Principala formă de transport a carbohidraților în plantă este. Caracteristicile și clasificarea carbohidraților, rolul lor în viața plantelor

Monozaharide

Glucoză C6H2O6 ( formule structurale vezi fig. 2) (monoză, hexoză, aldoză, zahăr din struguri) - cea mai comună dintre monoze atât în ​​lumea vegetală, cât și în cea animală. Conținut în formă liberă în toate părțile verzi ale plantelor, semințelor, diverse fructeși fructe de pădure. ÎN cantitati mari Glucoza se găsește în struguri - de unde și numele - zahărul din struguri. Deosebit de mare rol biologic glucoză în formarea polizaharidelor - amidon, celuloză, construită din reziduuri de D-glucoză. Glucoza face parte din trestia de zahăr, glicozide, tanin și alte taninuri. Glucoza este bine fermentată de drojdie.

Fructoza C6H12O6 (formule structurale vezi Fig. 3) (monoză, hexoză, cetoză, levuloză, zahăr din fructe) se găsește în toate plantele verzi și în nectarul florilor. Există mai ales mult în fructe, așa că al doilea nume este zahărul din fructe. Fructoza este mult mai dulce decât alte zaharuri. Face parte din zaharoză și polizaharide cu greutate moleculară mare, cum ar fi inulina. La fel ca glucoza, fructoza este bine fermentată de drojdie.

dizaharide

Zaharoza С12Н22О11 (disaharida) este extrem de răspândită în plante, în special în rădăcinile de sfeclă (de la 14 până la 20% din greutatea uscată), precum și în tulpinile de trestie de zahăr ( fractiune in masa zaharoză de la 14 la 25%).

Zaharoza constă din -D-glucopiranoză și -D-fructofuranoză, legate prin 1 2 legături datorate hidroxililor glicozidici.

Zaharoza nu conține hidroxil glicozidic liber, este un zahăr nereducător și, prin urmare, este relativ inert din punct de vedere chimic, cu excepția sensibilității sale extreme la hidroliza acidă. Prin urmare, zaharoza este un zahăr de transport, sub forma căruia carbonul și energia sunt transportate în întreaga plantă. Sub formă de zaharoză, carbohidrații se deplasează din locurile de sinteză (frunze) în locurile în care sunt depozitați (fructe, rădăcini, semințe, tulpini). Zaharoza se deplasează de-a lungul fasciculelor conductoare de plante cu o viteză de 2030 cm/h. Zaharoza este foarte solubilă în apă și are un gust dulce. Odată cu creșterea temperaturii, solubilitatea acestuia crește. Zaharoza este insolubilă în alcool absolut, dar se dizolvă mai bine în alcool apos. Când este încălzită la 190-200 C și peste, zaharoza se deshidratează cu formarea de diverse produse polimerice colorate - caramele. Aceste produse, numite kohlers, sunt folosite în industria coniacului pentru a colora coniacurile.

Hidroliza zaharozei.

Când soluțiile de zaharoză sunt încălzite în mediu acid sau sub acțiunea enzimei -fructofuranozidaza, aceasta se hidrolizează, formând un amestec de cantități egale de glucoză și fructoză, care se numește zahăr invertit (Fig. 7).

Orez. 7.

Enzima -fructofuranozidaza este larg răspândită în natură; este activă în special în drojdii. Enzima este utilizată în industria cofetăriei, deoarece zahărul invertit format sub influența sa previne cristalizarea zaharozei în cofetărie. Zahărul invertit este mai dulce decât zaharoza datorită prezenței fructozei libere. Acest lucru vă permite să economisiți zaharoza utilizând zahăr invertit. Hidroliza acidă a zaharozei are loc și la gătirea gemului și la prepararea gemului, dar hidroliza enzimatică trece mai ușor decât acidul.

Maltoza C12H22O11 constă din două resturi -D-glucopiranoză conectate printr-o legătură glicozidică 14.

Maltoza în stare liberă se găsește în plante cantitati mari, dar apare în timpul germinării, deoarece se formează în timpul descompunerii hidrolitice a amidonului. Este absent în cerealele și făina normale. Prezența sa în făină indică faptul că această făină este obținută din boabe încolțite. Malțul, care este folosit în fabricarea berii, conține o cantitate mare de maltoză, motiv pentru care maltoza este numită și zahăr de malț. Sub acțiunea enzimei β-glucozidaze (maltaza), maltoza este supusă hidrolizei în D-glucoză. Maltoza este fermentată de drojdie.

Lactoza C12H22O11 este construită din -D-galactopiranoză și D-glucopiranoză, legate printr-o legătură glicozidică 14. Se găsește rar în plante.

Lactoza se găsește în cantități mari (45%) în lapte, motiv pentru care se numește zahăr din lapte. Este un zahăr reducător cu un gust slab dulce. Fermentat cu drojdie de lactoză până la acid lactic.

Celobioza C12H22O11 constă din două resturi -D-glucopiranoză conectate printr-o legătură glicozidică 14.

Acesta servește ca o componentă structurală a polizaharidei celulozice și se formează din aceasta în timpul hidrolizei sub acțiunea enzimei celulaze. Această enzimă este produsă de o serie de microorganisme și este, de asemenea, activă în germinarea semințelor.

Polizaharide care nu sunt asemănătoare zahărului

Polizaharide de depozitare

Amidonul (C6H10O5)n este cel mai important reprezentant al polizaharidelor din plante. Această polizaharidă de stocare este folosită de plante ca material energetic. Amidonul nu este sintetizat în organismul animal; glicogenul este un carbohidrat de rezervă similar la animale.

Amidonul se găsește în cantități mari în endospermul cerealelor - 6585% din masa sa, în cartofi - până la 20%.

Amidonul nu este o substanță individuală din punct de vedere chimic. Pe lângă polizaharide, compoziția sa include minerale, reprezentat în principal de acid fosforic, lipide și greutate moleculară mare acid gras-- palmitic, stearic și alți compuși adsorbiți de structura polizaharidă carbohidrată a amidonului.

