Polisacharydy

Wielocukrowce, stanowią spolimeryzowane cząsteczki złożone, co najmniej z 10 cząsteczek cukrów prostych. Zazwyczaj są to związki o bardzo dużej cząsteczce, mającej budowę liniową lub rozgałęzioną. Poszczególne cząsteczki cukrów prostych połączone są wiązaniem α – lub β – glikozydowym. W cukrach forma aldehydowa umożliwia występowanie w równowadze izomerów przestrzennych α i β. Wiązanie β jest trwalsze niż α. Wiązanie α – glikozydowe jest skierowane pod płaszczyznę pierścienia, natomiast β – glikozydowe nad płaszczyznę.

α – D (+) glukoza β – D (+) glukoza

w skład polisacharydów mogą wchodzić jednakowe cząsteczki cukrów prostych homopolisacharydy lub różne cząsteczki cukrów heteropolisacharydy. W polisacharydach cząsteczki mogą być złożone tylko z samych cukrów np. glukozy i wtedy mówimy o glukanach, galaktozy – galaktany, mannozy – mannany.

Polisacharydy stanowią głównie substancje budulcowe i zapasowe komórek roślinnych i zwierzęcych.

• Mszaki i rośliny naczyniowe

  • Substancja budulcowa

    • Celuloza

    • Pektyny

    • Hemicelulozy

• Substancja zapasowa

  • Skrobia

• Brunatnice i krasnorosty

  • Substancje budulcowe

    • Galaktany

    • Galaktomannany

    • Alginiany

    • Pektyny

    • Celuloza

• Substancje zapasowe

  • Skrobia

  • Mannany

• Bakterie, grzyby i owady

  • Substancje budulcowe

    • Chityna

    • Celuloza

• Substancja zapasowa

  • Glikogen

Polisacharydy mają ograniczone właściowści jako substancje aktywne, spełniają głównie funkcje zapasowe i odżywcze; natomiast udowodniono im działanie immunotropowe, czyli posiadają wpływ na reakcje odpornościowe organizmu ludzkiego. Związki o tym charakterze wyodrębniono głównie z grzybów, mikroorganizmów oraz z roślin wyższych np. tuja (żywotnik), jeżówka purpurowa, huba (pasożyt).

Glukany

Skrobia jest to polisacharyd zbudowany zasadniczo z dwóch cząsteczek: cząsteczki amylozy, której jest 20 – 35% oraz cząsteczki amylopektyny 65 – 80%.

Amyloza ma strukturę linearną, jest polimerem zbudowanym z ok. 300 cząsteczek glukozy połaczonych α (1 – 4) glikozydowo.

Amylopektyna ma budowę rozgałęzioną, którą warunkuje połączenie α (1 – 4) glikozydowe

i α (1 – 6) glikozydowe.

Amyloza rozpuszcza się w wodzie zimnej i gorącej, natomiast amylopektyna rozpuscza się w wodzie zimnej, a po podgrzaniu tworzy klajster – żeluje.

Skrobia występuje w roślinie zazwyczaj w formie uformowanych ziaren, stanowi materiał zapasowy roślin. Ziarna skrobii barwią się roztworem jodu w jodku potasu (płyn Lugola) na fioletowo (niebiesko).

1. Skrobia ziemniaczana – Amylum solani

Psianka ziemniak Solanum tuberosum

Psiankowate Solanaceae

Otrzymuje się ją z bulw pędowych ziemniaka.

Cechy diagnostyczne surowca wg FP:

• Makroskopowe – proszek sypki, matowy, drobny, szeleszczący, bez smaku i zapachu

• Mikroskopowe – ziarna o różnej wielkości najczęściej podługowate, musszelkowate o zarysie trójkątnym, mogą występować pomiędzy nimi wszelkie formy pośrednie

• Chemicznie – reagują z roztworem jodu (KI), skrobia ogrzana powyżej 60⁰ uprzednio zabarwione jodem KI na chwilę traci barwę, a po ochłodzeniu barwa powraca.

