са без сладък вкус. Те са малко разтвориш или неразтворими във вода.

Полизахаридите са въглехидрати, които чрез хидролиза могат да се разграждат до по-прости захари, като при пълната им хидролизасе получават съответни монозахариди. Молекулата им е изградена от голям брой монозахаридни остатъци:

МОЛЕКУЛИ МОНОЗА - (п - 1 ) Н₂О -> ЕДНА МОЛЕКУЛА ПОЛИОЗА

Обезводняването се осъществява за сметка на хидроксилни групи и поради това монозните остатъци са свързани с кислородни мостове.

При природните полизахариди това обезводняване по правило се осъществява за сметка на гликозидна група на една молекула монозаи гликозидна или алкохолна хидроксилна група на друга молекула моноза

ПОЛИЗАХАРИДИТЕ СА ГЛИКОЗИДИ, ПРИ КОИТО И ГЛИКОНЪТ И АГЛИКОНЪТ СА ЗАХАРИ. Броят на монозните остатъци определя свойствата на Полизахаридите като разтворимост, вкус, кристален строеж, химични свойства и други.

Полизахаридите или комплексните въглехидрати се разделят на: нишесте (лесно смилаеми, бавно смилаеми и резистентни), декстрини, гликоген и хранителни влакнини.  Полизахаридите са сложни съединения, често изградени от стотици монозахаридни молекули.  Обикновено те не притежават сладост, не се разтварят във вода и варират значително по отношение на смилаемостта си в стомашно-чревния тракт.

Различават се две основни групи незахароподобни полизахариди

а) ХОМОПОЛИЗАХАРИДИ. Хомополизахаридите са еднородно изградени полизахариди. Крайният продукт на тяхната хидролиза е един единствен монозахарид. Например, нишестето и гликогенът са изградени от α-D-глюкоза, целулозата - от β-D-глюкоза, инулинът - от D-фруктоза мананите - от D-маноза.

б) ХЕТЕРОПОЛИЗАХАРИДИ. След хидролиза на хетерополиза-харидите се получават два или повече монозахарида или едновременно с тях и техни производни. Към хетерополизахаридите се отнасят хемицелулозите, растителните гуми и смоли мукополизахаридите и т. н.

Според биологичните си функции, Полизахаридите се разделят на две основни групи: полизахариди, които служат за скелетен материал на клетките (целулоза) и такива, които изпълняват ролята на запасна храна (нишесте, гликоген).

2. ПРЕДСТАВИТЕЛИ НА ХОМОПОЛИЗАХАРИДИТЕ

а) НИШЕСТЕ (скорбяла). Нишестето е резервната въглехидратна

храна за растенията. Образува се в зелените им части при процеса

фотосинтеза:

Глюкозата е основен градивен елемент на молекулата на нишестето:

нишесте                      декстрин                         малтоза                      глюкоза

където n е броят на глюкозните остатъци, като  n > m .

Сумарно процесът на пълната хидролиза на нишестето протича по схемата:

Под действието на ензими нишестето се хидролизира и под формата на глюкоза се пренася чрез растителните сокове до други органи - корени, семена и др. В тях глюкозата отново образува специфично за растението нишесте, което се отлага във вид на малки зрънца, които в различните растения имат различна форма, големина и вътрешен строеж.

Нишестето е бяло аморфно вещество. Рентгенографските изследвания показват, че то има микрокристален строеж. Сухото нишесте е хигроскопично. То е без вкус и е малко разтворимо в студена вода. В гореща вода набъбва и образува колоиден разтвор, който при охлаждане се превръща в нишестен клей. При загряване нишестето постепенно се овъглява, без да се стапя. Отнасянето при загряване, както и данните от качествения анализ показват, че то е изградено от въглеродни, водородни и кислородни атоми и му се приписва формулата (С₆H₁₀О₅)_n.

