Полизахариди (полиози)
I. Определение, строеж и класификация
I.1. Определение
Молекулите на полизахаридите са изградени от голям брой монозахаридни остатъци. Те са широко застъпени както в растителни, така и в животински организми, където играят главно роля на резервна храна и на скелетно вещество.
I.2. Строеж
Полизахаридите имат високо ниво на организация на макромолекулите си. По химичната си същност полизахаридите са полигликозиди. Всeки монозахариден остатък в молекулата на полизахарида е свързан със следващия чрез полуацеталната (гликозидната) си група, а с предхождащия - с хидроксилна група. При киселинна или ензимна хидролиза полизахаридите се разграждат до съответните крайни продукти – хексози и пентози. Те са устойчиви на алкална хидролиза поради гликозидния им строеж.
Наред с първичната структура на биополимерната молекула на полизахарида, определена от последователността на свързване на мономерните остатъци, важна роля играе и вторичната структура, която се определя от пространственото разположение на макромолекулната верига, която може да бъде разклонена или неразклонена
![]() |
На края на всяка молекула полизахарид има свободна карбонилна група (носителка на редукционни свойства), но тази група е много малка, спрямо цялата биополимерна молекула, затова полизахаридите не проявяват редукционни свойства! |
I.3. Класификация на полизахариди
I.3.1. Според вида на получените при хидролиза монозахариди биват:
- хомополизахариди
Полизахариди, които са изградени от едини същ вид монозахариден остаък се наричат хомополизахариди. Такива хомополизахариди са: нишесте, гликоген и целулоза (крайният реакционен продук на тяхната хидролиза е D-глюкоза) и др.
- хетерополизахариди
Полизахариди изградени от различни монозахаридни остатъка се наричат хетерополизахариди. При тяхната хидролиза се получават два или повече монозахарида или монозахариди и техни производни. Хетерополизахариди са:хемицелулоза, мукополизахариди, растителни смоли и гуми и др. В организма хетерополизахаридите се свързват с белтъчните молекули и образуват сложни комплекси.
I.3.2. Според разпространението им биват:
- растителни - целулоза , нишесте пектин и др.
- животински - гликоген, хитин и др.
II.Хомополизахариди

Хомополизахаридите са твърди вещества, неразтворими във вода,които са с амфотерна структура. В организма хомополизахаридите изпълняват функциите на резервна храна и като скелетно вещество за създаване на градивни структурниелементи в организма.
II.1 Нишесте (скорбяла)
Нишестето е природен биополимер и спада към растителните хомополизахариди, чийто основен градивен елемент е α,D(+)- глюкоза:
нишесте
Нишестето се образува в клетъчните растителни органели (хлоропласти и амилопласти) и е продукт на фотосинтезата, извършваща се в зелените части на растенията. Нишестето е основна въглехидратна храна за живите организми. То се усвоява след предварителната му хидролиза под действието на ензима амилаза и получената глюкоза е храна за клетките. Нишестето се натрупва като резервна храна основно в луковиците, зърната, грудките, семена, но и в листата и стеблата на растенията. Богати на нишесте са ориз (85%), пшеница (75%), царевица (72%) и картофи (25%), от които нишестето се добива чрез отмиването му с вода. Нишестето е бял прах, без вкус и малко разтворим в студена вода, а в гореща вода набъбва и частично се разтваря. При бързо загряване на сухо се отделя част от влагата му и се молекулата му се разкъсва на по-късо верижни молекули т.н. декстрини, които са по-разтворими от нишестето във вода.
Нишестето няма редукционни свойства - не редуцира Фелингов разтвор и амонячен разтвор на дисребърен оксид! Качествената реакция за доказване на нишесте е с алкохолен разтвор на йод, с който то дава характерно синьо-виолетово оцветяване.
При обработка на нишесте с вода се отделят две фракции полизахариди: разтворим компонент (10-30% амилоза) и неразтворим остатък (70-90% амилопектин). Амилозата и амилопектина имат еднаква обща формула: (С6Н1003)n, където n-брой монозахаридни остатъци: за амилозата n = 500-1200, а за амилопектина n = 6000-36000. Молекулата на амилозата е неразклонена и изградена от α,D(+)-гликозидни остатъци, свързани чрез α-1,4-гликозидни връзки. Рентгеноструктурният анализ доказва, че линейна макромолекула на амилозата е нагъната като спирала като във всяка една серпентина има по 6 α,D(+)-гликозидни остатъци.
амилoза
Амилопектинът е с разклонена структура, която е изградена α,D(+)-гликозидни остатъци, чийто линейни участъци са изградена от α,D(+)-гликозидни остатъци, свързани с α-1,4-гликозидни връзки. Разклоненията в молекулата на амилопектина се осъществяват с α-1,6-гликозидни връзки - между първия С-атом на даден глюкозен остатък и шестия на друг. Амилопектинът е с молекулна маса до 1.108. Той е неразтворим в гореща вода (образува клей). Качествената реакция за доказване на амилопектин е с алкохолен разтвор на йод – получава се виолетово до червено-виолетово оцветяване.
