Крахмал. 
Полисахариды

Реферат Крахмал. Полисахариды

Крахмал (Amylum) — самый распространенный резервный (запасной) полисахарид. Образуется в листьях в результате фотосинтеза (ассимиляционный крахмал), затем перемещается в другие органы (транзиторный); накапливается в значительных количествах в подземных органах, семенах (резервный, запасной) в виде зерен разнообразной формы.

Крахмал на 96,1−97,6% состоит из двух полисахаридов: амилозы и амилопектина. Кроме того, содержит 0,2−0,7% минеральных веществ, до 0,6% жирных кислот (пальмитиновая, стеариновая и др.).

Амилоза представляет собой линейный гомополисхарид, состоящий из 200−1000 остатков D-глюкопиранозы, соединенных друг с другом б-1,4-гликозидными связями (б-1,4- D-глюкан).

б-1,4- D-глюкан

Амилоза

Макромолекулы амилозы образуют спирали, каждый виток которой состоит из 6 остатков D-глюкопиранозы. Молекулярная масса колеблется от 32 000 до 160 000 единиц. Амилоза растворяется в воде, образуя растворы со сравнительно невысокой вязкостью; с раствором Люголя дает синее окрашивание. Амилопектин — разветвленный гомополисахарид, содержит 600−6000 остатков D-глюкопиранозы, связанных между собою б-1,4- и б-1,6-гликозидными связями.

б-1,4; 1,6 — D-глюкан

Молекулярная масса колеблется от 100 000 до 1 000 000 единиц и более. Амилопектин растворяется в воде при нагревании, дает стойкие вязкие растворы; с реактивом Люголя дает фиолетовое окрашивание.

Содержание амилозы и амилопектина в растениях различно и зависит от вида растения и органа, из которого он получен. Это соотношение меняется в период созревания.

Крахмал — белый, аморфный порошок, плотность его более 1. В холодной воде лишь набухает, при нагревании дает вязкие коллоидные растворы, называемые крахмальным клейстером.

Под действием ферментов и кислот крахмал гидролизуется. В качестве промежуточных продуктов образуются полисахариды с меньшей молекулярной массой — декстрины. При полном гидролизе получается D-глюкоза.

(C₆H₁₀О₅)_п > (С₆Н₁₀О₅)_х> С₁₂Н₂₂О₁₁> С₆Н₁₂О₆

Крахмал декстрины мальтоза D-глюкоза

Появление синего окрашивания с раствором Люголя объясняют образованием комплексных и адсорбционных соединений между йодом и крахмалом (так называемая реакция Сакса).

В растениях крахмал находится в виде крахмальных зерен разнообразной формы: овальной, сферической, яйцевидной и т. д. Размеры зерен колеблются от 0,002 до 0,15 мм. Из крахмалов, используемых в медицине, самые крупные крахмальные зерна у картофеля, самые мелкие — у риса. Характерная форма крахмальных зерен и различия в размерах позволяют использовать эти признаки для идентификации крахмала и растений, их содержащих.

В медицинской практике России, кроме картофельного и рисового крахмала. Используют также пшеничный и кукурузный (маисовый).

Применяют крахмал в присыпках, мазях, пастах вместе с оксидом цинка, тальком. Внутрь используются как обволакивающее, противовоспалительное, при желудочно-кишечных заболеваниях. Широко применяется как наполнитель при таблетировании, приготовлении пилюль и др.

Раствор декстринов используют как эмульгатор. Крахмал является промышленным источником для получения глюкозы.

Лекарственные растения и сырье, содержащие полисахариды (гомогликозиды, полиозы, гликаны, голозиды)

полисахарид гидролизация крахмал фермент Полисахариды (гомогликозиды, полиозы, гликаны, голозиды) — это высокомолекулярные продукты конденсации более 5 моносахаридов и их производных, связанные друг с другом О-гликозидными связями и образующие линейные или разветвленные цепи. При их гидролизе образуются только сахара и их производные.

Строение, классификация

По характеру входящих в состав полисахаридов (П.) моносахаридов и их производных, П. Делят на 2 типа: гомополисахариды (гомополимеры) и гетерополисахариды (гетерополимеры).

Гомополисахариды построены из моносахаридных единиц (мономеров) одного типа, а гетерополисахариды — из остатков различных моносахаридов и их производных.

К гомополисахаридам относятся крахмал, клетчатка (целлюлоза), из животных полисахаридов — гликоген, хитин; к гетерополисахаридам — инулин, пектиновые вещества, слизи и камеди.

Молекулярная масса П. Колеблется от нескольких тысяч до нескольких миллионов единиц. В составе П. Обнаружено свыше 20 различных видов моносахаридов и их производных. Наиболее часто встречаются из гексоз — D-глюкоза, D-галактоза, Lфруктоза, D-маноза; из пентоз — D-ксилоза, L-арабиноза и др., из дезоксисахаров — L-рамноза, D-фукоза; из продуктов восстановления D-маннозы — спирт маннит, из продуктов окисления моносахаридов — D-глюкуроновая, D-маннуроновая, D-галактуроновая, D-гулуроновая и др. кислоты.

Все полисахариды относятся к группе О-гликозидов. Моносахариды и их производные входят в состав П. В пиранозной, реже фуранозной форме. Образование О-гликозидной связи происходит за счет полуацетального (гликозидного) гидроксила одного моносахарида и водорода гидроксильной группы другого моносахарида с образованием 1,2; 1,3; 1,4; 1,6 связей.

б-D-глюкопираноза 1,4- б-D-глюкан

При конденсации моносахаридов могут образоваться линейные (амилоза, клетчатка — 1,4-в-D-глюкан) или разветвленные цепи (амилопектин и др.).