În celulele endospermului, amidonul se găsește sub formă de boabe de amidon, a căror formă și dimensiune sunt caracteristice acestui tip de plante. Forma boabelor de amidon face posibilă recunoașterea cu ușurință a amidonului diferitelor plante la microscop, care este utilizat pentru a detecta amestecul unui amidon în altul, de exemplu, atunci când se adaugă făină de porumb, ovăz sau cartofi la făina de grâu.

În țesuturile de depozitare ale diferitelor organe - tuberculi, bulbi, boabele mai mari de amidon sunt depozitate în amiloplaste ca amidon secundar (de rezervă). Boabele de amidon au o structură stratificată.

Structura componentelor carbohidrate ale amidonului

Partea carbohidrată a amidonului este formată din două polizaharide:

• 1. Amiloză;
• 2. Amilopectina.
• 1 Structura amilozei.

În molecula de amiloză, resturile de glucoză sunt legate prin legături glicozidice 1 4, formând un lanț liniar (Fig. 8, a).

Amiloza are un capăt reducător (A) și un capăt nereducător (B).

Lanțurile liniare de amiloză care conțin de la 100 la câteva mii de reziduuri de glucoză sunt capabile să se spiraleze și să capete astfel o formă mai compactă (Fig. 8, b). Amiloza se dizolvă bine în apă, formând adevărate soluții instabile și capabile de retrogradare - precipitare spontană.

Orez. 8.

a - diagrama conexiunii moleculelor de glucoză în amiloză; b - structura spațială a amilozei; c -- schema legăturii moleculelor de glucoză în amilopectină; d -- moleculă spațială a amilopectinei

2 Structura amilopectinei

Amilopectina este o componentă ramificată a amidonului. Conține până la 50.000 de reziduuri de glucoză, interconectate în principal prin 14 legături glicozidice (secțiuni liniare ale moleculei de amilopectină). La fiecare punct de ramificare, moleculele de glucoză (-D-glucopiranoză) formează o legătură glicozidică 16, care reprezintă aproximativ 5% numărul total legături glicozidice ale moleculei de amilopectină (Fig. 8, c, d).

Fiecare moleculă de amilopectină are un capăt reducător (A) și un număr mare de capete nereducătoare (B). Structura amilopectinei este tridimensională, ramurile sale sunt situate în toate direcțiile și conferă moleculei o formă sferică. Amilopectina nu se dizolvă în apă, formând o suspensie, dar când este încălzită sau sub presiune formează o soluție vâscoasă - o pastă. Cu iod, o suspensie de amilopectină dă o culoare roșu-maro, în timp ce iodul este adsorbit pe molecula de amilopectină, deci culoarea suspensiei se datorează culorii iodului în sine.

De regulă, conținutul de amiloză din amidon variază de la 10 la 30%, iar amilopectina - de la 70 la 90%. Unele soiuri de orz, porumb și orez sunt numite ceară. În boabele acestor culturi, amidonul este format numai din amilopectină. La mere, amidonul este reprezentat doar de amiloză.

Hidroliza enzimatică a amidonului

Hidroliza amidonului este catalizată de enzime – amilaze. Amilazele aparțin clasei hidrolazelor, o subclasă - carbohidrazele. Există b- și -amilaze. Acestea sunt enzime cu o singură componentă formate din molecule de proteine. Rolul centrului activ în ele este îndeplinit de grupurile - NH2 și - SH.

Caracteristicile b - amilaza

b - Amilaza se găsește în saliva și pancreasul animalelor, c mucegaiuri, în boabe încolțite de grâu, secară, orz (malț).

b- Amilaza este o enzimă termostabilă; optimul ei este la o temperatură de 700C. Valoarea optimă a pH-ului este 5,6-6,0; la pH 3,3-4,0 se prăbușește rapid.

Caracteristici - amilaza

Amilaza se găsește în boabele de grâu, secară, orz, soia și cartofi dulci. Cu toate acestea, activitatea enzimei în semințele și fructele coapte este scăzută; activitatea crește în timpul germinării semințelor.

β-amilaza descompune complet amiloza, transformând-o 100% în maltoză. Amilopectina descompune maltoza și dextrinele, care dau o culoare roșie-maro cu iod, despărțind doar capetele libere ale lanțurilor de glucoză. Acțiunea se oprește când ajunge la ramuri. β-amilaza descompune amilopectina cu 54% pentru a forma maltoză. Dextrinele rezultate sunt hidrolizate de b-amilază pentru a forma dextrine cu greutate moleculară mai mică și care nu se colorează cu iod. Ulterior acțiune pe termen lung b-amiloză pe amidon, aproximativ 85% din aceasta este transformată în maltoză.

Acestea. acţiunea β-amilazei produce în principal maltoză şi unele dextrine cu molecul mare. Acțiunea b-amilazei produce în principal dextrine cu greutate moleculară mai mică și o cantitate mică de maltoză. Nici b-, nici b-amilazele singure nu pot hidroliza complet amidonul pentru a forma maltoză. Cu acțiunea simultană a ambelor amilaze, amidonul este hidrolizat cu 95%.

Produse de hidroliză a amidonului

Ca produse finali ale hidrolizei amilozei, se formează de obicei nu numai maltoză, ci și glucoză, iar în timpul hidrolizei amilopectinei se formează maltoză, glucoză și o cantitate mică de oligozaharide care conțin o legătură glicozidică 6-I6. Legătura glicozidică b I6 este hidrolizată de enzima R. Principalul produs format în timpul hidrolizei amilozei și amilopectinei este maltoza. În continuare, maltoza sub acțiunea b-glucozidazei (maltazei) este hidrolizată la D-glucoză.

Preparatele de amilază sunt utilizate pe scară largă în coacere ca amelioratori. Adăugarea de amilaze duce la formarea unui pesmet de pâine mai moale și reduce rata de învechire a pâinii în timpul depozitării.

Glicogenul și fitoglicogenul (glicogenul din plante) se găsesc în boabele de porumb. În structură, fitoglicogenul este aproape de polizaharida de depozitare a organismelor animale - glicogenul, care se numește amidon animal. Fitoglicogenul, ca și glicogenul animal, are mai mult grad înalt ramificată decât amilopectina, aproximativ 10% din legăturile sale sunt 16 legături, în timp ce amilopectina are aproximativ 5% din astfel de legături.