Амилопектин
При пълната хидролиза на полизахаридите като крайни реакционни продукти се получават монозахариди или техни производни, а при непълната (ензимна) хидролиза - дизахарид, от който е изграден полизахарида. В храносмилателната система под действие на ензими протича ензимна хидролиза на нишестето, като се разкъсват α-1,4- и α-1,6-гликозидните връзки и се получават малтоза (дизахарид) и глюкоза (монозахарид). При киселинната хидролиза на нишесте се получават като междинни реакционни продукти декстрини и малтоза, а крайният реакционен продукт е глюкоза:
n = брой глюкозни остатъци; n > m
Процесът на пълната хидролиза на нишестето може сумарно да се изрази чрез реакция протичаща по схемата:
Нишестето се използва за получаване на глюкоза, алкохол, ацетон, глицерол, намира приложение и при производството на витамини и антибиотици, а междинните продукти при хидролизта му (декстрините) се използват за приготвяне на декстринови лепила.
II.2. Гликоген
Гликогенът в животинските организми изпълнява функцията на резервена храна, като при нужда се разгражда до глюкоза. Той се складира основно в черния дроб. Той се съдържа и в мускулната тъкан, където при физическо натоварване се разпада до млечна киселина. Гликогенът има структура подобна на амилопектина, но макромолекулата му е двойно по-разклонена и се състои от по-малък брой глюкозидни остатъци (10-12) в отделните й клонове затова макромолекулата му е почти сферична.
За разлика от амилопектина гликогенът във вода набъбва, след което се получава молекулен разтвор с характерна бяла опалесценция, който не се желира и е дясно въртящ (α=+1980). Гликогенът при киселинна хидролиза дава глюкоза, а при ензимна хидролиза (амилаза) - малтоза. Качествената реакция за доказване на гликоген е с алкохолен разтвор на йод – получава се червено до кафяво оцветяване.
II.3. Целулоза
Целулозата е един от най-разпространените в природата полизахариди. Тя е основен градивен елемент на клетъчните стени на растенията, на които придава еластичност и здравина. Съдржанието на целулоза в дървесината достига до 50%, а памукът е почти чиста целулоза (98%), голямо е съдържанието й в лена и конопа.
При пълна киселинна хидролиза (кипене с конц. Н2SО4) целулозата се превръща в β,D-глюкоза:
При по-ниска температура и под действието на ензима целулаза целулозата се разгражда до дизахарида целобиоза.
Целулозата има линейна неразклонена структура, която е изградена β,D(+)-гликозидни остатъци, свързани с β-1,4-гликозидни връзки:
Пръстенна равнинна формула на целулоза
Перспективна стереоравнинна формула на целулоза
Молекулната маса на целулозата варира от 5.105 до 3.106. Чрез рентгенографски анализ е доказано, че целулозата има кристална структура. Дългите целулозни макромолекули са нишковидни (линейни) и ориентирани паралелно по дължината на влакното. Такава структура се нарича влакнеста или фазерна и на нея се дължат специфичните свойства на целулозата: да се преде на нишки, голяма якост на късане и набъбване на влакната. Отделните макромолекули са свързани помежду си чрез многобройни водородни връзки в снопчета (нишки). Образуването на водородни връзки пречи на хидратирането макромолекулите на целулозата, поради което тя не се разтваря както във вода, така и в повечето органични разтворители. Целулозата е разтворима в Швайцеров реактив: [Cu(NH3)4(OH)2] - амонячен разтвор на меден дихидроксид, поради комплексообразуване. При нагряване гори и се овъглява.
Целулозата образува етери, тъй като в молекулната й структура се съдържат голям брой –ОН групи и може да се класифицира и като поливалентен алкохол. В зависимост от реакционните условия се естерифицират различен брой –ОН групи. Практическо приложение намират естерите на целулозата с азотната и с оцетната киселини. При взаимодействие на целулоза с нитрирна смес (2 части конц. H2SO4 и 1 част конц.HNO3) в зависимост от условията на реакцията се получават смеси от азотнокисели естери: целулозенмононитрат, целулозендинитрат или целулозентринитрат (пироксилин). Пироксилинът е взривно вещество и се използва за производство на бездимен барут. Сместта от моно- и динитроцелулоза (колоксилин) се нарича колодиев памук и се използва в медицината за покритие на рани.
При обработка на целулозата със смес от оцетна киселина и оцетен анхидрид (кат. сярна киселина) се получават целулозни ацетати, които имат преимущество пред целулозните нитрати, че са незапалими. Те се използват за производството на ацетатна коприна, която е с голяма трайност и здравина, за пласмаси и лакове.
При обработка на целулозен диацетат с камфор се получава пластмасата целон (електроизолатор), която се използва за производство на нечупливо органично стъкло. Получената от дървесина целулоза е суровина за производството на хартия.
![]() |
Човекът и месоядните животни не усвояват целулозата! |
Въпреки, човекът и месоядните животни не усвояват целулозата, не трябва да се подценява ползата от прием на продукти с високо съдържание на целулоза, тъй като тя подобрява и регулира перисталтиката в организма и служи като „метла” на отпадъчните продукти в дебелото черво. Целулозата служи за храна на преживните животни и някои микроорганизми, тъй като техните организми изработват ензими разграждащи целулозата.
