Polysaccharide
Eigenschaften und Nutzung Eine Einführung
Samenvatting
PolysaccharidebildennebenProteinenundNukleinsaurendiedritte groBeGruppevonMakromoleklileninderNatur. Derstandig,meisttiber PhotosyntheseanfallendeVorratdieserProdukteistunermeBlichund wirdzurZeitnurselektivgenutzt. EintypischesBeispielisthier dieCellulose,welchediebishereinzigewirtschaftlichbedeutsame KomponenteimHolzist. DiebisherigenVerfahrenderZellstoffgewin nungsindalleinaufdieIsolierungderCelluloseoptimiert,unddie dabeiweiteranfallendenStoffewerdenimglinstigstenFallzurDeckung deseigenenEnergiebedarfsverbrannt,invielenFallenjedocheinfach verworfen. FolgedieserselektivenNutzungisteineVerschwendung ungeheurerMengenhochwertigerNaturprodukte. EinestarkereNutzung derPolysaccharide,auBervonCellulose,Starke,Pektinenundeinigen Algenpolysacchariden,giltzurZeitnochalsunwirtschaftlich. DieVersorgungskriseninderErdolforderungunddieabsehbareErschop fungdieserQuellenhabeneinegewisseSinnesanderungbewirktundhaben zumindestdieAufmerksamkeit,wennauchnochnichtdieAktivitat,auf diese"wasteproducts"gelenkt. FragenderEnergiegewinnung,aberauch derHerstellungvongeeignetenVerdickungsmitteln,vonPharmazeutika undKosmetikasowievonneuartigenPolymerenundindustriellverwend barenMembranenwerdenzunehmendstarkerdurchdachtundbearbeitet. Jeder,dersichmitderbesserenNutzungderPolysaccharidebefassen mochte,stoBtjedochsofortaufdieliberraschendeErkenntnis,daBwir eigentlichsehrwenigliberdiemakromolekularenEigenschaftenundihre FunktionenimbiologischenBereichwissen. Vermutlichhangtdieser MangelanWissendamitzusammen,daBdiePolysaccharidezwareindeutig denBiopolymerenzuzuordnensind,vondenBiochemikernabervielfach alsnichtsobedeutsamangesehenwerden,denndieBiochemiebeschaf tigtsichimAugenblicknochvornehmlichmitderReplikationderErb information,derWeitergabedieserInformationangeeigneteProduk tionsstattenimOrganismusundmitderRegulierungdesStoffwechsels. InallendiesenBeispielenisteineexaktvorgegebeneSequenzfolgeder Monomerbausteineerforderlich,diemeistgleichzeitigeinegenaudefi nierteraumlicheGestaltdesMakromoleklilsbewirkt. Erstdurchdiese wirddiehochspezifischeenzymatischeKatalysedesStoffwechseismog lich. Nursehrwenige,einfachgebautePolysaccharidebildeneinedefinierte Uberstruktur. SiebesitzenhaufigkeinevolligregelmaBigePrimar struktur,sonderndieRegelmaBigkeitwirdimmerwiederdurchanders artigeZwischeneinheiteninkomplizierterWeiseunterbrochen. Esent stehteine,haufigdurchunlibersichtlicheVerzweigungverstarkt,stan digfluktuierendeGestalt,diesichnurnochstatistischerfassen laBt. AusderSichtderBiochemieistdieUntersuchungderartigerKon formationeneinbevorzugtesForschungsgebietderPolymerwissenschaft. DieseaberbeschaftigtesichbislangvorallemmitsynthetischenStof feninnichtwaBrigenSystemen. VI DervorliegendekleineBandistalseinersterSchrittzurFullung dieserKenntnisluckegedacht. DieBeitragesindsehrkurzgehaltenund sindalseineEinfuhrungzuverstehen,dieeinenUberblickverrnitteln soll. NacheinerallgerneinenUbersichtuberdasVorkommeninderNatur werdeneinigederwichtigstenPolysaccharidegesondertbehandelt. Es folgenAusfuhrungenuberNutzunginPharrnazieundLebensrnittelchernie