48-49

Биомолекулы. Углеводы

Растительные полисахариды

Среди полисахаридов наиболее важными являются два полимера глюкозы растительного происхождения: цeллюлoзa, в которой остатки глюкозы связаны в положении β(1→4), и крахмал, в котором основной тип связи α(1→4).

А. Целлюлоза

Цeллюлoзa, линейный гомогликан построенный из остатков глюкозы, связанных в положении β(1→4), является самым распространенным органическим соединением. В клеточных стенках растений целлюлоза составляет 40-50%, а в таком важнейшем сыpьe, как хлопковое вoлoкнo, — 98%. Молекулы целлюлозы содержат не менее 10⁴ остатков глюкозы [мол. масса (1-2)· 10⁶ Да] и могут достигать в длину 6-8 мкм.

Природная целлюлоза обладает высокой механической прочностью, устойчива к химическому и ферментативному гидролизу. Эти свойства связаны с конформацией молекул и особенностями надмолекулярной организации. Неразветвленные связи типа β(1→4) приводят к oбpaзoвaнию линейных целей, которые стабилизированы внутри- и межцепочечными водородными мостиками (1). Уже в процессе биосинтеза ассоциаты из 10-100 молекул объединяются в элементарные фибриллы диаметром около 4 нм. Примерно 20 таких элементарных фибрилл формируют микрофибриллу (2), которая видна под электронным микроскопом.

Целлюлозные микрофибриллы образуют основной каркас первичной оболочки растущих растительных клеток (3). Здесь они образуют сложную сетку в комплексе с другими полисахаридами. Связанные сахариды включают гемицеллюлозу — смесь преимущественно нейтральных гетерогликанов (кcилaнa, кcилoгликaнa, галактана и др.). Гемицеллюлоза ассоциирует с целлюлозными фибриллами за счет нековалентных связей, Эти комплексы связываются с нейтральными и кислыми пектинами, построенными в основном из галактуроновой кислоты. Наконец, в образовании первичной оболочки принимает участие коллагеноподобный белок экстенсин.

Высшие животные не могут усваивать целлюлозу, однако целлюлоза представляет интерес как инертный наполнитель (см. рис. 261). У многих травоядных (например, у жвачных животных) в желудочно-кишечном тракте содержатся cимбиoтичecкиe бактерии, способные расщеплять целлюлозу и тем самым переводить ее в форму, полезную для организма хозяина.

Б. Крахмал

Крахмал, широко распространенный резервный полисахарид растений, является наиболее важным углеводным компонентом пищевого рациона. В растениях крахмал содержится в хлоропластах листьев, плодах, семенах и клубнях. Ocoбeннo высоко содержание крахмала в зерновых культурах (до 75% от сухой массы), клубнях картофеля (примерно 65%) и других запасающих частях растений.

Крахмал откладывается в форме микроскопических гранул в специальных органеллах, амилопластах. Kрахмальные гранулы практически не растворяются в холодной воде, однако они сильно набухают в воде при нагревании. При продолжительном кипячении примерно 15-25% крахмала переходит в раствор в виде коллоида. Этот «растворимый крахмал» носит название амилоза. Ocтальная часть, амилопектин, нe растворяется даже при очень длительном кипячении.

Амилоза cocтоит из неразветвленных цепей, включающих 200-300 остатков глюкозы, связанных в положении α(1→4). Благодаря α-конфигурации при С-1, цепи образуют спираль, в которой на один виток приходится 6-8 остатков глюкозы (1). Синяя окраска растворимого крахмала при добавлении иода (иод-крахмальная реакция) связана с присутствием такой спирали. Атомы иода образуют цепочку вдоль оси спирали и в этом преимущественно неводном окружении приобретают темно-синюю окраску. Сильно разветвленные полисахариды, такие, как амилопектин или гликоген, окрашиваются в присутствии иода в коричневый или красно-коричневый цвет.

8 отличие от амилозы практически нерастворимый в воде амилопектин имеет разветвленную структуру. В среднем один из 20-25 остатков глюкозы содержит боковую цепь, присоединенную в положении α(1→6). При этом формируется древовидная структура, в которой, как и в амилозе, имеется лишь одна cвoбoднaя аномерная ОН-группа. Молекула амилопектина может включать сотни тысяч остатков глюкозы, и иметь молекулярную массу порядка 10⁸ Да.