Polisacharydy (wielocukry), ang. Polysaccharides, niem. Polysaccharide.

Cukry złożone – polisacharydy

Polisacharydy w wyniku hydrolizy enzymatycznej lub kwasowej rozpadają się do disacharydów i monosacharydów.

Polisacharydy zostały podzielone na dwie duże grupy:

(a) Homoglikany – zawierają w budowie jednakowe monosacharydy.

(b) Heteroglikany – zbudowane z różnych monosacharydów.

Polisacharydy są glikozydami, których cząsteczki utworzone są z setek lub tysięcy reszt węglowodanowych połączonych ze sobą poprzez atomy tlenu grup półacetalowych.

Do najbardziej znanych polisacharydów należą: skrobia, glikogen, celuloza, inulina, agar, chityna, mureina.

Pod względem funkcjonalnym polisacharydy dzielimy na wielocukry strukturalne (budują struktury ścian komórkowych, istotę międzykomórkową w tkankach, występują w tkance nabłonkowej i łącznej), wielocukry wiążące wodę(zapobiegają wysychaniu komórek i tkanek, podtrzymują nawodnienie struktur komórkowych, wielocukry zapasowe (magazyn cukrowców, źródło oligosacharydów i monosacharydów).

Chityna tworzy szkielet stawonogów, ponadto jest to składnik ściany komórkowej grzybów i porostów. Podstawowa jednostką budowy chityny jest N-acetyloglukozamina. Cząsteczki N-acetyloglukozaminy w chitynie połączone są wiązaniem 1,4-β-glikozydowym.

Szkielet ściany komórkowej bakterii i niektórych sinic zbudowany jest z peptydoglikanu – mureiny. Jest to heteropolimer złożony z N-acetyloglukozaminy i kwasu N-acetylomuraminowego, połączonych wiązaniami β—1,4-glikozydowymi Podjednostki kwasu muraminowego połączone są z peptydami (często zawierają L-alaninę, kwas D-glutaminowy, kwas mezo-diaminopimelinowy, L-lizyna, D-alanina; ponadto aminokwasy diaminowe: kwas m- lub LL-diaminopimelinowy, L-lizyna – zapewniają usieciowanie mureiny). Kwas m-diaminopimelinowy i D-formy alaniny oraz kwasu glutaminowego nie występują u roślin i zwierząt, zatem są specyficzne dla bakterii.

image
źródło ilustracji: R. H. Garrett, Ch. M. Grisham: Biochemistry, 1999, s. 233.

Celuloza (błonnik; włóknik roślinny) jest liniowym homoglikanem złożonym z reszt glukozowych połączonych wiązaniami glikozydowymi β1→4. Niemal połowa biomasy w przyrodzie przypada na celulozę. Ściany komórkowe roślin zawierają około 40-50% celulozy. Włókna bawełny zawierają nawet 98% celulozy. Celuloza jest odporna na hydrolizę enzymatyczną i chemiczną. 50-100 cząsteczek celulozy buduje fibrylę elementarną o średnicy 4 nm. Około 20 firbyli elementarnych tworzy mikrofibrylę. Mikrofibryle celulozowe konstruują szkielet ściany komórkowej. Ten szkielet przyłącza inne wielocukry tworzące kolejne usieciowania. Do tych dodatkowych polisacharydów należy hemiceluloza, która jest mieszaniną ksylanów, ksyloglukanów i arabinogalaktanów. Hemiceluloza jest połączona z fibrylami celulozowymi, przy czym te struktury są ustabilizowane jeszcze przez pektyny (zawierające kwas glukuronowy). Zwierzęta nie mają zdolności trawienia celulozy. Przeżuwacze wykorzystują celulozę dzięki mikroflorze wytwarzającej enzymy celulolityczne (celulaza, celobiaza). Celuloza jest rozpuszczalna w amoniakalnym roztworze tlenku miedzi (odczynnik Schweitzer’a). Z chlorkiem cynku ZnCl2 daje zabarwienie niebieskie.

Celuloza traktowana 18% roztworem NaOH przekształca się w alkilocelulozę, która przy wymywaniu wodą ulega hydrolizie na hydrocelulozę o wzorze C6H10O5•H2O. Po wysuszeniu powstaje celuloza mniej odporna na działania chemiczne i łatwiej pochłaniająca barwniki. Ten zabieg w przemyśle nosi nazwę merceryzacji bawełny[1].

Pod wpływem bezwodnika kwasu octowego (CH3CO)2O celuloza hydrolizuje do celobiozy (disacharyd C12H22O11).

Kwas azotowy powoduje estryfikację grup hydroksylowych celulozy. Pod wpływem HNO3, wobec stężonego H2SO4 powstają nitrocelulozy: jednoazotan, dwuazotan, trójazotan celulozy. Nitrocelulozy są używane do produkcji prochów bezdymnych piroksylinowych (trójnitroceluloza), lakierów, celuloidu i jedwabiu sztucznego.

Celuloza, estry celulozy i jej pochodne mają wielkie znaczenie w przemyśle kosmetycznym, farmaceutycznym i spożywczym.

Celacefatum (octanoftalan celulozy) to higroskopijny proszek rozpuszczający się w acetonie, dioksanie, octanie etylu, chlorku metylenu, w roztworach wodnych o pH powyżej 6. Stosowany jako substancja błonotwórcza do powlekania tabletek i mikrokapsułek. Stosowany w postaci 10-15% roztworów z dodatkiem plastyfikatora. Chroni leki przed działanie soku żołądkowego, rozpuszcza się w jelitach (leki dojelitowe).