Inulina aparține polizaharidelor de rezervă ale plantelor. Reprezintă un grup de forme moleculare de aproximativ aceeași dimensiune.

Inulina, ca polizaharidă de rezervă, este depusă în organele de depozitare subterane ale plantelor - în tuberculii de anghinare, dalie și rizomi de anghinare. Mai mult, ca rezerva de energie a unei substante, este de preferat amidonului.

O altă polizaharidă de rezervă, levanul, are o structură apropiată de inulina. Numărul de reziduuri de monozaharide din levan este de 78.

Levanele sunt polizaharide de depozitare temporară ale plantelor de cereale. Se găsesc în frunzele, tulpinile și rădăcinile plantelor și sunt folosite în timpul coacerii boabelor pentru sinteza amidonului. Ca și inulina, levanul conține un reziduu terminal de zaharoză. Lanțul polizaharidic al inulinei și levanului nu are capete reducătoare - atomii lor de carbon anomeri sunt ocupați în formarea unei legături glicozidice.

Alte polizaharide de depozitare includ galactomananii din semințele de soia și glucomananii, care sunt stocați ca rezerve de unele plante tropicale, dar structura chimica nu sunt complet instalate.

Polizaharide structurale

Celuloza (C6H10O5) este o polizaharidă de ordinul doi și este componenta principală a pereților celulari. Celuloza constă din reziduuri -D-glucoză legate între ele prin 1 4 legături glicozidice (Fig. 9, a). Printre alte polizaharide care alcătuiesc peretele celular al plantei, acesta aparține polizaharidelor microfibrilare, deoarece în pereții celulari moleculele de celuloză sunt conectate în unități structurale numite microfibrile. Acesta din urmă constă dintr-un mănunchi de molecule de celuloză situate pe lungimea sa paralele între ele.

Orez. 9.

a - o conexiune a moleculelor de glucoză; b - structura microfibrilelor; c - structura spatiala

Pulp Spread

În medie, există aproximativ 8.000 de reziduuri de glucoză per moleculă de celuloză. Hidroxilii la atomii de carbon C2, C3 și C6 nu sunt substituiți. Unitatea care se repetă din molecula de celuloză este un reziduu al celobiozei dizaharide.

Proprietățile celulozei

Celuloza nu se dizolvă în apă, ci se umflă în ea. Grupările hidroxil libere pot fi înlocuite cu radicali - metil -CH3 sau acetal cu formarea unei legături simple sau esterice. Această proprietate joacă mare rolîn studiul structurii celulozei și, de asemenea, găsește aplicație în industrie în producția de fibre artificiale, lacuri, piele artificială și explozivi.

Digestibilitatea celulozei

Majoritatea animalelor și a oamenilor nu digeră celuloza. tract gastrointestinal, deoarece corpul lor nu produce celulază, o enzimă care hidrolizează legătura 4 glicozidică. Această enzimă este sintetizată de diferite tipuri de microorganisme care provoacă putrezirea lemnului. Termitele digeră bine celuloza, deoarece microorganismele simbiotice care produc celulază trăiesc în intestinele lor.

În rațiile de furaje mari bovine includ celuloza (în compoziția paielor și a altor componente), deoarece stomacul lor conține microorganisme care sintetizează enzima celulaza.

Semnificația celulozei

Importanța industrială a celulozei este enormă - producția de țesături de bumbac, hârtie, lemn industrial și o întreagă gamă de produse chimice, care se bazează pe prelucrarea celulozei.

Hemicelulozele sunt polizaharide de ordinul doi care, împreună cu substanțele pectinice și lignina, formează matricea pereților celulelor vegetale, umplând spațiul dintre cadrul pereților, compus din microfibrile de celuloză.

Hemicelulozele sunt împărțite în trei grupe:

• 1. Xilani;
• 2. Manans;
• 3. Galactanii.
• 1. Xilanii sunt formați din resturi de D-xilopiranoză conectate prin 4 legături într-un lanț liniar. Șapte din zece reziduuri de xiloză sunt acetilate la C3 și rareori la C2. Unele resturi de xiloză au acid 4-o-metil-D-glucuronic atașat printr-o legătură glicozidică 2.
• 2. Mananii constau dintr-o coloană vertebrală formată din reziduuri -D-manopiranoză și -D-aminopiranoză legate prin legături glicozidice 4. Resturile simple de -D-galactopiranoză sunt atașate la unele resturi de manoză ale lanțului principal prin 6 legături. Grupările hidroxil de la C2 și C3 ale unor resturi de manoză sunt acetilate.
• 3. Galactanii constau din reziduuri de β-galactopiranoză conectate prin 4 legături în lanțul principal. La C6 li se alătură dizaharide formate din D-galactopiranoză și L-arabofuranoză.

Substanțele pectice sunt un grup de polizaharide cu greutate moleculară mare care, împreună cu celuloza, hemiceluloza și lignina, formează pereții celulari ai plantelor.

Structura substanțelor pectinice

Componenta structurală principală a substanțelor pectinice este acidul galacturonic, din care este construit lanțul principal; Lanțurile laterale includ arabinoză, galactoză și ramnoză. Parte grupări acide acidul galacturonic este esterificat cu alcool metilic (Fig. 10), adică. monomerul este acidul metoxigalacturonic. În lanțul metoxipoligalacturonic, unitățile monomerice sunt legate prin 4 legături glicozidice, lanțurile laterale (ramuri) sunt atașate de lanțul principal prin 2 legături glicozidice.

Substanțele pectine din sfecla de zahăr, mere și citrice diferă între ele în compoziția lanțurilor laterale ale lanțului poligalacturonic și în proprietățile fizice.

În funcție de numărul de grupări metoxi și de gradul de polimerizare, se disting pectinele esterificate înalt și scăzut. În primul, mai mult de 50% din grupările carboxil sunt esterificate, în cel din urmă, mai puțin de 50% din grupările carboxil.

Substanțele pectinice sunt amestecuri fizice de pectine cu substanțe însoțitoare - pentozani și hexozani. Greutatea moleculară a pectinei este de la 20 la 50 kDa.