sowieuberdieBedeutungvonPolysaccharideninderImmunbiologie. In diesernzuletztgenanntenGebietspieltdiegenaueBestimmungderZuk kersequenzirnMakrornolekuleineentscheidendeRolle,undsowirdder MethodikdieserhochkornpliziertenSequenzanalyseeineigenesKapitel eingeraurnt. WegendergroBenBedeutungderraurnlichenStrukturfurdie rnolekularenEigenschaftenwerdeninweiterenKapitelnKonforrnations bestimmungsrnethodeninverdunnterLosung,untergelbildendenBedingun genundirnkristallinenZustandkurzabgehandelt. SchlieBlichwerden BeispielezurSyntheseneuererPolyrnererunddieVerwendungvonPoly saccharidgelenalsTragerfuraktiveZellsysternebesprochen,sowiedie drangendeFrageeinerbesserenNutzungderanderenHolzkornponenten behandelt. InsgesarntistdadurcheineZusammenstellungentstanden,diesichnicht aufdiechernischeZusammensetzungunddasVorkommenvonPolysacchariden beschrankt,sondernvieleAspektederphysikalischenChernieundder biologischenFunktionurnfaBt,diefureineAbschatzungderNutzungs rnoglichkeitenvongroBerBedeutungsind. Freiburg,Sommer1984 waltherBurchard Inhaltsverzeichnis StrukturundbiologischeFunktionvonPolysacchariden (G. Franz)•. . . . . •. . •. •. . . ••. . . . . . . . ••. . . •••. . . . . •••••. •. . . . . . •••. 1 Cellulose (D. Fengel). . •. . . . •. . . •. . . ••••. . •. . . . . ••. . •. •. . . •. . . ••. 15 Starke(BeatePfannemuller)•. •. . . . . . . . . •. •. . . •. . . . . •. . . . •. . •. . . . . 25 PolyosenundLignin-Polysaccharid-KomplexeausHolz (D. FengelundG. wegener). . ••. . •. •. ••. ••. •••. . . . . •. . •. . . . . •. •. •• 43 MikrobiellerAbbauvonCelluloseundXylan (H. Sahm). . ••. . . . . . . . • 54 EnzymatischerAbbauvonStarke (BeatepfannemullerundW. Burchard). . •. . . . . . . . . . . •. •. . . ••. . . . . . . 65 DerivatederCellulose (K. Balser). ••. . . •. . . . . . . . . . •. . •. •. . . . . . . . 84 Bakterienpolysaccharide (K. Jann). . . . . . . . . . . . . •. . . . . . . . . . . •. . . . . . 111 PolysaccharideinderPharmazie (G. Franz). . •. . •. ••. . •. . . . . . . . . •. 126 VerwendungderPolysaccharideinderLebensmittelverarbeitung (H. Scherz)••. . . •. •. . . •. . •. ••. . •. •. . . ••••. . •••. . •. . . •. . . •. •. . . . . . . 142 MolekuleigenschafteninverdunntenLosungen (M. SchmidtundW. Burchard). •. . . . . . •. . . . . •. •. . . . . . . •. . •. . . . . . . . . 154 ThermoreversibleGelierung:Garrageenan,Agarose,Alginate,Pektin (H. -U. tl?rHeer)•. . . . ••. . . . . . . . . . . . . . . . •. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 171 MesophasenundPhasentrennung (W. Burchard). . . . . . . •. . . . . . •. . . . . . . 187 ChemischeStrukturaufklarungbakteriellerPolysaccharide (K. Jann). . . :. . . . •. . . . . . . •. . . •. •. . . . . . . . . •. •. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 199 PolysaccharidealsTragermaterialfurchemischeundbiochemische Reaktionen. TrennmaterialienfurSaulenchromatographie(J. Klein) 221 Kompatibilitat (W. Burchard). . . . . . . . . •. . . . . . . . . . . . . . . . . . . •. . . . . . . 232 OptischeTransformationzurVeranschaulichungeinigerMethoden derRontgen-undElektronenbeugunganPolymeren (G. Lieser). . ••. .