ВЫСШИЕ ПОЛИСАХАРИДЫ

Общие сведения.

Высшие полисахариды — полимеры, состоящие из множества структурных звеньев — остатков моносахаридов. По принятой классификации углеводов к высшим полисахаридам относят соединения, в состав молекул которых входит более 10 остатков моноз. Они не обладают сладким вкусом, не кристаллизуются из водных растворов, большинство из них образует коллоидные растворы. При гидролитическом расщеплении, катализируемом кислотами или ферментами, полисахариды распадаются на олиго- и моносахариды. Остатки моноз в молекулах полисахаридов соединены гликозидными связями в длинные, часто разветвленные цепи. В зависимости от вида моноз, образующих молекулу полисахарида, различают гомо- и гетерополисахариды. Молекулы гомополисахаридов состоят из многочисленных остатков одного моносахарида (глюкозы, фруктозы, галактозы, маннозы и т. д.). В состав молекул гетерополисахаридов входят разнообразные монозы, причем они часто связаны с неуглеводными компонентами (липидами, белками, аминокислотами и т. д.).

За основу классификации гомополисахаридов принята природа монозы, остатки которой образуют молекулу полимера. Так, различают: а) глюканы (крахмал, гликоген, клетчатка, декстран, лихенин), состоящие из глюкозных остатков; б) полифруктозиды или полифруктозаны (инулин, фруктозаны злаковых трав, бактериальные леваны), в состав которых входят остатки фруктозы; в) маннаны, состоящие из остатков маннозы; г) галактаны, в состав молекул которых входят только остатки галактозы; д) арабаны, ксиланы и т. д.

Гетерополисахариды также делятся на ряд групп: гемицеллюлозы, мукополисахариды, камеди, слизи.

Крахмал.

Это — основной резервный углевод высших растений. Является первым видимым продуктом фотосинтеза. В клетках растений находится в виде зерен, форма и размеры которых специфичны для каждого рода растений (картофеля, пшеницы, риса, овса, ячменя и т. д.).

Растения, богатые крахмалом, представляют собой ценные продукты питания и сырье для производства пищевых продуктов.

Крахмальные зерна состоят из двух компонентов — амилозы и амилопектина. Амилоза растворяется в горячей воде, амилопектин же образует в ней клейстер. Амилоза дает с иодом синее окрашивание, амилопектин — красно-фиолетовое. В состав амилозы входят остатки a-D- глюкозы, соединенные гликозидной связью (в положении 1,4) в неразветвленную цепь. Амилопектин состоит из тех же остатков но они образуют сильно разветвленные цепи. Остатки глюкозы в цепи амилопектина также соединены в положении 1,4, но в местах ветвления наблюдается другой тип связи — 1,6.

В крахмальных зернах количественно преобладает амилопектин, среднее содержание которого составляет 70—80% и более.

Под действием кислот или фермента амилазы крахмал расщепляется, давая в конечном итоге a-D-глюкозу

Промежуточными продуктами гидролиза являются декстрины. При кислотном гидролизе крахмала процесс идет до образования глюкозы, при ферментативном же расщеплении конечным продуктом является дисахарид мальтоза, которая уже при участии фермента а-глюкозидазы (мальтазы) гидролитически распадается с освобождением двух молекул глюкозы.

Крахмал восстанавливающими свойствами не обладает, они появляются лишь у декстринов.

Реакция крахмала с иодом. Наиболее специфическая реакция на крахмал — появление синего окрашивания с иодом. Окраска обусловлена амилозой. Хотя содержание амилопектина в зернах крахмала в несколько раз превышает количество амилозы, тем не менее синее окрашивание, возникающее при действии иода на амилозу, перекрывает красно-фиолетовую окраску амилопектина. Окраска исчезает при нагревании и восстанавливается при охлаждении крахмального клейстера.

Реактивы: а) крахмал (лучше всего растворимый), раствор; б) раствор Люголя: в нескольких миллилитрах холодной воды растворяют 2 г иодистого калия (KJ). В концентрированном растворе иодистого калия растворяют 1 г иода и добавляют воды до объема 100 мл.

В пробирку наливают 1-2 мл раствора крахмала и добавляют 1—2 капли раствора Люголя. Появляется насыщенное синее окрашивание. При нагревании синяя окраска исчезает, при охлаждении — восстанавливается.

Проверка восстанавливающих свойств крахмала. Реактивы: а) крахмал, 1%-ный раствор; б) соляная кислота, концентрированная; в) реактивы для реакции Троммера (см. выше).

В две пробирки наливают по 4-5 мл раствора крахмала. В одну пробирку добавляют 3 капли концентрированной соляной кислоты, во вторую — столько же дистиллированной воды (контроль). Обе пробирки ставят на 10—15 мин. в кипящую водяную баню. После охлаждения производят реакцию Троммера. В первой пробирке выпадает красный осадок закиси меди, что свидетельствует о гидролитическом расщеплении крахмала и освобождении веществ, обладающих восстанавливающими свойствами, во второй пробирке реакция отрицательная.