Există pectina de mere, care se obține din tescovină de mere, pectina de citrice - din coji de citrice și tescovină, pectina de sfeclă - din pulpa de sfeclă. Gutuile, coacăzele roșii, lemnul de câine, pruna de cireș și alte fructe și fructe de pădure sunt bogate în substanțe pectinice.

În plante, substanțele pectice sunt prezente sub formă de protopectină insolubilă asociată cu araban sau xilan. perete celular. Protopectina este transformată în pectină solubilă fie prin hidroliză acidă, fie prin acțiunea enzimei protopectinază. Din solutii apoase Pectina se izolează prin precipitare cu alcool sau acetonă 50%.

Acizi pectici și sărurile lor

Acizii pectici sunt acizi poligalacturonici cu molecul mare, o mică parte din grupele carboxil ale cărora este esterificată cu alcool metilic. Sărurile acizilor pectici se numesc pectinați. Dacă pectina este complet demetoxilată, atunci se numesc acizi pectici, iar sărurile lor se numesc pectate.

Enzime pectolitice

Enzimele implicate în hidroliza substanțelor pectinice sunt numite pectolitice. Ei au mare importanță, deoarece ajută la creșterea randamentului și la clarificarea sucurilor de fructe și fructe de pădure.Sustanțele pectinei din plante se găsesc de obicei nu sub formă liberă, ci sub forma unui complex complex - protopectină. În acest complex, acidul poligalacturonic metoxilat este asociat cu alte componente carbohidrate ale celulei - araban și galactan. Sub acțiunea enzimei protopectinază, arabanul și galactanul sunt scindate din protopectină. Ca rezultat al acțiunii acestei enzime, se formează acid poligalacturonic metoxilat sau pectină solubilă. Pectina solubilă este descompusă în continuare de alte enzime pectolitice.

Când enzima pectinesteraza acționează asupra pectinei solubile, legăturile esterice sunt hidrolizate, rezultând formarea alcool metilicşi acid poligalacturonic, adică pectinesteraza scindează grupările metoxi ale acidului metoxipoligalacturonic.

Enzima poligalacturonaza, când acționează asupra pectinei solubile, scindează legăturile dintre acele regiuni ale acidului poligalacturonic care nu conțin grupări metoxil.

Semnificație tehnologică și fiziologică

O proprietate importantă a substanțelor pectinice este capacitatea lor de a gelifica, adică de a forma jeleuri puternice în prezența unei cantități mari de zahăr (6570%) și la un pH de 3,13,5. În jeleul rezultat, fracția de masă a pectinei variază de la 0,2 la 1,5%.

Substanțele pectice sunt, de asemenea, capabile să formeze geluri cu un tratament adecvat - în prezența peroxidului de hidrogen și a peroxidazei, are loc reticulare a lanțurilor laterale; în prezența acidului și zahărului, precum și a sărurilor de calciu, pectinele formează și geluri cu capacitate mare de absorbție a apei - 1 g de pectină poate absorbi de la 60 la 150 g de apă.

Numai pectinele foarte esterificate formează geluri dense. Hidroliza parțială a esterilor metilici duce la o scădere a capacității de gelificare. Cu hidroliza completă a grupărilor metoxil în soluții alcaline sau sub acțiunea enzimei pectinesteraza se formează acizi pectici, care sunt acid poligalacturonic. Acidul poligalacturonic nu este capabil să formeze jeleu.

Capacitatea de gelificare a substanțelor pectinice stă la baza utilizării lor ca componentă de gelifiere în industria cofetăriei pentru producerea de confituri, marmeladă, bezele, jeleuri, gemuri, precum și în industria conservelor, panificației și producția de brânzeturi.

Substanțele pectine au importante proprietăți fiziologice, îndepărtarea metalelor grele din corp ca urmare a combinării ionilor metalici multivalenți cu grupări neesterificate --COO- în funcție de tipul legăturilor ionice.

Plan:

1. Semnificația carbohidraților. Caracteristici generale.

2. Clasificarea carbohidraților.

3. Structura carbohidraților.

4. Sinteza, descompunerea și transformarea carbohidraților din plantă.

5. Dinamica carbohidraților în timpul maturării SOM.

Semnificația carbohidraților. Caracteristici generale.

Carbohidrații sunt principalul material nutritiv și principalul suport celule vegetaleși țesături.

Ele reprezintă până la 85-90% din masa totală a organismului vegetal.

Formată în timpul procesului de fotosinteză.

Carbohidrații conțin C, H și O.

Reprezentanți: glucoză С6Н12О6, zaharoză С12Н22О11, fructoză, ramnoză, amidon, fibre, hemiceluloze, substanțe pectinice, agar-agar.

Zaharoza este un carbohidrat sintetizat doar in corpul plantei si joaca un rol foarte important in metabolismul plantelor. Zaharoza este zahărul cel mai ușor absorbit de plantă. La unele plante, zaharoza se poate acumula in cantitati extrem de mari (sfecla de zahar, trestie de zahar).

SOM diferă foarte mult în ceea ce privește compoziția carbohidraților:

Cartofi - majoritatea carbohidraților sunt amidon;

Mazăre de legume verzi (recoltată în stadiul de maturitate tehnică) - cea mai mare parte a carbohidraților este formată din părți aproape egale de amidon și zaharuri;

Merele coapte - amidonul este practic absent, iar carbohidrații sunt reprezentați de glucoză, fructoză, zaharoză;

Curki – glucoză și fructoză, aproape fără zaharoză;

Strugurii – glucoză și fructoză.

Compoziție diferită a carbohidraților în țesuturile individuale ale SOM:

Coaja conține fibre și substanțe pectinice (protejând pulpa fructelor de efectele adverse);

Pulpa conține amidon și zaharuri (glucoză, fructoză, zaharoză).

Clasificarea carbohidraților.

Toți carbohidrații sunt împărțiți în două grupe - Monosas(monozaharide) și Polioze(polizaharide)

Mai multe molecule de monozaharide se combină între ele pentru a elibera apă pentru a forma o moleculă de polizaharide.

Monozaharide: Ele pot fi considerate ca derivați ai alcoolilor polihidroxilici.