С алкохолен разтвор на йод (йодна тинктура) нишестето образува съединение с характерно синьо оцветяване, което при загряване се разрушава (оцветяването изчезва), а при охлаждане оцветяването се появява отново. Тази реакция е много чувствителна и се използва за качествено доказване както на нишесте, така и на йод. Предполага се, че синият цвят се дължи на образуването на адсорбционен комплекс между нишестето и йода.

Нишестето не редуцира Фелингов разтвор и амонячен разтвор на дисребърен оксид, което показва, че в молекулата му не се съдържат свободни алдехидни и кетонни групи. По това нишестето се различава от монозахаридите и редуктивните дизахариди.

Строежът на нишестето се доказва чрез неговата хидролиза. При загряване на нишестен разтвор в присъствието на минерални киселини същият започва да проявява редукционни свойства.

Хидролизата на нишестето се извършва и при обикновена температура под действие на ензима амилаза, който се съдържа в растителните и животинските организми - в слюнката, покълналия ечемик, панкреатичната жлеза:

Нишестето се хидролизира на степени, като молекулната маса на междинните продукти постепенно намалява. Получава се дизахарида малтоза, а крайният продукт на хидролизата е D-глюкоза.

От това следва, че молекулата на нишестето е изградена от глюкозни остатъци и е доказано, че те са a-D-глюкозни остатъци. Съставът на молекулата на нишестето се изразява с формулата (С₆Н₁₀О₅)_n, където "п" означава броя на глюкозните остатъци. Последният в отделните молекули е различен - от няколко стотин до няколко хиляди (от 200 до 6000). Нишестето е смес от молекули с различни молекулни маси и затова няма точно определена молекулна маса. Последната варира от 30000 до 1000000.

Опитно е установено, че макромолекулите на нишестето се различават помежду си не само по различния брой глюкозни остатъци, но и по структурата си. Една част от макромолекулите имат линеен строеж, а другата част от макромолекулите са с разклонени вериги.

Свойства

Нишестето е бяло микрокристално вещество, неразтворимо в студена вода, без вкус и мирис. В гореща вода набухва, образувайки колоиден разтвор. При реакция с йодов разтвор се оцветява в синьо, което се използва като индикатор за присъствието му. В стомашния тракт на човека и животните нишестето се разтваря, подлагайки се на хидролиза под въздействие на ензима амилаза и се превръща в глюкоза, която се усвоява от организма. Поради това то е един от основните енергийни източници в ежедневното хранене на човека, тъй като се съдържа в изобилие в хляба, картофите и зърнените храни. Основна съставка на брашното (75-80%), картофите (до 25%) и др.

Приложение и преработка

Нишестето намира приложения в хранителната, хартиената и фармацевтичната промишленост за получаване на етилов алкохол, глюкоза, хартия, текстил, лепила и др. В промишлеността превръщането на нишестето в глюкоза (процес на озахаряване) се извършва чрез неколкочасовото му варене в разредена сярна киселина. Каталитичното влияние на сярната киселина върху процеса на озахаряване е било открито от Кирхоф още през 1811 г. За да се отдели от получения разтвор сярната киселина, към него добавят тебешир, който при взаимодействие с нея образува нератзворим калциев сулфат. Последният се филтрира. Получената гъста сладка маса освен глюкоза съдържа и значително количество други продукти от хидролизата на нишестето. Тя се използва в сладкарската промишленост и за други технически цели. Така нареченото модифицирано нишесте се използва за сгъстяване на замразени храни. Ако е необходимо да се получи чиста глюкоза, варенето на нишестето продължава по-нататък, докато се постигне по-пълното му превръщане в глюкоза. Полученият след неутрализацията и филтрацията разтвор се сгъстява, докато от него не започнат да се отделят кристалите на глюкозата. При нагряването на сухо нишесте до 200-250° се извършва неговото частично разлагане и се получава смес от по-малко сложни от нишестето полизахариди (декстрин и др.). Намира приложение и при получаването на витамини и антибиотици. Получените при частичната хидролиза на нишестето декстрини се използват за приготвяне на декстринови лепила.