Skrobia oprócz frakcji polisacharydowej zawiera frakcje fosforanowe.

Zastosowanie:

• W recepturze – przesypki, pudry, środek wypełniający tabletki, który pęcznieje pod wpływem wody i przyspiesza ich rozpad w żołądku

• Środek zagęszczający (kleik)

• Do przemysłowego otrzymywania glukozy i alkoholu etylowego

1. Skrobia pszenna (pszeniczna) – Amylum tritici

Pszenica Triticum

Wiechlinowate Poaceae

Otrzymywana z ziarniaków uprawianych odmian pszenicy.

Cechy diagnostyczne surowca wg FP:

• Makroskopowe – wyróżniamy ziarna duże i ziarna małe, niemal okrągłe o budowie soczewkowatej, rozpoznać też możnaziarna złożone

Zastosowanie:

• Jest używana jako obojętna zasypka, a także do produkcji tabletek jako substancja pęczniejąca ułątwiająca rozpad tabletek

1. Skrobia ryżowa – Amylum oryzae

Ryż Oryza

Ryż siewny Oryza sativa

Wiechlinowate Poaceae

Otrzymywana na drodze wodnej wodnej ekstrakcji z rozdrobnionych, przesianych ziaren ryżu, następnie suszona

Cechy diagnostyczne surowca wg FP:

• Makroskopowe – biały proszek, imaka, bez smaku i zapachu, łatwostrawny

• Tworzy lepki, zwięzły żel o obojętnym smaku.

1. Skrobia kukurydziana – Amylum maydis

Kukurydza Zea mays

Wiechlinowate Poaceae

Otrzymywana z dojrzałych ziarniaków kukurydzy.

Cechy diagnostyczne surowca wg FP:

• Makroskopowe – biały proszek, nieróżniący się od skrobii ziemniaczanej, bez smaku i zapachu

• Mikroskopowe – charakterystyczne są ziarna o różnej wielkości, najczęściej dwóch typów: okrągławe i wielokątne. Wyróżnia się, patrząc od góry, trójpromienistą szczelinkę lub jasne centralne wgłębienie.

Zastosowanie

• Środek pomocniczy, pęczniejący

1. Skrobia sago – Amylum sagi

Palma sago Metryxylon sagu

Palmy (Arekowate) Palmae (Arecaceae)

Często w postaci granulowanej, łatwo przyswajalna, stosowana w żywieniu dzieci, a także jako dodatek do deserów. Skrobia ta zawiera prawie wyłącznie węglowodany oraz małe ilości białka, witamin i niektórych minerałów.

1. Skrobia manihot (maniok) – Amylum manihot

Maniok Esculenta manihot

Wilczomlecz Euphorbiaceae

1. Skrobia marantowa – Amylum maranthae

Marakta trzcinowa Maranta arundinacea

Marantowate Marantaceae

Wszystkie skrobie rozpuszczone w zimnej wodzie i podgrzane ulegają sklajstrowaniu.

Dekstryny to produkty częściowej odbudowy skrobii, otrzymywane są w wyniku reakcji dekstrynowania polegającej na prażeniu skrobii w temp. 160 – 220⁰. Można też dekstrynować przez działanie na skrobię rozcieńczonymi kwasami w temp. 100 – 120⁰, zachodzi wtedy częściowa hydroliza skrobii.

Wyróżniamy kilka rodzajów dekstryn:

• Amylodekstryna – w KI barwi się na niebiesko

• Erytrodekstryna – w KI barwi się na czerwono

• Achrodekstryna – w KI nie barwi się

Najczęściej, jako surowiec, wykorzystuje się achodekstrynę i na jej bazie otrzymuje się podstawę do proszków do prania i klei.

Dekstryna ma zdolność do rozpuszczania się w zimnej wodzie, a w gorącej do pęcznienia.

