Полисахарид

Полисахаридтер, гликандар — молекуласында гликозидті байланысқан 10-нан артық моносахарид қалдықтары бар көмірсулар. Полисахаридтердің молек. массасы бірнеше мыңнан (, инулин) бірнеше млн-ға дейін (гиалурон қышқылы, гликоген) жетеді. Полисахаридтерге моносахаридтердің бір ғана түрінен немесе әр түрінен құралатын целлюлоза, крахмал, хитин, , гликопротеиндер, гепарин, т.б. жатады. Полисахаридтер сілтіге төзімді, қышқылда диполимерленеді, суда жақсы ериді. П-дің биологиялық маңызы әр алуан.

Полисахаридтер табиғи жоғары молекулалы қосылыстар. Полисахаридтердің жалпы формуласы (С₆Н₁₀О₅)_n, көптеген моносахарид молекуласының қалдықтарынан тұрады. Макромолекуладағы моносахаридтер қалдықтары полисахаридтерде де оттек "көпіршесі" арқылы жалғасқан:

...R — О — R — О — R...

Өсімдіктер мен жануарлар ағзасында ферменттердің әсерінен фотосинтез нәтижесінде түзілген моносахарид молекулалары поликонденсацияланып, полисахаридтер түзіледі:

6СО₂ + 6Н₂О → С₆Н₁₂О₆ + 6О₂

nС₆Н₁₂О₆ → (С₆Н₁₀О₅)_n + nH₂O

Полисахаридтердің маңызды өкілі — крахмал мен целлюлоза.

Крахмал

Крахмал (С₆Н₁₀О₅)_n табиғатта кең тараған полисахарид. Күріште 80%-ке дейін, бидай мен жүгеріде 70—75%, картоп түйіндерінде 20% крахмал болады.

Крахмалдың құрылысы

Крахмал — табиғи полимер. Ол екі полисахаридтен: амилоза мен аминопектиннен тұрады (45-сурет).

Полимерлену дәрежесі — n-нің мәні крахмалдың әр түрлі молекуласында шамамен 200-ден 2000-ға дейін болады. Крахмалдың молекулалық массасы бірнеше жүз мыңнан (амилоза) миллионға дейін (амилопектин) жетеді.

Крахмалдың макромолекуласы циклді α-глюкозаның қалдықтарынан тұрады. Крахмал түзілу процесінің сызбанұсқасы:

Яғни, крахмалдың қарапайым буыны, - C₆H₁₀O₅ -

Крахмалды алу

Өндірісте крахмалды картоптан немесе жүгеріден алады. Картоптан крахмал алу үшін оны ұнтақтап турап, сүзгіге салып, сумен шаяды. Сумен шайылған крахмалды ыдыстарда тұнғаннан кейін бөліп алып кептіреді.

Крахмалдың қасиеттері

Крахмал салқын суда ерімейтін ақ түсті ұнтақ зат. Ыстық суда ісініп, коллоид ерітінді — клейстер түзеді.

Крахмалдың маңызды химиялық қасиеттерінің бірі — йодпен әрекеттескенде көк түстің пайда болуы. Оны картоптың немесе ақ нанның кесіндісіне, крахмал клейстріне йод ерітіндісін тамызып көруге болады. Бұл реакцияны тағам өнімдерінде крахмалдың бар-жоғын анықтау үшін қолданады.

Крахмал минерал қышқылдың (H₂SО₄) немесе ферменттердің әсерінен гидролизденіп, глюкоза түзеді:

(С₆Н₁₀О₅)_n + nH₂O → C₆H₁₂O₆

Реакция жағдайына байланысты әр түрлі аралық өнімдер түзіліп, гидролиз сатылап жүруі мүмкін:

(С₆Н₁₀О₅)_n → (C₆Н₁₀О₅)m → xС₁₂Н₂₂O₁₁ → nС₆Н₁₂O₆

Макромолекуланың ыдырауы біртіндеп іске асады, әуелі ірі молекулалы қосылыс декстрин, содан кейін дисахарид мальтоза және гидролиздің соңғы өнімі глюкоза түзіледі.