Получаването на етилов алкохол от нишесте протича по схемата:

Колата или нишестеният клей се използват за колосване на памучни тъкани.

В действителност нишестето не е еднороден продукт, а е изградено от две вещества - от АМИЛОЗА (15-25%) и АМИЛОПЕКТИН (75-85%), като количеството на амилозата и на амилопектина зависи от произхода на нишестето. Амилозата и амилопектинът се различават по своите физични и химични свойства.

АМИЛОЗА. Молекулата на амилозата е изградена от линейно свързани глюкозни остатъци. Опитно е доказано, че при линейното свързване, връзката между монозахаридните остатъци се осъществява чрез обезводняване на гликозидната група на първо място от единия монозахариден остатък и обикновена хидроксилна група на четвърто място от другия монозахариден остатък, те. връзката е ос-(1-4) и се говори за ос-(1-4)-кислородни мостове - както е в молекулата на малтозата.

(малтозов остатък)

Структура на амилоза и целулоза

Броят на глюкозните остатъци, които влизат в състава на молекулата на амилозата е голям - над 200 и е различен за различните растения. Макромолекулата на амилозата включва от 200 до 1200 a-D-глюкозни остатъка. Нейната молекулна маса варира в границите 30 000 -220 000. Тъй като молекулите на амилозата са макромолекули, тя може да се разглежда като природен полимер на глюкозата.

Пространственият строеж на макромолекулата на амилозата се определя от конформационния строеж на малтозата.

АМИЛОПЕКТИН. Макромолекулата на амилопектина е многократно разклонена верига, включваща по-къси гликозидни вериги, изградени от 20 до 25 остатъка, свързани с α-(1-4)-връзки. В местата на разклоненията глюкозните остатъци са свързани с α-(1-6)-връзки), т.е, осъществява се и свързване на гликозидна група на първо място с хидроксилна група на шесто място:

амилопектиМолекулата на амилопектина съдържа средно 2500 α-D-глюкозни остатъка, броят на които варира от 600 до 6000. Молекулната маса варира от 200000 до 1000000. Възможно е да съдържа в малки количества и естерно свързана фосфорна киселина.

Въпреки че разклонените вериги са по-къси от линейните вериги на амилозата, поради големия брой на разклоненията молекулната маса на амилопектина е по-голяма от тази на амилозата.

б) ГЛИКОГЕН (животинска захар). Докато нишестето е резервната въглехидратна храна за растенията, то гликогенът е резервната въглехидратна храна за животинските организми. Гликогенът изпълнява ролята на депо на глюкозата у животните и човека. Той се съдържа в черния дроб, мускулите. При неговата хидролиза в присъствието на киселини и при загряване се получава D-глюкоза, а под действие на ензими се получава малтоза.

Гликогенът е резервна форма на въглехидратите и се намира в организма на животните.  Мускулният гликоген се използва от организма като енергиен източник, а чернодробният поддържа постоянно нивото на кръвната захар.

в) ЦЕЛУЛОЗА

Целулозата е най-разпространеното органично съединение в природата. Тя изгражда стените на растителните клетки, т.е. скелетната част на растенията. Най-чиста природна целулоза е памукът, който съдържа целулоза до 98%. Тя е главна съставна част на лена и конопа. Дървесината съдържа до 50% целулоза. Ежегодно растенията синтезират около 10¹¹ тона целулоза.

Целулозата е бяло влакнесто вещество без вкус. Рентгенографският анализ показва, че тя има кристална структура. Дългите нишковидни целулозни макромолекули са ориентирани по дължината на влакната. Тази структура се нарича влакнеста или фазерна. Отделните макромолекули са свързани чрез водородни връзки в снопчета (нишки).

Поради водородните връзки между целулозните макромолекули, целулозата е неразтворима във вода и в повечето органични разтворители. Тя се разтваря добре в Швайцеров реактив (амонячен разтвор на меден дихидроксид), поради това че се получава разтворимо комплексно съединение. Разтваря се още в концентрирана солна киселина, в солно кисели разтвори на цинков и калаен дихлорид. При нагряване целулозата се овъглява без да се стапя. Запалена тя гори.