II.4. Пектинови вещества
Пектиновите вещества са хомополизахариди и се съдържат в растителните организми (сухоземни растения и водорасли). Те имат изразена способност да се свързват с водата и да образуват високо вискозни разтвори (желета). Най-голямо е тяхното съдържание в плодовете (ябълки, дюли, сливи, ягоди и др.) и зеленчуците (моркови, цвекло и други месести корени).
Макромолекулата на пектините е изградена от α-(1,4-гликозидно свързани) остатъци на α,D-галактуроновата киселина карбоксиловите групи на която са чатично естерифицирани с метанол.
III. ХЕТЕРОПОЛИЗАХАРИДИ

Хетрополизахаридите са нееднородно изградени полизахариди и се срещат както в растителните, така и в животинските организми. Към тях спадат хемицелулозите, растителните смоли и гуми и мукополизахариди.
III.1.Хемицелулози (полуцелулози)
Терминът хемицелулози е въведен от Шулце (1891 г.). Хемицелулозите са полизахаридни комплекси. Те не са ратворими във вода и се различават от целулозата по своята добра разтворимост в разредени основи. В разтвори на неорганични киселини хемицелулозите хидролизират до хексози, пентози, и уронови киселини. Те са важен компонент на растителната тъкан, тъй като изпълняват роля на скелетни вещества в клетъчните стени на растенията и играят роля на резервна храна за растителните организми.
III.2. Растителни гуми и смоли
Растителните гуми и смоли по своята структура са аморфни вещества, които със водата образуват клейове, които се отделят от растенията при увреждане на тяхните тъкани се отделят растителни смоли: при нараняване на кората на сенегалската акация се отделя т. нар. арабска гума, а от черешата - черешова смола. Арабската смола се използва във фармацевтичната промишленост.
III.3. Мукополизахариди
Киселите (съдържат карбоксилови и сулфо групи в анионна форма) мукополизахариди са хетерополизахариди на съединителната тъкан в организма на човека и животните. Те имат неразклонени вериги. Най-голямо значение за организма имат N-съдържащите хетерополизахариди, а най-добре изучени са киселите полизахариди на съединителната тъкан, хрущяли, сухожилия, кожа, синовиална течност, стъкловидно тяло на очите, стени на кръвоносните съдове и др. Поради способността им да се свързват с водата и да я задържат киселите мукополизахариди са природните смазочни вещества на ставите. Основната роля на мукополизахаридите е да придават еластичност и здравина на тъканите и устойчивост към инфекции на съответните органи.
КЛЮЧОВИ ПОНЯТИЯ И СЪКРАЩЕНИЯ
аморфни вещества - вещества, в структурата на които липсва строга подредба на атомите или молекулите, каквато има в кристалите
вторична структура - определя се от пространственото разположение на макромолекулната верига, която може да бъде разклонена или неразклонена
декстрин - полизахарид, получен при термична обработка на картофено или царевично нишесте
колодиев памук - сместта от моно- и динитроцелулоза (колоксилин)
нитрирна смес - смес от 2 части конц. H2SO4 и 1 част конц. HNO3
полизахариди - биополимерни молекули, получени при поликондензация на голям брой монозахариди или техни производни
първична структура - определя се от последователността на свързване на мономерните остатъци
хемицелулози - полизахаридни комплекси
хетерополизахариди - полизахариди, изградени от различни монозахаридни остатъка
хомополизахариди - полизахариди, които са изградени от един и същ вид монозахаридни остатъци
ВЪПРОСИ И ЗАДАЧИ
- Какви биополимери са незахароподобните полизахариди?
- Дайте примери за хомополизахариди. Напишете формулите.
- Дайте примери за хетерополизахариди. Напишете формулите на някои от тях.
- Какви междинни и какви крайни продукти се получават при хидролизата на нишестето? Напишете схемата на хидролиза на нишестето.
- Колко kg глюкоза може да се получи от 1 t картофи, съдържащи 26 % нишесте, при условие, че цялото количество нишесте се превръща в глюкоза? Колко kg етилов алкохол може да се получи от тази глюкоза?
- В резултат на хидролизата на 0,5 t дървесина, съдържаща 54,2 % целулоза са получени 140 kg глюкоза. Съставете схемата на хидролиза на целулозата и изчислете добива на глюкозата в %.
- Как се получават и къде се използват ацетатите на целулозата. По какво се различават моно-, ди- и триацетата на целулозата? Напишете химичните им формули.
- Как се получават и къде се използват нитратите на целулозата? Какъв тип съединения са нитроцелулозите? Напишете химичните им формули.
- Какви фракции се отделят при обработка на нишесте с вода?
- Обяснете ролята на гликогена в организма. Каква е формата на гликогеновата макромолекула?
Отговор
Отговор
Отговор
Отговор
Отговор
Отговор
Отговор
Отговор
Отговор
Отговор