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 моно- или 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.

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 50-60°С. Хранят сырье по общему списку, в сухом, прохладном (10-15°С) помещении, оберегая от амбарных вредителей.

Анализ сырья, содержащего полисахариды

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

Применение сырья, содержащего полисахариды в медицинской практике

Полисахариды имеют важное медицинское и народно-хозяйственное значение.

В медицине они и модифицированные различными способами их производные могут быть использованы как наполнители, кровезаменители, обладают способностью пролонгировать действие лекарств, повышают резистентность слизистой оболочки желудка, оказывая противовоспалительное, обволакивающее и ранозаживляющее действие.

Обладают иммунологической активностью. Полисахариды некоторых грибов (дождевики) показали ингибирующий эффект в отношении клеток саркомы in vitro. Из них получают лекарственные средства, применяемые как радиопротекторные, отхаркивающие, иммунозащитные, противоязвенные и др. средства. Более подробно медицинское значение полисахаридов рассмотрено при характеристике отдельных групп полисахаридов.

Целлюлоза (клетчатка) – полисахарид, составляющий основную массу клеточных стенок растений (особенно ее вторичной оболочки). Молекулярная масса ее точно не установлена. Предполагают, что молекула клетчатки у разных растений содержит от 1400 до 10000 остатков глюкозы, которые соединены между собой b-1-4-гликозидными связями в линейные цепи.

Целлюлоза подвергается кислотному гидролизу и при кипячении с концентрированной серной кислотой превращается в глюкозу. При более слабом гидролизе образуется олигосахарид целлобиоза. Наличие значительных количеств целлюлозы должно учитываться при переработке лекарственного сырья. В медицине используется вата – Gossypium (волоски семян видов рода хлопчатник Gossypium L. сем. Мальвовые Malvaceae), более чем на 95% состоящая из клетчатки.

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.

Гемицеллюлозы – название этой группы полисахаридов было предложено в 1891 г. Шульце (Schulze) для описания веществ, которые относительно легко экстрагировались из разных растительных тканей и которые, как он полагал, являлись предшественниками целлюлозы, - отсюда название гемицеллюлоза (геми от греч. hemi – полу). Теперь установлено, что подобной связи не существует. Гемицеллюлозы – основной компонент первичной оболочки растительных клеток. Являясь одним из компонентов пластичного матрикса, гемицеллюлозы придают клеточной стенке дополнительную прочность, но почти не препятствуют ее росту. Гемицеллюлозы могут быть и запасными веществами, так как легко гидролизуются.

Макромолекулы гемицеллюлоз разветвлены и построены из пентоз (ксилоза, арабиноза) или гексоз (манноза, галактоза, фруктоза); степень полимеризации 50-300. По доминирующему в структуре моносахариду гемицеллюлозы можно подразделить на три подгруппы: ксиланы, маннаны и галактаны.

Инулин – высокомолекулярный углевод, растворимый в воде; из водных растворов осаждается спиртом. Количество остатков фруктозы, связанных в молекуле инулина гликозидными связями между 1-м и 2-м углеродными атомами, предположительно равно 34. Макромолекулы линейны и оканчиваются a-D-глюкопиранозным остатком. При кислотном гидролизе инулина образуются фруктофураноза и небольшое количество глюкопиранозы. Инулин в больших количествах содержится в подземных органах растений семейств Asteraceae и Campanulaceae, в которых он заменяет крахмал. Растения, содержащие инулин, используются для получения D-фруктозы. В настоящее время сырье богатое инулином (корни цикория, клубни топинамбура) широко используется в составе различных пищевых добавок, применяемых при заболевании диабетом.

Инулин относится к фруктозанам. Кроме фруктозанов инулиноподобного типа. у которых фруктофуранозные остатки соединены гликозидными (b2®1)-связями, выделяют фруктозаны леваноподобного типа, у которых остатки фруктофуранозы соединены гликозидными (b2®6)-связями. Леваны – линейные или имеющие низкую степень ветвления молекулы с более короткой цепью, чем инулин. Фруктозаны леваноподобного типа обнаружены в листьях, стеблях и корнях ряда однодольных растений. Так у представителей сем. злаков – Poaceae леваны функционируют главным образом как временные запасные 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 α-1,4-гликозидными связями (α-1,4- D-глюкан).

α-1,4- D-глюкан

Макромолекулы амилозы образуют спирали, каждый виток которой состоит из 6 остатков D-глюкопиранозы. Молекулярная масса колеблется от 32000 до 160000 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 α-1,4- и α-1,6-гликозидными связями.