Nitroceluloza rozpuszczona w mieszaninie etanolu i eteru daje Collodium służące do powlekania tabletek, kapsułek, mikrokapsułek, ponadto 4% roztwory jako środek powlekający skórę.

Metyloceluloza otrzymywana jest przez działanie na alkilocelulozę w temp. 50 stopni C siarczanem dimetylu lub chlorkiem metylu, pod ciśnieniem. Wodne roztwory stają się lepkie, w dodatku wiele z nich rozpuszcza się w zimnej wodzie. Roztwory są obojętne i stabilne przy pH 2-12. W roztworach 4-5% są lepiszczem podczas granulacji leków i suplementów. Nadaje się do powlekania. Tworzy powłoczkę odporną na tłuszcze i rozpuszczalniki organiczne. Stabilizuje i zagęszcza krople. Po podaniu doustnym działa przeczyszczająco.

Etyloceluloza otrzymywana jest w wyniku działania chlorku etylu na alkilocelulozę. Nie rozpuszcza się w wodzie, glicerolu, glikolu, kwasach i zasadach. Zmienia jednak swoje właściwości w zależności od zawartości grup etoksylowych. Etyloceluloza zawierająca mniej niż 46,5% grup etoksylowych rozpuszcza się w chloroformie, octanem metylu i w mieszaninach węglowodorów aromatycznych z etanolem. Etyloceluloza zawierająca ponad 46,5% grup etoksylowych dobrze rozpuszcza się w etanolu, metanolu, octanie etylu i cykloheksanie. Stosowana do powlekania, produkcji granulatów i tabletek, jako lepiszcze w roztworach etanolowych 1-6%, chroni wnętrze leków przed wilgocią. Ważna w produkcji tabletek matrycowych.

Do wyrobu leków i kosmetyków stosowane są również hydroksyetyloceluloza (hydrożele), karmeloza sodu (karboksymetyloceluloza; lepiszcze, środek przeczyszczający – pęczniejący, składnik rozsadzający tabletki), hydroksypropyloceluloza (substancja wiążąca podczas granulacji, nośnik w tabletkach i kapsułkach; substancja błonotwórcza), hypromeloza (hydroksypropylometyloceluloza; emulgator, stabilizator w żelach, do wyrobu adhezyjnych bandaży, sztucznych łez, a nawet produkcji soczewek kontaktowych).

Jako dodatek do żywności celuloza (C6H10O5)n ma symbol E 460 (ang. Cellulose). W przemyśle spożywczym celuloza mikrokrystaliczna i celuloza sproszkowana to substancja wypełniająca, zagęstnik, stabilizator, emulgator, substancja wiążąca, antyzbrylacz, nośnik, dyspergent.

Etylohydroksyetyloceluloza spożywcza i kosmetyczna zawiera 7-19% grup etoksylowych i dobrze rozpuszcza się w wodzie zimnej, nie rozpuszcza się w wodzie gorącej. Substancja zagęszczająca, stabilizująca pianę, powlekająca. Dodawana do kremów, żeli, likierów, toników kosmetycznych.

Karboksymetyloceluloza spożywcza i kosmetyczna ma postać włóknistego lub ziarnistego proszku barwy białej lub szarej. Rozpuszcza się w wodzie zimnej i ciepłej; daje tzw. nieniutonowskie i psudoplastyczne roztwory. Jest zagęstnikiem, emulgatorem, stabilizatorem i wypełniaczem. Sosoy, majonezy, śmietanki, dressingi, galaretki, nadzienia, soki mętne, lody, jogurty.

W przemyśle spożywczym i kosmetycznym stosowane są również: etylometyloceluloza E465, hydroksypropylometyloceluloza E464, etyloceluloza INS 462 i metyloceluloza E461.

Celuloza mikrokrystalicznaCellulosum microcristallinum jest to oczyszczona i częściowo zdepolimeryzowana celuloza. Ma postać białego proszku uzyskanego dzięki zabiegom mechanicznym (silne rozdrobnienie). Nie rozpuszcza się w wodzie, ale pęcznieje i częściowo rozpuszcza się w roztworach alkalicznych. Stosowana do tabletkowania bezpośredniego (z pominięciem granulacji; do 50%), dobrze absorbuje syropy i oleje (nośnik sypki). Zmieszana z wodą w stosunku 33 cz. do 67 cz. daje, przy mieszaniu przez 25 minut – żel, który można poprawić za pomocą alginianu sodu lub karmelozy sodu. W tabletkach jest wypełniaczem, nośnikiem i czynnikiem rozsadzającym (do 10%)

Strukturalną jednostka bisacharydową celulozy jest celobioza, zbudowana z glukozy. Poprawia sypkość granulek, wchodzi w skład otoczek kapsułkowych

Glikogen jest polisacharydem zapasowym zwierząt, grzybów, niektórych bakterii oraz roślin (np. glistnik, niektóre gatunki kukurydzy). U zwierząt, w tym człowieka glikogen jest gromadzony w komórkach wątrobowych (6%) i mięśniowych (0,6%). Ma strukturę przypominająca amylopektynę, jednak cząsteczka jest jeszcze bardziej rozgałęziona, bowiem odgałęzienia powstają co 8-12 reszt glukozowych. Glikogen zawiera wiązania 1,4, 1,6 i nieco 1,3. Masa molowa glikogenu 3 tys. – kilka milionów. Łatwo ulega hydrolizie do glukozy. Glikogen można otrzymać z wątroby przez ogrzewanie w roztworze 30% KOH i wytrącanie alkoholem.


[1] Bobrański B., Tołłoczko S.: Chemia organiczna. PWN Warszawa 1957, s. 557.

Leave a Reply

You can use these HTML tags

<a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <s> <strike> <strong>

  

  

  

*

code