Reprezentanți: glucoză, fructoză, galactoză, manoză.

dizaharide: zaharoză (zahăr din trestie), maltoză (zahăr de malț) și celobioză.

Trizaharide: Raffinosa și colab.

Tetrazaharide: stahioza etc.

Di-, tri- și tetrazaharidele (până la 10 monozaharide) formează grupul Polizaharide de ordinul întâi. Toți reprezentanții acestui grup sunt ușor solubili în apă și în formă pură sunt substanțe cristaline (oligozaharide).

Oligozaharidele (oligozaharidele) pot fi homo- și heterozaharide. Zaharoza constă din glucoză și fructoză - furan (heterozahar). Lactoză– galactoză + glucoză. Maltoză, trehaloză, celobioză - Glucoză + glucoză (homozaharide) diferă prin aranjarea atomilor de carbon implicați în legătura dintre moleculele de monozaharide.

Carbohidrați mai complecși - Polizaharide de ordinul doi. Substanțe complexe cu o greutate moleculară foarte mare. Fie nu se dizolvă deloc în apă, fie dau soluții vâscoase, coloidale.

Reprezentanți: mucus, amidon, dextrine, glicogen, fibre, hemiceluloze, substanțe pectinice, inulină, caloză etc.

Structura carbohidraților.

Monozaharidele care conțin trei atomi de carbon aparțin grupului Triose, cu patru - Tetroz, cu cinci - Pentoza, șase - Hexose si familia - Heptoza.

Cele mai importante și răspândite în natură sunt pentozele și hexozele.

Monozaharidele, derivați ai alcoolilor polihidroxilici, conțin în molecula lor, împreună cu grupările alcoolice –OH, o grupare aldehidă sau ceto.

Trioze:

Dreapta Stângaci

D-gliceraldehidă L-gliceraldehidă

Fructoza aparține pentozelor, glucoza hexozelor.

S-a stabilit că în soluții D-glucoza există în trei forme interconvertibile, dintre care două sunt ciclice.

Interconversii similare ale celor trei forme au fost stabilite și pentru alte monozaharide.

dizaharide:

Polizaharide:

Au o structură liniară sau ramificată; moleculele lor polimerice constau din monomeri (monozaharide) conectați între ei în lanțuri lungi.

Sinteza, descompunerea și transformarea carbohidraților din plante.

Sinteză.

Produsul primar al fotosintezei este Acid fosfogliceric. Cu transformări ulterioare dă diverse Monozaharide– glucoză, fructoză, manoză și galactoză (se formează fără participarea luminii, ca urmare a reacțiilor enzimatice „întunecate”). Formarea hexozelor din acid fosfogliceric sau fosfogliceraldehidă (trioză) are loc datorită acțiunii enzimei Aldolaza.

Formarea glucozei și fructozei din sorbitol.

Alături de monozaharide, zaharoza ( dizaharidă) și amidonul (polizaharidă) se formează extrem de rapid în frunzele la lumină, dar acesta este un proces secundar de transformări enzimatice a monozaharidelor formate anterior (poate să apară în întuneric complet). Zaharoza este sintetizată din glucoză și fructoză, precum și din alte hexoze. Zaharoza nu este sintetizată din pentoze (arabinoză, xiloză).

Descompunere.

Majoritatea monozaharidelor sunt fermentate de drojdie.

Oligozaharurile se descompun sub acțiunea enzimelor adecvate și în timpul hidrolizei (încălzire în prezența acizilor).

Polizaharide de ordinul doi:

Amidon(constă din amiloză și amilopectină, raportul lor în amidon diferite plante diverse) – se descompune sub acţiunea unei enzime Amilazele de glucozăși în timpul hidrolizei în molecule de glucoză; Glicogen(similar).

Fibre (celuloză)– digerat numai la rumegătoare de către bacteriile care conțin enzima Celulaza.

Hemiceluloze hidrolizată de acizi mai ușor decât fibrele.

Interconversii.

În plante, zaharidele sunt extrem de ușor transformate unele în altele.

Interconversiile monozaharidelor apar ca urmare a acțiunii enzimelor adecvate care catalizează reacțiile de fosforilare și formarea de esteri fosforici ai zaharurilor.

Sub acțiunea izomerazelor, monozaharidele sunt transformate unele în altele.

ÎN organisme vegetale De asemenea, au fost descoperite enzime care catalizează formarea esterilor de fosfor ai zaharurilor și transformările lor reciproce.

Amidonul care se acumulează în frunze în timpul fotosintezei poate fi foarte rapid transformat în zaharoză (cea mai importantă formă de transport a carbohidraților), curge sub formă de zaharoză în semințe, fructe, tuberculi, rădăcini și bulbi, unde zaharoza este din nou transformată în amidon și inulină . Amilaza nu participă la aceste procese (alte enzime și hidroliză).

Dinamica carbohidraților în timpul maturării SOM

1. În perioada de coacere pe plantă și depozitare, conținutul de amidon al majorității fructelor și legumelor scade și crește conținutul de zahăr.

2. După ce a ajuns la un anumit maxim, și nivelul zahărului începe să scadă.

Banane verzi – mai mult de 20% amidon și mai puțin de 1% zahăr;

La bananele coapte, nivelul de amidon scade la 1%, iar nivelul de zahăr crește la 18%.

Majoritatea zaharurilor sunt zaharoză, dar la coacerea optimă a fructelor sunt reprezentate zaharurile în cote egale zaharoza, fructoza si glucoza.

Aceleași modificări sunt caracteristice merelor, deși mult mai puțin pronunțate.

Dacă, în timpul coacerii pe planta mamă, cantitatea de zaharuri crește din cauza monozaharidelor și dizaharidelor, atunci în timpul depozitării lor ulterioare, se produce o creștere a nivelului de zaharuri, dacă se observă, datorită monozaharidelor. În același timp, cantitatea de dizaharide scade; sub acțiunea enzimelor și hidrolizei (sub influența acizilor), acestea se descompun în monozaharide, în urma cărora numărul acestora din urmă crește.