α-1,4; 1,6 - D-глюкан

Молекулярная масса колеблется от 100000 до 1000000 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)n → (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.

Растительным сырьем для производства основных видов крахмала служат представители сем. злаков – Poaceae: плоды пшеницы, риса, кукурузы (содержат до 70% крахмала), но выделение их сложное из-за наличия белковых и других веществ, которые также нерастворимы в воде. Наиболее просто получается картофельный крахмал. Клубни картофеля (содержат до 25% крахмала) сортируют, тщательно моют, измельчают в специальных машинах, а затем вымывают крахмал из полученной кашки на ситах. Очищают и выделяют крахмал путем осаждения либо в отстойниках, либо в центрифугах.

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.

Слизи (Mucilagines) – гидрофильные гетерополисахариды, образующиеся обычно в неповрежденных клетках растений в результате слизистого перерождения клеточных стенок или клеточного содержимого. При этом ослизняться могут отдельные клетки (корни алтея, трава фиалки) или целые слои (семена подорожников, льна).

По химическому строению слизи делят на две группы:

1. Нейтральные слизи – являются продуктами полимеризации моносахаридов - D-галактозы, D-маннозы, L-арабинозы, D-глюкозы (галактоманнаны, глюкоманнаны, арабиногалактаны). Встречаются у растений сем. Орхидных, лилейных, бобовых.

2. Кислые слизи – кислотность их обусловлена наличием в их составе уроновых кислот (слизь семян подорожников, льна, корней алтея и др.).

Слизи – твердые аморфные вещества, хорошо растворимые в воде, не растворяются в спирте и неполярных растворителях. Осаждаются из водных растворов спиртом, солями Pb2+, Fe3+. При действии раствора гидроксида калия, натрия, аммиака образуется желтое окрашивание, а метиленовой сини – синее; тушь слизь не окрашивает. На этих физических и химических свойствах основаны методы выделения, очистки и анализа слизей.

Слизи чаще всего образуются у растений засушливых местообитаний в различных органах и тканях. Биологическая роль их довольно значительна. Они предохраняют растения от высыхания, играют роль запасных веществ, а также способствуют распространению и закреплению в почве семян растений (семена подорожников).

Слизи из сырья извлекают водой. Для их идентификации используют качественные реакции с растворами щелочей, аммиака (желтое окрашивание). Для выявления локализации слизи готовят микропрепараты в растворе туши, метиленовой сини. В растворе туши клетки со слизью будут бесцветными, а в метиленовой сини – синими.

Количественное определение проводят гравиметрическим методом, осаждая слизи из водных растворов, чаще всего, спиртом (листья подорожника, трава череды).

В медицине сырье, содержащее слизи, используют как противовоспалительное, отхаркивающее (виды алтея, подорожника, мать-и-мачехи), обволакивающее, слабительное (семена льна) средство. Кроме того, слизи обладают радиопротекторным и иммунозащитными свойствами.

Широко используются в пищевой и текстильной промышленности, при производстве клеев и красок.

Камеди (Gummi) – гетерополисахариды с обязательным участием уроновых кисло (D- глюкуроновой, D-галактуроновой). Карбоксильные группы уроновых кислот связаны с ионами Ca2+, K+, Mg2+. Камеди образуются в результате перерождения клеточных стенок и содержимого клеток различных тканей – сердцевины, сердцевинных лучей, коры и др. При этом, в отличие от слизей, клетки разрушаются и камедь выступает из естественных трещин или из искусственных надрезов стволов и застывает в виде комковатых, ленточных и другой формы образований.

Химический состав камедей очень сложен. Например, в состав абрикосовой камеди входят глюкуроновая кислоты – до 16%, галактоза – до 44%, арабиноза – до 41%.

Камеди – твердые аморфные вещества различной окраски.

По отношению к воде делятся на 3 вида:

1. арабиновые, хорошо растворимые в воде (абрикосовая и аравийская камедь);

2. бассориновые, плохо растворимые в воде, но сильно в ней набухающие (трагакантовая камедь);

3. церазиновые – плохо растворимые и мало набухающие в воде (вишневая камедь). Не растворяются в спирте и неполярных растворителях.

Камеди не совместимы с минеральными кислотами, со спиртом. Считается, что камеди предохраняют растения от инфицирования патогенными микроорганизмами, заливая образовавшиеся трещины и другие повреждения. Наиболее богаты камедями растения сем. Бобовых, розоцветных, рутовых, сумаховых.

Применяются в фармации растворимые в воде камеди (абрикосовая, арабиновая) в качестве эмульгаторов при приготовлении эмульсий. Широко используются в технике.