Polysaccharide Eigenschaften und Nutzung Eine Einführung

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). . **. .