Крахмалдың маңызы мен қолданылуы

Крахмал — негізгі азығымыздың бірі. Бірақ оны ағза бірден сіңіре алмайды. Тағамның құрамындағы крахмал майлар сияқты әуелі гидролизге ұшырайды. Гидролиздену процесі тамақты шайнағанда сілекеймен бөлінетін ферменттердің әсерінен ауызда басталады. Гидролиздену одан әрі асқазан мен ішекте жалғасады. Түзілген глюкоза ішектен қанға сіңіп, одан бүкіл ағзаға тарайды. Глюкозаның артық мөлшері гликогенге "жануар крахмалына" айналып, бауырда қор болып жиналады. Оның құрамы крахмал сияқты (С6Н10О5)n бірақ құрылысы крахмалдан тармақты (45, б-сурет) және молекулалық массасы да үлкен болады.

Организмнің гликоген жинауы шектеулі. Адам салмағының 1 килограмына 50—60 г гликоген жиналған соң, одан артық мөлшері майға айналып, адам толысып кетуі мүмкін. Гликоген қажеттілікке байланысты глюкозаға айналып, биохимиялық процестерге қатысады.

Крахмал гидролизінің аралық өнімдері декстрин мен мальтозаны ағза оңай сіңіреді. Тамақ дайындаған кезде крахмал декстринге айналады. Нан өнімдерін және картопты пісірген кезде крахмалдың аздап гидролизденуінен декстрин түзіледі.

Өнеркәсіпте крахмалды гидролиздеп, сірне мен глюкозаға айналдырады. Ол үшін крахмалға сұйылтылған күкірт қышқылын қосып қыздырады. Күкірт қышқылының артық мөлшерін бормен бейтараптап, кальций сульфатына айналдырып бөліп тастайды. Егер гидролизді соңына дейін жүргізбесе, декстрин мен глюкозаның қоспасы сірне алынады. Сірнеден кондитер тағамдарын, кәмпиттер, мармелад, джем, тосап жасайды.

Декстрин желім ретінде пайдаланылады. Крахмал мата өнеркәсібінде қолданылады. Ыстық үтіктің әсерінен крахмал декстринге айналып, жұқа қабықша түзеді. Ол матаға әр береді және тез кірлеуден сақтайды.

Крахмалдан химия өнеркәсібінде глюкоза, этил спиртін, ацетон және лимон қышқылын алады. Крахмал қағаз және картон өндірісінде қолданылады.

Целлюлоза

Целлюлоза да крахмал сияқты табиғи полимер — полисахарид. Оның молекулалық формуласы да крахмалдікі сияқты (С₆Н₁₀О₆)_n.

Целлюлозаны клетчатка деп те айтады. Ол — өсімдіктер клеткасы кабықшасының негізгі кұрам бөлігі. Едәуір көп таралған биополимер. Мақта талшығында 98%-ке дейін, ағаш сүрегінде 50%-ке жуық, жасыл жапырақтарда, шөпте (10—25%) болады.

Целлюлозаның макромолекуласы циклді (3- глюкозаның қалдықтарынан тұрады, түзу құрылымды (46-сурет). Целлюлозаның макромолекулалары бір бағытта орналасқандықтан, талшық түзеді (зығыр, мақта, кендір, т.б.).

Целлюлозаның қарапайым буыны крахмалдікі сияқты — С₆Н₁₀О₅ — бірақ в-глюкозаның қалдығынан құралған:

Крахмал мен целлюлозаның құрамына әр түрлі формалы глюкозаның кіруі олардың қасиеттеріне әсер етеді. Целлюлозаны тек қана күйіс қайыратын жануарлар қорыта алады. Адам және басқа жануарлар ферменттері целлюлозаны қорыта алмайды, сондықтан оны азық ретінде пайдаланбайды.

Целлюлозаның полимерлену дәрежесі — n-нің мәні крахмалдан көп, молекулалық массасы да крахмалдан үлкен (шамамен мақтада ~ 1,7 млн., зығырда ~ 6 млн-ға дейін) болады. Целлюлоза құрылымы тек түзу сызықты болады:

— С₆Н₁₀О₅ — С₆Н₁₀О₅ — С₆Н₁₀О₅ — С₆Н₁₀О₅ —

Мақта, зығыр, кендір, т.б. талшықты материалдардың целлюлозадан түзілетіндігі осыған байланысты.

Целлюлозаның қасиеттері

Целлюлоза ақ немесе сүр түсті талшықты қатты зат. Целлюлоза суда, спиртте, эфирде, ацетонда және т.б. органикалық еріткіштерде ерімейді.