Cyklodekstryny – otrzymuje się ze skrobii, którą poddaje się działaniu enzymów amylolitycznych (otrzymywane są przez hodowlę różnych bakterii z rodzaju Bacillus). Cyklodekstryny mają budowę kołową (cykliczną), czyli połączenie kilku cząsteczek glukozy wyobrażone w formie koła. Najprościej można otrzymać ze skrobii β – cyklodekstrynę, która zawiera 7 cząsteczek glukozy. Cyklodekstryny mają szczególne właściwości: ten twór kołowy na zewnątrz jest hydrofilowy, a wewnątrz hydrofobowy. W związku z tą budową cyklodekstryny mogą stworzyć połączenia zwane adduktami ze związkami nierozpuszczalnymi w wodzie jak olejki eteryczne i terpeny (związki o charakterze zapachowym). Cyklodekstryny w TPL są używane jako substancje pomocnicze np. obecne w tabletkach mogą powodować, że substancja czynna będzie bardziej biodostępna np. ułatwiają rozpuszczenie się w wodzie związkom nierozpuszczalnym w wodzie.

Glikogen – jest to wielkocząsteczkowy związek, który występuje w wątrobie, odkłada się w niej, stanowi materiał zapasowy, z którego organizm czerpie na wypadek głodu. U zwierząt ponadto odkłada się także w mięśniach.

Celuloza – wielko – i wielocząsteczkowy polisacharyd zbudowany z jednostek zwanych celobiozą.

Celobioza – jest oligosacharydem stanowiącym połączenie dwóch cząsteczek glukozy.

Wydłużona struktura liniowa i liczne wiązania wodorowe między cząsteczkami glukozy tworzą strukturę zwaną fibryllą, czyli włóknem, ponadto wyróżniamy jeszcze inne postacie celulozy jak celulozę krystaliczną zwaną micelarną oraz celulozę bezpostaciową o strukturze żelowej.

Celuloza jest podstawowym skłądnikiem budulcowym ścian komórkowych roślin wyższych, szczególnie w celulozę obfitują niektóre włókna jak włókna lnu lub juty oraz w bawełnie, gdzie tworzy włoski nasienne. Celuloza w czasie ulega przemianie, w komórkach zdrewniałych tworzy tzw. drzewnik zwany ligniną. Celuloza jest spotykana również w glonach, grzybach i niektórych bakteriach. Celuloza nie ulega strawieniu w organizmie ludzkim; ma znaczenie wypełniające.

W lecznictwie stosowane są estry celulozy:

• Ester metylowy celulozy – metyloceluloza – MC – zwany tylozą – stosowany jako środek pomocniczy głównie przy produkcji leków ocznych przy zwiększonej lepkości

• Hydroksyetylowy ester celulozowy – HEC – wytwarzany z celulozy, stosowany głównie jako półsyntetyczny środek zagęszczający, ale także jako wypełniacz, środek preciwzbrylający i emulgator. Konserwant.

• Karboksymetylowy ester celulozy – zwany koloksyliną- stosuje się jako środek opatrunkowy w terapii oparzeń i zmieszana z kwasem salicylowym jako środek na odciski.

W praktyce farmaceutycznej wykorzystuje się celulozę w formie mikrokrystalicznej, czyli postać krystaliczna, i ta celuloza dodawana jest jako środek pomocniczy do tabletek. W chromatografii wykorzystuje się ją jako nośnik.

Celulozę pozyskuje się z różnych gatunków bawełny Gossypium. Wyróżniamy dwa gatunki: Gossypium arboreum – drzewiasta (afrykańska) oraz Gossypium herbaceum – zielna (indyjska) z rodziny Malvaceae Ślazowate.

Surowiec stanowią odtłuszczone i wybielone włoski okrywające początkowo kwiat a później nasienie. Po zbiorze włoski te przesączone są tłustą substancją chroniścą je przed zamoczeniem. Tą warstwę tłustą się odmywa i pozostają lekkie puste w środku rurki.

