Структура полисахаридов. 
Полисахариды растений как перспективный источник получения лекарственных средств. 
Структура, физико-химические свойства, методы анализа

К полисахаридам относятся камеди, слизи, пектиновые вещества, инулин, крахмал, клетчатка.

Камеди — это густой слизистый сок, выступающий или произвольно или из надрезов и поранений на коре многих деревьев. В живом растении камеди образуются путем особого слизевого перерождения клетчатки оболочек клеток паренхимы, а также и крахмала, находящегося внутри клеток.

Во многих растениях камеди в небольших количествах образуются нормально, физиологически, но обильное образование камеди рассматривается уже как процесс патологический, возникающий вследствие поранения и ведущий к заполнению слизью образовавшейся раны [20].

В общий обмен веществ растений образовавшиеся камеди не вовлекаются. По внешнему виду препараты камеди представляют обычно округлые или плоские куски, для некоторых видов камеди весьма характерные, прозрачные или только просвечивающие, бесцветные или окрашенные до бурого цвета; запаха не имеют, без вкуса или слабого сладковато-слизистого.

В воде некоторые камеди растворяются, образуя коллоидные растворы, другие лишь набухают. В спирте, эфире и других органических растворителях нерастворимы. Химически исследованы недостаточно. Аравийская камедь в эксперименте на крысах не только потенцирует в 3,5 раза действие АКТГ при добавлении 10% ее к гормону при подкожном или внутривенном введении, но и сама обладает активностью, подобной АКТГ. Механизм их действия различен.

В медицине камеди используются как эмульгаторы, обволакивающие и клейкие вещества для приготовления пилюль и таблеток (пилюльная масса)[20].

Слизи — это безазотистые вещества, близкие по химическому составу к пектинам и целлюлозе. Это вязкая жидкость, продуцируемая слизистыми железами растений и представляющая собой раствор гликопротеинов. Слизи образуются в растениях в результате физиологических нарушений или при различных болезнях, вследствие чего оболочки и клеточное содержимое отмирают. К ослизнению способны наружные слои клеток водорослей, семена подорожника, айвы, льна, горчицы, а также внутренние слои подземных органов — алтея, ятрышника (салеп). Полезное действие слизей состоит в том, что они предохраняют растение от пересыхания, способствуют прорастанию семян и их распространению[20].

Слизи (Muсilаgines) — природные гликопротеиды, углеводная часть которых состоит на 90% из пентозанов и на 10% из гексозанов. В воде они образуют густые слизистые растворы. От крахмала слизи отличаются отсутствием характерных зерен (это серые аморфные вещества), а также негативной реакцией с раствором йода. В отличие от камедей слизи осаждаются нейтральным раствором ацетата свинца [23].

Слизи имеют полужидкую консистенцию, извлекаются из сырья водой. Они относятся к группе нейтральных полисахаридов и представляют собой сложную смесь различного химического состава. Основу их составляют производные сахаров и частично калиевые, магниевые, кальциевые соли уроновых кислот.

Слизи и камеди настолько похожи, что не всегда удается их разграничить. Слизи в отличие от камеди получают не в твердом виде, а путем извлечения водой. Слизистые вещества способствуют замедлению всасывания лекарственных средств и более длительному действию их в организме, что имеет большое значение в терапии[20].

Инулин — полисахарид, образованный остатками фруктозы. Является запасным углеводом многих растений, главным образом сложноцветных (цикория, артишока и др.). Используется как заменитель крахмала и сахара при сахарном диабете, природный компонент, который получают из корней растений.

Молекула инулина цикория состоит из 20−40 остатков Dфрукто-фуранозы, связанных между собой линейно в-(12)-связями[24].

Инулин применяется в виде биологически активных добавок (капли, таблетки) для профилактики и лечения различных заболеваний. Он не имеет противопоказаний. Особенно ценны препараты с содержанием инулина для диабетиков. Природная фруктоза, которую содержит инулин, является уникальным сахаром, который полностью заменяет глюкозу в случаях, когда глюкоза не усваивается. Поэтому диетическая ценность инулина велика[20].

Крахмал — конечный продукт ассимиляции углекислоты растениями. Откладывается преимущественно в клубнях, плодах, семенах и сердцевине стебля. В организме из крахмала образуется глюкоза. Мы получаем крахмал из растений, где он находится в виде крошечных крупинок.