În fructele și legumele care nu conțin amidon deloc, se observă și o creștere a zaharurilor în timpul depozitării. Și, de asemenea, în fructele care conțin amidon, conținutul de zaharuri formate în timpul depozitării depășește conținutul de amidon din care se pot forma. Studierea dinamicii diverse facțiuni polizaharidele au arătat că în timpul coacerii fructelor după recoltare nu are loc doar hidroliza amidonului, ci și substanțele pectinice, hemicelulozele și chiar celulozele.

U Mazăre de legume, fasole de legume și porumb dulce in timpul coacerii si depozitarii nu este vorba de transformarea amidonului in zahar, ci, dimpotriva, a zaharurilor in amidon (la depozitarea la 00C, procesele de tranzitie au loc mai lent, dar in aceeasi ordine). Când leguminoasele sunt depozitate în frunze, timpul necesar pentru ca zahărul să se transforme în amidon se dublează.

ÎN Tuberculi de cartofi Au loc atât procesele de sinteză a amidonului din zaharuri, cât și procesele de transformare a amidonului în zaharuri.

Pe măsură ce cresc, amidonul se acumulează în tuberculi. Cu cât raportul dintre amidon și zaharuri este mai mare, cu atât calitatea tuberculilor de cartofi este mai mare.

Când este păstrat la 00C, amidonul se transformă în zaharuri, dar această temperatură este optimă pentru a opri dezvoltarea microflora patogenă(cartofi putrezesc).

Când temperatura scade de la 20 la 00C:

Amidon Þ zahăr – redus cu 1/3;

Zahăr Þ amidon – redus de 20 de ori;

Rata consumului de zahăr în timpul respirației (zahăr Þ CO2 + H2O) scade de 3 ori.

Din acest motiv, zaharurile se acumulează în timpul depozitării. Mai mult, în formele sălbatice de cartofi și în regiunile nordice, majoritatea zaharurilor care se acumulează în timpul depozitării sunt monozaharide. În zona noastră, în timpul depozitării, se acumulează aceeași cantitate de mono- și dizaharide.

Pentru a consuma tuberculi pentru hrană și pentru a le folosi pentru semințe, este necesar să reduceți conținutul de zahăr și să creșteți conținutul de amidon; pentru aceasta trebuie să mențineți tuberculii la 200C.

Depozitarea pe termen lung a tuberculilor de cartofi la 00C duce la faptul că timpul necesar transformării zaharurilor în amidon crește atât de mult încât în ​​această perioadă bolile și dăunătorii afectează complet tuberculii.

Când sunt păstrați la 100C, cartofii păstrează aproape nivelul nativ de amidon, dar această temperatură nu controlează boala. Prin urmare, este mai economic să depozitați cartofii la 40C, în zone bine aerisite (condiții de ventilație activă), tuberculii trebuie să fie intacți, uscati, pentru a preveni germinația și bolile. fonduri suplimentare– substanțe chimice.

Plastic. Carbohidrații se formează în plante în timpul procesului de fotosinteză și servesc drept material de pornire pentru sinteza tuturor celorlalte substanțe organice;

Structural. Acest rol îl joacă celuloza sau fibrele, substanțele pectinice, hemiceluloza;

Depozitare. Piese de schimb nutrienți: amidon, inulină, zaharoză...

De protecţie. Zaharoza este principalul nutrient protector la plantele care ierna.

Energie. Carbohidrații sunt principalul substrat al respirației. Când 1 g de carbohidrați este oxidat, se eliberează 17 kJ de energie.

2.2. Proteine ​​(B).

Proteinele, sau proteinele, sunt compuși cu molecule înalte, formați din aminoacizi.

Dintre substanțele organice, în ceea ce privește cantitatea din plante, pe primul loc nu se află proteinele, ci carbohidrații și grăsimile. Dar este B. cel care joacă un rol decisiv în metabolism.

Funcțiile proteinelor în plante.

Structural. În citoplasma celulelor, proporția de proteine ​​este de 2/3 din masa totală. Proteinele sunt parte integrantă a membranelor;

Depozitare. Plantele conțin mai puține proteine ​​decât organismele animale, dar destul de multe. Deci, în semințele de cereale - 10-20% din greutatea uscată, în semințele de leguminoase și oleaginoase - 20-40%;

Energie. Oxidarea a 1 g de proteină dă 17 kJ;

catalitic. Enzimele celulare care îndeplinesc o funcție catalitică sunt substanțe proteice;

Transport. Transport substante prin membrane;

De protecţie. Proteinele sunt ca anticorpii.

Proteinele îndeplinesc o serie de alte funcții specifice.

2.2.1. Aminoacizi (A),

A sunt unitățile structurale de bază din care sunt construite moleculele tuturor substanțelor proteice. Aminoacizii sunt derivați ai acizilor grași sau aromatici, care conțin atât o grupare amino (-NH2) cât și o grupare carboxil (-COOH). Cele mai naturale A. are o formulă generală

Există aproximativ 200 de A. în natură, dar doar 20, precum și două amide, asparagina și glutamina, sunt implicate în construcția B. Restul A. se numesc liberi.

În B. sunt prezenți doar aminoacizii stângaci.

Din proprietăţile chimice ale lui A. le notăm amfoteritate. Datorită naturii amfotere a lui A. în soluții apoase, în funcție de pH-ul soluției, disocierea grupărilor –COOH sau –NH 2 este suprimată și A. prezintă proprietățile unui acid sau alcalin.

(-) mediu alcalin mediu acid încărcătură „+”

H2O +R-CH-COO - ← OH- +R-CH-COO- + H+ →R-CH-COOH

H2NH3N + H3N+

Reacția unei soluții de A., în care se observă egalitatea sarcinilor „+” și „-”, se numește punct izoelectric (IEP). În IET, molecula A este neutră din punct de vedere electric și nu se mișcă într-un câmp electric.

Compoziția lui B. include 20 A. și două amide — asparagina și glutamina. Din cele 20 A., 8 sunt esențiale, deoarece nu pot fi sintetizate în corpul omului și al animalelor, ci sunt sintetizate de plante și microorganisme. Aminoacizii esentiali includ: valina; lizină; metionină; treonina; leucină; izoleucină; triptofan; Fenilalanină.

Reprezentanții A.