Wata baewłniana zwana po łac. tela – gaza znajduje swoje zastosowanie jako materiał opatrunkowy. Obecnie czysta bawełna nie ma zastosowania w handlu z uwagi na niską trwałość, dlatego łączy się ją ze sztucznymi domieszkami najczęściej pod postacią wiskozy. Dodatek wiskozy obserwuje się także w produktach zwanych gazami.

Lichenina występuje w porostach m.in. w Cetraria islandica – tarczownica islandzka zwana też płucnicą islandzką lub po prostu porostem islandzkim.

Porosty Lichenes to inaczej grzyby Fungi żyjące w symbiozie z cyjanobakteriami; są nastawione na przyswajanie azotu – asymilacja azotu.

Lichenina występuje także w chrobotku reniferowym Cladonia rangiferina.

Izolichenina – wyodrębniona z porostów (jak wyżej).

Dekstrany – polisacharydy pochodzenia bakteryjnego, powstają z gatunku Leuconostoc mesenteroides lub inaczej Leuconostoc dextranicum są to paciorkowce heterofermentacyjne, które np. przerabiają tłuste mleko na maślankę, kapustę na kapustę kiszoną, odtłuszczoną śmietanę na masło; wykorzystywane są jako składnik probiotyków.

Wyprodukowane w wyniku przemian fermentacyjnych dekstrany dzielą się w zależności od masy cząsteczkowej i tak też są oznaczone np.: dekstran o masie cząsteczkowej 75000 używany jest jako środek krwiozastępczy, a dekstrany o masie mniejszej np. 40000 są wprowadzane do organizmu w zaburzeniach mikrokrążenia np. kończyny dolnej, ponieważ mają zdolność zapobiegania aglutynacji krwinek czerwonych, czyli zlepianiu się ich. Dekstryny o masie wyższej służą jako sita molekularne przy sączeniu białek.

Dekstran ma właściwości silnego chłonięcia wody, tworzy wtedy żel o strukturze siatkowatej. Preparatem handlowym o tych właściwościach jest Sephadex.

Fruktany – polimery fruktozy lub fruktofuranozy, występują w świecie roślinnym w rodzinach Asteraceae – astrowate oraz Poaceae – wiechlinowate.

Wyróżnia się dwa rodzaje fruktanów:

1. Fruktany grupy inuliny

2. Fruktany grupy lewanów

Inulina – występuje w organach podziemnych roślin głównie w :

• Oman wielki Inula helenium

Astrowate Asteraceae

Korzeń omanu radix inulae

• Słonecznik bulwiasty Heliantus tuberosus

Bulwa słonecznika tuber helianthi

• Mniszek lekarski Taraxacum officinale

Korzeń mniszka radix taraxaci

• Cykoria podróżnik Cichoriia intybus

Korzeń cykorii radix cichorii

Inulina służy do otrzymywania fruktozy. Stosowana w lecznictwie jako środek diagnostyczny, stosowane do otrzymywania produktów spożywczych dla diabetyków.

Synistryna – występuje w cebuli morskiej Urginea maritima rodzina liiowate Liliaceae. Surowcem są łuski cebuli morskiej bulbus scillae. Zawiera glikozydy nasercowe pochodne bufadienolidów.

Trytycyna – fruktan grupy lewanów, występuje najczęściej u traw. Surowcem są kłącza perzu rchizoma agropyri (rhizoma graminis lub triticum repens) z perzu właściwego Agropyron repens. Zebrane w sposób mechaniczny kłącza często kilkumetrowe są myte i suszone w przewiewnym miejscu i mechanicznie krojone na odcinki ok. 1 cm. Kłącza mają kolor jasno żółty, lśniący, są walcowate, posiadają charakterystyczne korzenie, które odchodzą od międzywęźli. W obrazie mikroskopowym nie wyróżnia się skrobii, ani kryształków szczawianu wapnia. Surowiec oprócz trytycyny zawiera fruktozę, mannitol, inozytol oraz olejek eteryczny – kapilen.