Крахмал представляет собой смесь 2 гомополисахаридов: линейного — амилозы и разветвленного — амилопектина, общая формула которых (С6Н10О5)n. Как правило, содержание амилозы в крахмале составляет 10−30%, амилопектина — 70−90%. Полисахариды крахмала построены из остатков D-глюкозы, соединенных в амилозе и линейных цепях амило-пектина б-1->4-связями, а в точках ветвления амилопектина — межцепочечными б-1−6-связями[25].

Растения накапливают крахмал маленькими крупинками в стволах и стеблях, корнях, листьях, плодах и семенах. Картофель, маис, рис и пшеница содержат большие количества крахмала. Растения вырабатывают крахмал для того, чтобы он служил пищей для молодых побегов и отростков, пока они не в состоянии самостоятельно вырабатывать себе питание[20].

Для людей и животных крахмал представляет энергоемкое питание. Как и сахар, он состоит из углерода, водорода и кислорода. Крахмал несладкий: обычно он безвкусен. Определенные химические вещества во рту, желудке и кишечнике преобразуют крахмалистую пищу в виноградный сахар, который легко усваивается. Человек получает крахмал из растений, измельчая те их части, где он накапливается. Затем крахмал вымывается водой и оседает на дно больших емкостей, после чего вода выжимается из сырого крахмала, масса высушивается и перетирается в порошок, в виде которого обычно и изготавливается крахмал. Крахмал не растворяется в холодной воде, а в горячей — образует вязкий раствор, при охлаждении превращающийся в вещество студенобразной констистенции. В разведенном виде применяется как обволакивающее средство при желудочно-кишечных заболеваниях (картофельный сырой сок, кисели). Крахмалом богаты клубни, корни, корневища, кора, где он накапливается как депо питательного вещества. Поскольку в корнях цикория, одуванчика и в клубнях девясила, кроме крахмала, содержится инулин, эти растения применяются для лечения диабета[25].

Установлено, что крахмал снижает содержание холестерина в печени и сыворотке крови, способствует синтезу рибофлавина кишечными бактериями. Рибофлавин же, входя в ферменты и коферменты, способствует превращению холестерина в желчные кислоты и выведению их из организма, что имеет большое значение для предотвращения атеросклероза. Крахмал способствует интенсификации обмена жирных кислот. В эксперименте показано, что за счет усиления секреции инсулина крахмал снижает гипергликемию[20].

Целлюлоза. Целлюлоза состоит из остатков глюкозы, связанных между собой в-1,4-гликозидньши связями[26].

Клетчатка или целлюлоза, является основной составной частью оболочек растительных клеток и представляет собой сложный углевод из группы несахароподобных полисахаридов. Прежде считалось, что клетчатка не переваривается в кишечнике. В последнее время установлено, что некоторые виды клетчатки частично усваиваются. Клетчатка — это самая грубая часть растения. Это сплетение растительных волокон, из которых состоят листья капусты, кожура бобовых, фруктов, овощей, а также семян. Диетическая клетчатка — сложная форма углеводов, расщепить которую наша пищеварительная система не в состоянии. Но это один из важнейших элементов питания человека. Диетическая клетчатка сокращает время пребывания пищи в желудочно-кишечном тракте. Чем дольше пища задерживается в пищеводе, тем больше времени требуется для ее выведения. Диетическая клетчатка ускоряет этот процесс и одновременно способствует очищению организма. Потребление достаточного количества клетчатки нормализует работу кишечника.

Клетчатка, механически действуя на нервные окончания стенок кишечника, стимулирует его моторную функцию, стимулирует секрецию пищеварительных соков, придает пористость пищевой массе, обеспечивая более полный доступ к ним пищеварительных соков, повышает биологическую ценность пищевых продуктов, нормализует жизнедеятельность полезных кишечных микробов, способствует выведению из организма токсических продуктов экзои эндогенного происхождения. И, таким образом, способствует предупреждению и лечению заболеваний печени, гипертонии, атеросклероза, нормализации бактериальной флоры кишечника, стимулирует синтез витаминов группы В, особенно В2, и витамина К[20].

Физико-химические свойства полисахаридов:

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).