Гликоген (животный крахмал).

Содержится в печени (2—10%, в среднем 5%), скелетных и гладких мышцах, головном мозге. Значительные количества гликогена найдены у грибов — аскомицетов, фикомицетов, базидиомицетов. Гликоген в горячей воде образует коллоидные растворы, которые с иодом дают красно-бурое или красновато-фиолетовое окрашивание.

Кислотный гидролиз-гликогена, а также ферментативное расщепление (под действием глюкоамилазы и глико-генфосфорилазы) приводят в конечном итоге к освобождению а-глюкозы Под влиянием фермента амилазы гликоген расщепляется только до мальтозы.

Гликоген по своему строению и свойствам очень близок к компоненту крахмала — амилопектину. Он состоит из остатков связанных в положении 1,4, а в местах разветвления — 1,6.

Выделение гликогена из печени. Реактивы: а) печень лягушки; б) едкое кали, 30%-ный раствор; в) этиловый спирт, 50-, 75- и 96%-ный; г) диэтиловый эфир.

Свежую печень лягушки, (взятую от только что убитого животного) опускают в центрифужную пробирку

или стаканчик, прибавляют 10-кратный объем горячего 30%-ного раствора КОН и выдерживают 15 мин. в кипящей водяной бане, после чего охлаждают (на воздухе) и центрифугируют 10—15 мин. при 3000 об/мин. Жидкость над осадком сливают и прибавляют к ней (по каплям) 96%-ный этиловый спирт для осаждения гликогена. Осадок отделяют центрифугированием, промывают его по очереди 50-, 75- и 96%-ным спиртом и затем диэтиловым эфиром. Высушивание производят на воздухе (на часовом стекле).

Реакция гликогена с иодом. Реактивы: а) осадок гликогена (см. предыдущую работу); б) раствор Люголя (см. работу «Реакция крахмала с иодом»).

Часть осадка гликогена растворяют в горячей воде. После остывания к содержимому пробирки добавляют 2 капли раствора Люголя. Появляется красновато-бурое (иногда с фиолетовым оттенком) окрашивание.

Кислотный гидролиз гликогена. Реактивы: а) осадок гликогена; б) соляная кислота, раствор; в) едкий натр, 15%-ный раствор; г) реактивы для реакции Троммера.

Часть осадка кипятят 12—15 мин. с несколькими миллилитрами 3%-ного раствора соляной кислоты. После остывания содержимое пробирки нейтрализуют 15%-ным раствором едкого натра (по лакмусу) и производят реакцию Троммера.

Инулин.

Инулин содержится в корнях одуванчика, коксагыза, цикория, клубнях топинамбура (земляной груши), георгина, а также в некоторых водорослях. Состоит из остатков соединенных гликозидной связью в положении 1,2. В корнях и листьях ржи, пшеницы и некоторых других злаков найдены полисахариды, построенные также из остатков фруктозы и называемые инулидами, однако в их молекулах фруктозные остатки соединены не только в положении 1,2, но и 2,6. Инулин и инулиды хорошо растворяются в теплой воде, давая коллоидные растворы. Растворы инулина не окрашиваются иодом. При нагревании с кислотами или под действием фермента инулазы молекула инулина гидролитически распадается с освобождением -фруктозы.

Выделение инулина из клубней георгина или корней одуванчика. Рейкивы: а) клубни георгина или корни одуванчика; б) известковая вода (-ный раствор гидроокиси кальция ); в) щавелевая кислота, 1%-ный раствор; г) активированный уголь.

100 г измельченных клубней георгина или корней одуванчика заливают 250 мл горячей воды (60°). Настаивание продолжают в течение 1,5 ч, все время поддерживая температуру воды и помешивая настой. Фильтруют. К фильтрату добавляют известковую воду до щелочной реакции на лакмус (избегать избытка реактива). Выделившийся осадок отделяют фильтрованием. Фильтрат нагревают до 60—65° С и нейтрализуют щавелевой кислотой до pH 7, прибавляют немного активированного угля, перемешивают и фильтруют. Фильтрат охлаждают до температуры : выделяется аморфная масса инулина, которую отфильтровывают и выдерживают в ацетоне а потом высушивают на воздухе. Инулин используют для аналитических целей.

Гидролиз инулина и обнаружение фруктозы. Реактив инулин, раствор; б) соляная кислота, 10%-ный раствор; в) реактив Селиванова (см. «Реакция Селиванова на фруктозу»).

К 2-3 мл раствора инулина добавляют 2 мл 10%-ного раствора соляной кислоты и нагревают 8—10 мин. на горячей водяной бане, после чего прибавляют 8—10 капель реактива Селиванова (или несколько кристалликов резорцина). Появляется вишнево-красное окрашивание, характерное для фруктозы.