Većina prirodnih ugljikohidrata sastoji se od nekoliko kemijski povezanih monosaharidnih ostataka. Ugljikohidrati koji sadrže dvije monosaharidne jedinice su disaharidi, tri veze - trisaharidi itd. Opći pojam oligosaharidičesto se koristi za ugljikohidrate koji sadrže tri do deset monosaharidnih jedinica. Ugljikohidrati sastavljeni od više monosaharida nazivaju se polisaharidi.
U disaharidima su povezane dvije monosaharidne jedinice glikozidna veza između anomernog atoma ugljika jedne veze i hidroksilnog atoma kisika druge. Po strukturi i kemijska svojstva disaharidi se dijele na dvije vrste.
Pri formiranju spojeva prva vrsta do oslobađanja vode dolazi zbog hemiacetalnog hidroksila jedne molekule monosaharida i jednog od hidroksila alkohola druge molekule. Jedan takav disaharid je maltoza. Takvi disaharidi imaju jedan hemiacetal hidroksil, po svojstvima su slični monosaharidima, posebice mogu reducirati oksidirajuća sredstva kao što su oksidi srebra i bakra(II). ovo - reducirajući disaharide.
Veze drugi tip nastaju na način da se voda oslobađa zbog hemiacetalnih hidroksila oba monosaharida. Ova vrsta saharida nema hemiacetalni hidroksil i tzv nereducirajući disaharidi.
Tri najvažnija disaharida su maltoza, laktoza i saharoza.
Maltoza(sladni šećer) koji se nalazi u sladu tj. u proklijalim žitaricama. Maltoza se dobiva nepotpunom hidrolizom škroba enzimima slada. Maltoza je izolirana u kristalnom stanju, vrlo je topiva u vodi, fermentirana kvascem.
Maltoza se sastoji od dvije D-glukopiranozne jedinice povezane glikozidnom vezom između C-1 ugljika (anomernog ugljika) jedne glukozne jedinice i C-4 ugljika druge jedinice glukoze. Takva veza naziva se -1,4-glikozidna veza. Haworthova formula prikazana u nastavku
-maltoza je označena prefiksom - jer je OH skupina na anomernom ugljiku krajnje desne jedinice glukoze -hidroksil. Maltoza je redukcijski šećer. Njegova hemiacetalna skupina je u ravnoteži sa slobodnim aldehidnim oblikom i može se oksidirati u karboksilnu maltobionsku kiselinu.
laktoza (mliječni šećer) nalazi se u mlijeku (4-6%), dobiva se iz sirutke nakon uklanjanja skute. Laktoza je znatno manje slatka od šećera od repe. Koristi se za izradu dječja hrana i farmaceutski proizvodi.
Laktoza se sastoji od ostataka molekula D-glukoze i D-galaktoze i
4-(-D-galaktopiranozil)-D-glukoza, t.j. nema -, već -glikozidnu vezu.
U kristalnom stanju izolirani su - i - oblici laktoze, a oba pripadaju redukcijskim šećerima.
Saharoza (stolni, šećer od repe ili šećerne trske) je najčešći disaharid u biološkom svijetu. U saharozi, C-1 ugljik D-glukoze je vezan za ugljik
C-2 D-fruktoza preko -1,2-glikozidne veze. Glukoza je u šesteročlanom (piranoza) cikličkom obliku, a fruktoza u peteročlanom (furanoza) cikličkom obliku. Kemijski naziv saharoze je -D-glukopiranozil--D-fruktofuranozid. Budući da su oba anomerna ugljika (i glukoza i fruktoza) uključena u stvaranje glikozidne veze, glukoza je nereducirajući disaharid. Tvari ove vrste su sposobne samo za reakcije stvaranja etera i estera, kao i svi polihidrični alkoholi. Saharoza i drugi nereducirajući disaharidi posebno se lako hidroliziraju.
Zadatak.
Navedite Haworthovu formulu za-disaharidni anomer s dvije jedinice
D- Glukopiranoze su povezane 1,6-glikozidnom vezom.
Riješenje.
Nacrtajmo strukturnu formulu jedinice D-glukopiranoze. Zatim ćemo spojiti anomerni ugljik ovog monosaharida preko kisikovog mosta s C-6 ugljikom druge karike
D-glukopiranoza (glikozidna veza). Rezultirajuća molekula bit će u - ili - obliku ovisno o orijentaciji OH skupine na reducirajućem kraju molekule disaharida. Disaharid prikazan ispod je α-oblik:
VJEŽBE.