Разнообразие в строении П. может быть обусловлено не только характером моносахаридов и способом их соединения, но также тем, что гидроксильные и карбоксильные группы моносахаридов и их производных могут быть метилированы, этерифицированы органическими и неорганическими кислотами (например, серной кислотой — агар-агар); водороды карбоксильных групп замещены на ионы металлов (пектиновые вещества, камеди).

По происхождению П. классифицируются на:

фитополисахариды (крахмал, инулин, камеди, слизи, пектиновые вещества, клетчатка);

зоополисахариды (гликоген, хитин);

полисахариды микроорганизмов.

В зависимости от функций П. делятся на:

каркасные (конструктивные) — клетчатка, хитин;

энергетические (резервные, запасные) — крахмал, гликоген, инулин, слизи, альгиновые кислоты;

защитные — слизи, камеди.

Физические свойства

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

Химические свойства

Полисахариды подвергаются ферментативному и кислотному гидролизу с образованием моноили олигосахаридов, содержащих от 2 до 4 моносахаридных единиц. Каждая из групп полисахаридов обладает своими специфическими свойствами.

Распространение в растительном мире. Биологическая роль

В природе 80% органических веществ составляют полисахариды. Они играют различную биологическую роль для растений и животных (см. Классификация П. в зависимости от функций).

Сбор, сушка, хранение сырья

Собирают сырье в период максимального содержания действующих веществ. Надземные части растений — в сухую погоду; подземные органы, содержащие слизь, обычно не моют, а иногда снимают пробку (корни алтея).

Сушка предпочтительна искусственная при температуре 50−60⁰. Хранят сырье по общему списку, в сухом, прохладном (10−15⁰) помещении, оберегая от амбарных вредителей.

Анализ

Методы качественного и количественного анализа основаны на физико-химических свойствах П. и будут рассмотрены при характеристике отдельных групп полисахаридов.

Пути использования и применение в медицинской практике

Полисахариды имеют важное медицинское и народно-хозяйственное значение. Из них получают лекарственные средства, применяемые как обволакивающие, противовоспалительные, ранозаживляющие, радиопротекторные, отхаркивающие, иммунозащитные, противоязвенные и др. средства. Более подробно медицинское значение П. рассмотрено при характеристике отдельных групп П.

Клетчатка (целлюлоза) — гомополисахарид, состоящий из остатков в-D-глюкопиранозы, соединенных между собой в-1,4-связями в линейные цепи.

в-1,4- D-глюкан В среднем на молекулу целлюлозы приходится около 8000 остатков в-D-глюкопиранозы. Линейные молекулы клетчатки благодаря водородным связям соединяются в пучки, называемые мицеллами. Каждая мицелла состоит приблизительно из 60 молекул. Мицеллы, ориентированные определенным образом, образуют сетчатые структуры.

Молекулярная масса клетчатки может достигать 1 000 000 единиц. Она не растворяется в воде и органических растворителях. Подвергается кислотному гидролизу. При кипячении с конц. кислотой серной превращается в глюкозу, а с разбавленными кислотами — в олигосахарид целлобиозу.

Клетчатка — основной компонент клеточной стенки растений; наличие значительных количеств ее необходимо учитывать при переработке лекарственного растительного сырья.

В фармацевтической практике клетчатка используется как перевязочный материал (марля, вата и др.). Вата является исходным материалом для получения коллодия и различных производных целлюлозы (метилцеллюлоза и др.), находящих широкое применение в качестве вспомогательных веществ при изготовлении разных лекарственных форм.

В технике из целлюлозы производят бумагу, целлофан, сорбенты, взрывчатые вещества и др.

Инулин — гетерополисахарид, состоящий преимущественно из остатков в-D-фруктофуранозы, соединенных в-2,6-связями.

Молекула инулина содержит 34−35 остатков в-D-фруктофуранозы, цепь которых заканчивается остатком б-D-глюкопиранозы. Молекулярная масса не превышает 5000−6000 единиц.

Инулин хорошо растворяется в воде. Не окрашивается йодом. В значительных количествах инулин накапливается в подземных органах растений сем. Астровых (корни одуванчика, цикория, девясила, клубни топинамбура и др.), колокольчиковых.

Инулин можно обнаружить в сырье с помощью реакции с 20% спиртовым раствором тимола или б-нафтола и концентрированной кислотой серной. В присутствии инулина образуется красноили розово-фиолетовое окрашивание.

В настоящее время сырье, богатое инулином (корни цикория, клубни топинамбура) широко используются в составе различных пищевых добавок, применяемых при заболевании диабетом, как иммуномодулирующие средства (долголет, табл.).

Клубни топинамбура и корни цикория используют для промышленного получения фруктозы.

Ким А. М. Органическая химия. — Новосибирск, 2007

Коржуков Н. Г. Общая и неорганическая химия. — М., 2007

Коровин И. В. Общая химия. — М., 2010

Кругляков П.М., Лещенко Н. Ф. Физическая и коллоидная химия. — М., 2007

Нейланд О. Я. Органическая химия.- М., 2009

Никольский А.Б., Суворов А. В. Химия. — СПб., 2008

Петров А.А., Бальян Х. В., Трощенко А. Т. Органическая химия. — СПб., 2008

Семенов И.Н., Перфилова Н. Л. Химия. — СПб., 2007

Семчиков Ю. Д. Высокомолекулярные соединения. — М., 2005

Семчиков Ю.Д., Жильцов С. В., Кашаева В. Н.

Введение

в химию полимеров. — М., 2008;