Целлюлозаның гидроксил топтары арқылы әр түрлі эфирлерін алуға болады. Целлюлозаның құрамындағы глюкозаның әр қалдығында үш гидроксил тобынан болады:

Реакцияға бір, екі, үш гидроксил топтары қатысуы мүмкін. Реакцияны жүргізу жағдайына байланысты целлюлозаның әр түрлі нитраттары алынады:

Целлюлозаның нитраттары өте жанғыш және қопарылғыш заттар. Целлюлозадан толық емес нитрлеп, нитросырлар және лак алады. Толық нитрлеп, қопарылғыш зат (түтінсіз дәрі) өндіріледі.

Целлюлозаға сірке кышқылымен (немесе сірке ангидридімен) күкірт қышқылы қатысында әсер етіп, целлюлозаның диацетатын немесе триацетатын алуға болады:

Ацетатты талшық

Целлюлоза суда ерімейді, бірақ суды бойына сіңіріп ісінеді. Сондықтан целлюлозаның туындыларын еритін қосылыстарға айналдырады. Мысалы, құрамында екі немесе үш ацетат тобы бар целлюлоза ацетонда ериді, бұл полимердің ерекше маңызы бар. Целлюлоза ацетатын ацетонда ерітіп, кішкентай тесіктер арқылы (фильер деп аталатын) өткізіп, жылы ауамен үрлеп кептіргенде, жіңішке жылтыр жіпке айналады (47-сурет). Бұл жіп ацетатты жібек талшығы деп аталады.

Целлюлозадан жасанды талшықтар алудың басқа да жолдары бар. Оның мыс тұздарының аммиактағы ерітіндісін мысты-аммиакты жібек деп атайды. Егер сілтілік ортада күкірткөміртекпен целлюлозаға әсер етсе, целлюлоза ксантогенаты түзіледі. Бұл тұз суда ерігіш. Бұдан жасалған жіп вискоза жібі деп аталады. Осы тәсілдер бойынша алынған жібек макромолекулаларының химиялық құрамы целлюлозаның құрамымен бірдей. Целлюлозадан өндірілетін талшық мақта талшығынан кейінгі екінші орынды алады.

Крахмал мен целлюлозаның айырмашылығы

Полисахаридтерге крахмал мен целлюлоза жатады. Олардың молекулалық формулалары — (С₆Н₁₀О₅)_n. Бұл полисахаридтердің бір-бірінен айырмашылығы:

• а) крахмал молекуласы α-глюкоза, ал целлюлоза молекуласы β-глюкоза қалдығынан тұрады;
• ә) құрамындағы буындар саны да (n) әр түрлі, крахмалда бірнеше мыңнан, целлюлозада бірнеше миллионға дейін жетеді;
• б) крахмал молекуласы құрылымы — түзу сызықты және тармақты, ал целлюлоза молекуласы — тек түзу сызықты. Сондықтан олардың қасиеттері өзгеше. Крахмалдың қоректік зат ретінде алатын орны ерекше. Крахмалды адам мен барлық жануарлар азық ретінде қабылдап, қорыта алады, ал целлюлозаны тек күйіс қайыратын малдар, ұлулар және микроазғалар ғана қорытады. Фотосинтез процесі нәтижесінде жұтылған күн энергиясы көмірсуларда қор болып жинақталады. Тыныс алғанда жұтылған оттекпен тотығып, көмірсулар жинақталған энергияны ағзаға береді. Табиғатта кең таралуына байланысты көмірсулар маңызды өнеркәсіптік шикізат болып табылады. Көмірсулардан этил спиртін, қопарылғыш заттар, дәрі-дәрмектер, қағаз, жасанды талшықтар өндіреді.

Дереккөздер

1. «Қазақстан»: Ұлттық энцклопедия / Бас редактор Ә. Нысанбаев – Алматы «Қазақ энциклопедиясы» Бас редакциясы, 1998 ISBN 5-89800-123-9, VII том
2. Химия: Жалпы білім беретін мектептің жаратылыстану-математика бағытындағы 11-сыныбына арналған оқулық / Ә. Темірболатова, Н. Нұрахметов, Р. Жұмаділова, С. Әлімжанова. – Алматы: «Мектеп» баспасы, 2007. – 352 бет. ISBN 9965-36-092-8