Целулозата е природно високомолекулно съединение. Нейната макромолекула е изградена от голям брой глюкозни остатъци. Молекулната й формула е същата както на нишестето -  (С₆Н₁₀О₅)_n .

При продължително варене в разтвор на минерални киселини целулозата се хидролизира до глюкоза:

Хидролизата на целулозата може да протече и ензимно под действието на ензима целулаза, който я разгражда до дизахарида целобиоза. Хидролизата на целулозта има голямо значение за получаване на глюкоза от дървесни отпадъци.

Целулозата се различава от нишестето по броя, вида и пространственото разположение на глюкозните остатъци. Броят на глюкозните остатъци е различен и може да достигне до 10 000, което съответства на молекулна маса от  500 000 до 20 000000. Глюкозните остатъци са свързани линейно, изключително еднопосочно, без разклонение на веригата. За разлика от нишестето макромолекулите на целулозата са изградени от остатъци на -глюкоза. Чрез това свързване всеки втори глюкозен остатък от веригата е завъртян на  180^о спрямо преходния, с което молекулата добива линейна форма:

Целулозната молекула съдържа по 3 хидроксилни групи на всеки глюкозен остатък: [C₆H₇О₂(OH)₃]_n . В зависимост от условията могат да се естерифицират различен брой хидроксилни групи. Голямо практическо приложение имат естерите на целулозата с азотната киселина - целулозните нитрати, и с оцетната киселина - целулозните ацетати. Целулозните нитрати се получават под действието на нитрирна смес (2 части конц. H₂SO₄ и 1 част  конц.HNO₃):

целулозен мононитрат       целулозен динитрат       целулозен тринитрат

(колоксилин)                     (пироксилин)

Целулозните нитрати приличат на памука, но са по-лесно запалими от него. Частичното нитриране на целулозата се използва при производството на изкуствена кожа и нитроцелулозни лакове. При разтваряне на целулозен динитрат в смес на алкохол и етер, се получава колодий, който се използва в медицината при покриване на рани (образува се защитна корица). От колоксилин и камфор се получава пластмасата целулоид, която независимо от лесната й запалимост дълго време се е използвала за производството на киноленти. Пироксилинът при обработката му с ацетон се използва за получаването на бездимен барут.

Естерите на целулозата с оцетна киселина се наричат целулозни ацетати:

целулозен диацетат

Целулозните ацетати имат предимство пред целулозните нитрати с това, че са незапалими. Те се използват за получаване на лакове. От целулозен ацетат и камфор се получава незапалима  пластмаса целит, която се използва за производство на киноленти. При обработка на целулозен диацетат с камфор се получава друга пластмаса - целон, която се използва като електроизолатор и за производството на нечупливо стъкло. Голяма трайност и здравина има ацетатната коприна, която се получава от разтвори на целулозни ацетати в органични разтворители.

Във вид на влакнести материали целулозата се използва за производството на тъкани. Получената от дървесина целулоза служи за производството на хартия.

г) Хитин

Хитинът е един от основните компоненти на клетъчните стени при гъбите, външния скелет при насекомите и други артроподи, както и на някои други животни.

Хитинът е азотсъдържащ полизахарид, което на цвят е бяло. Съставено е от ацетилглюкозамин (по-точно N-ацетил-D-глюко-2-амин). Те са свързани заедно по този начин: β-1,4 (по същия начин глюкозата образува целулоза). В този смисъл хитинът може да се смята за целулоза с една хидроксилна група във всеки мономер, заместена от ацетиламинна група. Това улеснява подсилването на водородната връзка между близкостоящите полимери, придавайки на веществото повече сила. Хитинът се използва за направата на хирургически конец поради здравината и гъвкавостта си.

Думата „хитин“ идва от гръцката дума χιτών (хитон), която значи 'външна обвивка; броня'.