Alanină CH3-CH-COOH (6,02)

Cisteină CH 2 -CH-COOH (5,02)

COOH-CH2-CH-COOH aspartic (2,97)

acid |

COOH-CH2-CH2-CH-COOH glutamic (3,22)

acid |

Lizină CH2-CH2-CH2-CH2-CH-COOH (9,74)

2.2.2. Compoziția și proprietățile generale ale proteinelor.

Compoziția elementară a B. este destul de constantă și aproape toate conțin 50-60% C, 20-24% O, 6-7% H, 15-19% N, iar cantitatea de sulf este de la 0 la 3% . In bacteriile complexe, fosforul, fierul, zincul, cuprul sunt prezenti in cantitati mici.....

Proprietățile proteinelor.

Amfoter. B. conţin grupări libere NH 2 şi COOH şi se pot disocia ca acizi şi baze (vezi exemplul A.). Au IET. Când o reacție în soluție este egală sau apropiată de IET, proteinele sunt caracterizate de instabilitate extremă și precipită ușor din soluții sub cele mai slabe influențe externe. Acesta este folosit pentru a izola proteinele.

Denaturarea. Aceasta este pierderea proprietăților sale biologice de către o proteină sub influența diferitelor influențe externe - căldură, efectul acizilor, sărurilor de metale grele, alcoolului, acetonei etc. (vezi factorii de coagulare a coloidului). Ca urmare a expunerii, în molecula proteică are loc o modificare a structurii lanțurilor polipeptidice, structura spațială este perturbată, dar descompunerea în aminoacizi nu are loc. De exemplu, la încălzire ou de gaina proteina se coagulează. Aceasta este denaturarea ireversibilă; sau semințe complet uscate.

Biologic valoare nutritionala proteine ​​(BPC). Este determinată de conținutul de A. esențial din B. Pentru aceasta, B. studiat este comparat cu standardul B., aprobat de FAO (Organizația Internațională pentru Agricultură și Alimentație). Scorul de aminoacizi al fiecărui aminoacid esențial este calculat și exprimat ca % continutul de A. esential in proteina studiata (mg) x 100%

Acei A., al căror scor de aminoacizi este mai mic de 100%, se numesc limitare. În multe proteine ​​nu există proteine ​​esențiale individuale, de exemplu, triptofanul este absent în proteinele din măr; la multe bacterii din plante, cele limitative sunt cel mai adesea cei patru aminoacizi esentiali - lizina, triptofanul, metionina si treonina. B. care nu conţin unele A. esenţiale se numesc defect. Planta B. sunt considerate inferioare, iar animalele B. sunt considerate inferioare. cu drepturi depline. Pentru a crea 1 kg de hrană pentru animale, se consumă 8-12 kg de hrană vegetală. Pe baza BOC al proteinei, se poate estima: 100% - proteine ​​din lapte și ou; alte animale B – 90-95%; B. leguminoase– 75-85%; B. culturi de cereale - 60-70%.

2.2.3. Structura proteinelor.

Conform teoriei polipeptidice a structurii lui B. (Danilevsky, Fischer), aminoacizii interacționează între ei pentru a forma o legătură peptidică - CO-NH-. Se formează di-, tri-, pento- și polipeptide.

Molecula B. este construită din unul sau mai multe lanțuri polipeptidice interconectate constând din resturi de aminoacizi.

CH 3 CH 2 CH CH 3 CH 2 CH

H2N-CH-COOH + H2N-CH-COOH →H2N-CH-CO-NH-CH-COOH + H2O

Alanin cisteină alanilcisteină

(dipeptidă)

Structura B.

Există diferite niveluri de organizare a unei molecule de proteine ​​și fiecare moleculă are propria sa structură spațială. Pierderea sau ruperea acestei structuri determină o perturbare a funcției îndeplinite (denaturare).

Există diferite niveluri de organizare a unei molecule de proteine.

Structura primară. Determinată de numărul și secvența de aminoacizi din molecula B. Structura primară este fixată genetic. Cu această structură, molecula B. are o formă de fir. …….

Structura primară a proteinelor omoloage este utilizată, în special, ca criteriu pentru stabilirea relației dintre speciile individuale de plante, animale și oameni.

Structura secundară. Este o configurație elicoidală a lanțurilor polipeptidice. Rolul decisiv în educația sa îi aparține hidrogenconexiuni...... Cu toate acestea, legăturile disulfurice (-S-S-) pot apărea și între punctele individuale ale helixului, care perturbă structura elicoidală tipică.

Structura terțiară. Acesta este un nivel și mai ridicat de organizare B. Caracterizează configurația spațială a moleculei. Se datorează faptului că carboxil liber, amină, hidroxil și alte grupuri de radicali laterali ai moleculelor de aminoacizi din lanțurile polipeptidice interacționează între ele pentru a forma legături amidice, ester și săruri. Datorită acestui fapt, lanțul polipeptidic, care are o anumită structură secundară, este în continuare pliat și împachetat și capătă o configurație spațială specifică. Legăturile de hidrogen și disulfură joacă, de asemenea, un rol semnificativ în formarea acestuia. Se formează o formă globulară (sferică) de proteine.

Structura cuaternară. Se formează prin combinarea mai multor proteine ​​cu structură terțiară. Trebuie remarcat faptul că activitatea funcțională a unei anumite proteine ​​este determinată de toate cele patru niveluri ale organizării acesteia.

2.2.4. Clasificarea proteinelor.

Pe baza structurii lor, proteinele sunt împărțite în proteine, sau proteine ​​simple, construite numai din reziduuri de aminoacizi, și proteine, sau proteine ​​complexe, constând dintr-o proteină simplă și un alt compus non-proteic strâns legat de aceasta. În funcție de natura părții non-proteice, proteinele sunt împărțite în subgrupe.

Fosfoproteine ​​- proteinele sunt combinate cu acid fosforic.

Lipoproteine ​​- proteinele sunt combinate cu fosfolipide și alte lipide, de exemplu, în membrane.

Glicoproteine ​​- proteinele sunt combinate cu carbohidrații și derivații acestora. De exemplu, în compoziția mucilagiilor vegetale.