Kapilen – agropyren, który przejawia działanie bakterio – i fungistatyczne (hamuje rozwój bakterii i grzybów).

Ze względu na obecność fruktanów, głównie trytycyny i mannitolu, kłącze perzu działa słabo moczopędnie, przeczyszczająco, jako środek dietetyczny dla diabetyków oraz w mieszankach odchudzających jako środek energetyczny – inulina oraz moczopędny i przeczyszczający – trytycyna.

Galaktany – występują jako skłądniki ścian komórkowych krasnorostów Rodophyta. Występują także u niektórych grzybów a także w źdźbłach traw.

Surowiec: Agar – polisacharyd otrzymywany z krasnorostów, w których wyróżniamy dwa skłądniki: agarozę i agaropektynę. Krasnorosty, z których otrzymuje się Aar pochodzą głównie z mórz otaczających Japonię. Zaliczmy do nich:

• Gigartynę brodawkowatą – Gigartina mamillosa

• Chrzęstnicę kędzierzawą – Chondrus crispus

Agar stosowany jest głównie w lecznictwie jako środek osłaniający np. w chorobie wrzodowej, w technologii jako środek wypełniający przy produkcji tabletek, w diagnostyce jako podłoże do posiewów bakteryjnych. W Agarze występuje jeszcze karagenina, którą wykorzystuje się w farmakologii doświadczalnej do wywoływania modelowych stanów zapalnych i obrzeków u zwierząt.

Mannany – złożone są z cząsteczek mannozy. Szczególnie obficie występują w śluzach pochodzących z bulw storczyków (bulwa salepu tuber salep lub radix orchidis) ze storczyka Orchidis z rodziny storczykowate Orchidaceae.

Arabany i ksylany – polimery arabinozy i ksylozy; są to składniki ścian komórkowych roślin i śluzów. Szczególnie bogate w arabany i ksylany są hemicelulozy stanowiące w roślinach materiał zapasowy np. materiał zapasowy zarodków nasion kawy coffea arabica z rodziny marzanowate Rubiaceae.

Laminaryna – wyodrębniona z glonu należącego do brunatnic zwanego listownicą Laminaria; ma zdolność hamowania krzepnięcia krwi.

Fukoidyn – wyodrębniona z glonów brunatnic z rodaju Fucus. Surowcem jest Fucus vesiculosus morszczyn pęcherzykowaty; brunatnice Pheophyta. Występuje także morszczyn piłkowany Fucus serratus z rodziny morszczynowate Fucaceae. Morszczyn pęcherzykowaty jest pospolitym glonem chłodniejszych mórz europejskich, występują też w oceanie spokojnym i atlantyckim. Zasiedla teren podwodny do 10 m głębokości. Pod wodą tworzy dywany zwane plechami, które w czasie sztormu są wyrzucane na brzeg.

Surowcem jest wysuszona plecha morszczynu, którą zbiera się wyrzuconą na brzeg, myje pod wodą słodką i suszy w ok. 60⁰. Następnie w partiach pochodzących z jednego zbioru oznacza się zawartość jodu. Pęcherzyki zawierają w swoim wnętrzu powietrze oraz organicznie związany jod w postaci fitohormonu, czyli analogu hormonu ludzkiego występującego w roślinach. Analog ma podobną budowę przez co nie wykazuje identycznego działania jak hormon w organizmie ludzkim. Analogiem tym jest tyronina. Zawartość jodu w 100 g plechy wysuszonej nie mniejsza niż 0,1%. Zawartość jodu zależy od stopnia zasolenia wody.

Ważnym innym skąłdnikiem plechy morszczynu jest kwas alginowy, który jest liniowym polimerem kwasu mannyuronowego. Poza morszczynem otrzymuje się go z listownicy Laminarii pochodzącej głównie z oceanów gdzie osiąga duże rozmiary. Wykorzystuje się głównie sole sodowe, potasowe, magnezowe i amonowe kwasu alginowego. Wyróznia się dwa działania tego kwasu:

• Żeluje w wodzie, tworzy roztwory ciągliwe

• Podany do organizmu ma właściwości wchłaniania niektórych radioaktywnych jonów metali np. strontu, kadmu.