Вязкость водных растворов фитосахаридов зависит от типов и молекулярной массы полисахарида, присутствия некоторых ионов и температуры. Подобно растворам других полиэлектролитов, вязкость растворов полисахаридов уменьшается при повышении температуры и увеличении ионной силы раствора.

Способность полисахаридов, подобно другим фикоколлоидам, образовывать в водных растворах гели является наиболее важным их физико-химическим свойством. По способности образовывать гели полиуглеводы делятся на желирующие и нежелирующие.

Гелеобразующие свойства полимерных углеводов зависят не только от их химической структуры, но и концентрации полимера, природы добавляемого катиона, температуры раствора. Для каррагинанов характерна высокая специфичность взаимодействия с катионами, поэтому в присутствии даже близких по химическим характеристикам ионов свойства полимеров резко изменяются. К-Каррагинан специфичен к ионам К+, а й-каррагинан — к ионам Са2+. Катионы нейтрализуют отрицательно заряженные сульфатные группы, что уменьшает электростатическое отталкивание между полимерными цепями и способствует стабилизации гелей[10]. Однако для каждого типа каррагинана существует своя критическая концентрация добавляемого катиона и температура гелеобразования. Кроме того, для каждого типа каррагинана характерна определенная концентрация полимера, необходимая для формирования геля. Так, й-каррагинан образует эластичные и сухие гели при довольно низкой, порядка 0,3%, концентрации полисахарида, а ккаррагинан формирует крепкие и ломкие гели при концентрации 0,5%.

В зависимости от типа каррагинана конформация его молекул в растворе может быть разной. Нежелирующие полисахариды имеют конформацию хаотичного клубка (rаndоm соil), желирующие — конформацию двойной спирали, которая при определенных условиях может переходить в более сложно организованную структуру геля. Переход раствора в гель происходит за счет межмолекулярных взаимодействии, при которых каждая молекула полимера кооперативно ассоциирует с несколькими другими. В результате происходит образование единой трехмерной сетки, состоящей из молекул растворенного полимера и заключенного в ней большого количества растворителя. Природа узлов этой сетки. Это могут быть ковалентные связи между цепями, и в таком случае сетка представляет собой одну гигантскую трехмерную молекулу. Из искусственных образований — сефа-декс, полусинтетический материал для гель-хроматографии. Более типичны полисахаридные гели, в которых связи цепей в узлах нековалентны е[39].

Одним из наиболее важных свойств полисахаридов как желирующих, так и нежелирующих является взаимодействие с белками, которое осуществляется за счет ионного взаимодействия, например сульфатных групп каррагинана с заряженными группами белка. Реакция зависит от соотношения заряда белок: каррагинан, изоэлектрической точки белка, Рh и соотношения масс полисахарид: белок[39].

Некоторые полиуглеводы обладают способностью формировать гели с молочными белками. При охлаждении горячего молока, содержащего полимерные углеводы, гель образуется благодаря присутствию в молоке ионов К+ и Са2+ и взаимодействию сульфатных групп каррагинана с аминокислотными остатками молочных белков. Эта его особенность каррагинана находит широкое применение в молочной и кондитерской промышленностях как альтернатива желатина растительного происхождения.

В полисахаридах наиболее прочные гели дает несульфатированные. Считают, что гелеобразование происходит за счет перехода вытянутой спиральной конформации молекулы в растворе к жесткой упорядоченной двойной спиральной структуре, образующей зоны связывания гелевой сетки. Процесс гелеобразования можно условно разделить на две стадии: уплотнение и удвоение спиралей, называемое переходом «неупорядоченный клубок-спираль», и агрегация спиралей. Образование агарозного геля происходит при нагревании раствора полисахарида до температуры выше температуры гелеобразования и последующем охлаждении. При этом гели наилучшего качества получаются при медленном охлаждении[38].

Растворимость полиуглеводов, как и других полимеров, зависит от способности растворителя разрушать образующиеся спирали. Высокое содержание метоксильных групп и 3,6-ангидрогалактозы увеличивает гидрофобные свойства полимерного углевода, вследствие чего он способен растворяться в горячих водно-этанольных растворах. Напротив, агар, содержащий заряженные группы способен растворяться в полярных растворителях при относительно невысоких температурах.

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[26].