Metaloproteine ​​– conțin metale, g.o. oligoelemente: Fe, Cu, Zn….. Acestea sunt în principal enzime care conțin metale: catalaza, citocromi etc.

Nucleoproteinele sunt una dintre cele mai importante subgrupe. Aici proteina se combină cu acizii nucleici.

Clasificarea proteinelor în funcție de solubilitatea în diverși solvenți este de mare importanță practică. Se disting următoarele: fracțiunea B. prin solubilitate:

Albuminele sunt solubile în apă. Un reprezentant tipic este albumina de ou de pui, multe proteine ​​sunt enzime.

Globulinele sunt proteine ​​care sunt solubile în soluții slabe de săruri neutre (4 sau 10% NaCl sau KCl).

Prolamine - se dizolvă în alcool etilic 70%. De exemplu, gliadine de grâu și secară.

Gluteline - se dizolvă în soluții alcaline slabe (0,2-2%).

Histonele sunt bacterii alcaline cu molecularitate scăzută conținute în nucleele celulelor.

Fracțiunile de B. diferă în ceea ce privește compoziția de aminoacizi și valoarea nutrițională biologică (BNC). Conform BPC, fracțiile sunt aranjate în secvența: albumine › globuline ≈ gluteline › prolamine. Conținutul de fracții depinde de tipul de plantă; nu este același în diferite părți ale boabelor. (vezi biochimia privată a culturilor agricole).

Lipide (L).

Lipidele sunt grăsimi (F) și substanțe asemănătoare grăsimilor (lipoide) care sunt similare în proprietățile lor fizico-chimice, dar diferă prin rolul lor biologic în organism.

Lipidele sunt în general împărțite în două grupe: grăsimi și lipoide. De obicei, vitaminele liposolubile sunt, de asemenea, clasificate ca lipide.

Carbohidrații din planteîmpărțit în două grupe mari: carbohidrați simpli, incapabil de hidroliză (monozaharide) și carbohidrați complecși hidrolizat în simplu (polizaharide).

Carbohidrați simpli

Carbohidrații simpli și-au primit numele datorită faptului că, la începutul dezvoltării chimiei carbohidraților, se credea că sunt formați din atomi de carbon și apă. Din carbohidrați simpli Plantele de boabe conțin cele mai multe:

• glucoză,
• zaharoza,
• fructoză.

Glucoză

La oamenii maturi există mai ales multe glucoză, motiv pentru care este adesea numit zahăr din struguri. Strugurii copți conțin multă glucoză. Se găsește în cantități variate în toate fructele de pădure, deci este cea mai comună monozaharidă. Fiind una dintre principalele surse de energie, glucoza îndeplinește funcții foarte importante în corpul uman și pentru creier și țesut nervos o astfel de sursă este singura (mai multe detalii:).

Fructoză

Fructoză de asemenea răspândită în natură. Se găsește mai ales în cantități mari în fructe.
Fructoza din mere. În corpul uman, fructoza poate fi ușor convertită în glucoză și este, de asemenea, inclusă în metabolism direct, ocolind procesul de conversie în glucoză. O parte din fructoză este procesată în organism fără insulină (mai multe detalii:).

Zaharoza

Zaharoza(zahărul din sfeclă sau trestie de zahăr) este important componentă nutriție și constă din molecule de fructoză și glucoză. Aproximativ 27% din zaharoză se găsește în rădăcinile sfeclei de zahăr și aproximativ 20% în tulpinile trestiei de zahăr.
Sfeclă de zahăr. Zaharoza poate fi ușor hidrolizată în acizi diluați, descompunându-se în glucoză și fructoză. Acest amestec de fructoză și glucoză se numește zahăr invertit. Cu ajutorul enzimei zaharoze sau invertazei, descompunerea enzimatică a zaharozei are loc în intestinele oamenilor și animalelor, precum și atunci când se formează în corpul albinelor. De exemplu, Miere de albine 97-99% constă din zahăr invertit. Zaharoza este inclusă în toate fructele de pădure.

Polizaharide

Cel mai important polizaharide plantele sunt:

• amidon,
• celuloză (fibre),
• substanțe pectinice.

Amidon

Amidon este o polizaharidă de rezervă a plantelor. Se depune sub formă de boabe în tuberculi și rădăcini, în boabele de cereale și se găsește și în multe fructe necoapte, etc. Când fructele se coc, amidonul este descompus în glucoză. Pe baza acestei proprietăți metoda chimica determinarea gradului de coacere a fructelor. Tuberculii conțin de la 12 la 24% amidon.
Amidonul este o sursă bogată de energie, are proprietăți învăluitoare și este utilizat pe scară largă în Industria alimentară si medicina.

Celuloză

Din celuloză constau în principal din membrane celulare vegetale. Este o polizaharidă structurală. Lemnul contine 50% celuloza, fibre de bumbac - pana la 90%. Vata poate fi considerată celuloză aproape pură. O moleculă de celuloză conține până la 10.000 de reziduuri de glucoză. Fibrele sau celuloza nu sunt descompuse de enzimele din canalul digestiv uman, dar acţionează ca un activator. functia motorie stomacul și intestinele datorită structurii sale aspre și reglează activitatea acestor organe, asigură eliberarea în timp util și ritmică a toxinelor din organism.

Substanțe pectice (pectine)

Prin natura chimica substanțe pectinice a se referi la carbohidrați complecși. Deci în tratamentul bolilor tractului digestiv normalizează compoziția microflorei intestinale și a peristaltismului intestinal. Pectinele au efect antibacterian . Cu multe metale (plumb, calciu, stronțiu, cobalt etc.) pot forma compuși complecși insolubili care nu sunt digerați și sunt excretați din organism. Datorită capacității de a lega metalele radioactive și grele în organism, pectinele sunt produse de protecție împotriva radiațiilor și detoxifiante în alimentația umană. Ele fac inofensive substante toxice, formată în intestine ca urmare a procesului de degradare și a activității microflorei.
Pectine din fructe. Pectinele au, de asemenea, un efect antisclerotic. Bogat în pectine agrișă, aronia, coacaze rosii, mere, merisoare, arpace, citrice(coaja de fructe).