Kwas alginowy zmniejsza również stężenie cholesterolu w surowicy krwi. Jako środek żelujący, ciągliwy jest stosowany do wyrobu kapsułek ponieważ tworzy powłoki ochronne. Ponadto dodawany jest do lodów, majonezów itp.

Po wysuszeniu i rozdrobnieniu plechy marszczynu dodawana jest ona do leków ziołowych przeciw otyłości – efekty działania tych leków zależą od osobniczych uwarunkowań. Dzięki strukturze pęczniejącej, żelującej większe znaczenie ma działanie wypełniające pusty żołądek i w konsekwencji przeczyszczające, czyli efekt regulujący wypróżnianie.

Wyciąg z morszczynu można spotkać w preparatach ziołowych handlowych o nazwie Degrosan, Normosan, Normogram.

Działania niepożądane wynikające z obecności jodu w surowcu

Pacjenci z niedoczynnością tarczycy po zażyciu preparatów jodowych czują się szczególnie dobrze co doprowadza w konsekwencji do zwiększania dawek tych preparatów, które z czasen zaczynają ci pajenci traktować jako preparaty stymulujące aktywność psychofizyczną. Niedoczynność tarczycy może przesunąć się w kierunku nadczynności i u takich osób dać objawy takie jak: bezsenność, występujące nadciśnienie, nadmierne pocenie się, przyspieszenie tętna, może także czasami wywoływać ataki odsercowej dusznicy bolesnej.

Mukopolisacharydy

Związki wielkocząsteczkowe pochodzenia zwierzęcego zbudowane z kwasów uronowych, aminocukrów, reszt kwasu siarkowego i cukrów prostych jak galaktozy i mannany.

Heparyna – otrzymuje się ją z wątroby i płuc zwierząt rzeźnych. Ze 100 g tkanki otrzymuje się 100 mg heparyny (1:1000). Heparyna nawet w dużych rozcieńczeniach hamuje krzepnięcie krwi. Heparynę produkuje też w specjalnych gruczołach pijawka lekarska. Heparyna stosowana jest zapobiegawczo we wszystkich schorzeniach, w których występuje ryzyko zakrzepów np. w urazach w celu uzyskania lepszego przepływu krwi po złamaniach.

Kwas hialuronowy – mukopolisacharydy kwaśny, występujący w tkance łącznej okrywającej od wewnątrz ściany naczyń krwionośnych głównie włosowatych. Obecność kwasu hialuronowego powoduje regulację przepuszczalności ścian naczyń.

Polisacharydy grzybowe

Występują w grzybach mikroskopijnych i w grzybach wielkoowocnikowych; budują ściany komórkowe tych grzybów. Są to polisacharydy na bazie glukanów, mannanów i innych. Wykazują szczególny wpływ na układ immunologiczny człowieka.

Lentinan – wystepuje on w owocnikach grzybów Lentinus edodes – japońskie grzybki Shi – take. Grzybki te hodowane są na kłodach drzew. Wyciąg z tych grzybków jest wybitnym immunomodulatorem, działa przeciwwirusowo i przeciwpasożytniczo.

PKS – cyrestin, otrzymywany z hodowli grzyba nadrzewnego o nazwie Coriolus versicolor wrośniak różnobarwny. Jest to przeciwnowotworowy lek immunoregulacyjny stosowany doustnie.

Zymosan – związek izolowany z hodowli drożdży Saccharomyces cerevisiae; związek, który działa immunostymulująco przez aktywację systemu obronnego organizmu pod postacią makrofagów oraz przez stymulację układu siateczkowo – śródbłonkowego oplatającego żołądek i jelita w postaci sieci mniejszej i większej.