1. Koji se ugljikohidrati nazivaju disaharidi, a koji oligosaharidi?
2. Navedite Haworthove formule za redukcijski i nereducirajući disaharid.
3. Navedite monosaharide koji tvore disaharide.
a) maltoza; b) laktoza; c) saharoza.
4. Sastavite strukturnu formulu trisaharida od ostataka monosaharida: galaktoze, glukoze i fruktoze, kombiniranih na bilo koji od mogućih načina.
Lekcija 36
Polisaharidi su biopolimeri. Njihovi polimerni lanci su veliki broj monosaharidne jedinice međusobno povezane glikozidnim vezama. Tri najvažnija polisaharida – škrob, glikogen i celuloza – polimeri su glukoze.
Škrob - amiloza i amilopektin
škrob (C 6 H 10 O 5) n- rezervni hranjiva biljke - nalaze se u sjemenu, gomoljima, korijenju, lišću. Na primjer, u krumpiru - 12-24% škroba, au zrnu kukuruza - 57-72%.
Škrob je mješavina dvaju polisaharida koji se razlikuju po strukturi lanca molekule – amiloze i amilopektina. U većini biljaka škrob se sastoji od 20-25% amiloze i 75-80% amilopektina. Potpuna hidroliza škroba (i amiloze i amilopektina) rezultira D-glukozom. Na blagi uvjeti mogu se izolirati međuprodukti hidrolize dekstrini- polisaharidi (C 6 H 10 O 5) m s nižom molekulskom težinom od škroba ( m <
n), oligosaharidi i disaharid maltoza.
Prema analizi difrakcije rendgenskih zraka, amiloza ima filamentoznu strukturu; sastoji se od dugih nerazgranatih lanaca. Takvi lanci uključuju do 4000 jedinica D-glukoze povezanih 1,4-glikozidnim vezama.
Amilopektin je razgranati polisaharid (oko 30 grana po molekuli). Sadrži dvije vrste glikozidnih veza. Unutar svakog lanca povezane su jedinice D-glukoze
1,4-glikozidne veze, kao u amilozi, ali duljina polimernih lanaca varira od 24 do 30 jedinica glukoze. Na mjestima grananja pričvršćuju se novi lanci
1,6-glikozidne veze.
Glikogen(životinjski škrob) nastaje u jetri i mišićima životinja i igra važna uloga u metabolizmu ugljikohidrata kod životinja. Glikogen je bijeli amorfni prah koji se otapa u vodi i stvara koloidne otopine; hidrolizom daje maltozu i D-glukozu. Poput amilopektina, glikogen je nelinearni polimer D-glukoze s -1,4- i
-1,6-glikozidne veze. Svaka grana sadrži 12-18 jedinica glukoze. Međutim, glikogen ima nižu molekularnu težinu i još razgranatiju strukturu (oko 100 grana po molekuli) od amilopektina. Ukupni sadržaj glikogena u tijelu odrasle dobro uhranjene osobe iznosi približno 350 g, koji su jednako raspoređeni između jetre i mišića.
Celuloza(vlakna) (C 6 H 10 O 5) x najzastupljeniji polisaharid u prirodi komponenta bilje. Gotovo čista celuloza je pamučna vlakna. U drvu celuloza čini otprilike polovicu suhe tvari. Osim toga, drvo sadrži i druge polisaharide, koje objedinjuje zajednički naziv "hemiceluloza", kao i lignin, visokomolekularnu tvar srodnu derivatima benzena. Celuloza je amorfna vlaknasta tvar. Netopljiv je u vodi i organskim otapalima.
Celuloza je linearni polimer D-glukoze u kojem su povezane monomerne jedinice
-1,4-glikozidne veze. Štoviše, jedinice -D-glukopiranoze se naizmjenično zakreću jedna u odnosu na drugu za 180°. Prosječna relativna molekularna težina celuloze je 400.000, što odgovara približno 2800 jedinica glukoze. Celulozna vlakna su snopovi (vlakna) paralelnih polisaharidnih lanaca koji se drže zajedno vodikovim vezama između hidroksilnih skupina susjednih lanaca. Uređena struktura celuloze određuje njezinu visoku mehaničku čvrstoću.
VJEŽBE.
1. Koji monosaharid služi kao strukturna jedinica polisaharida - škroba, glikogena i celuloze?
2. Mješavina koja dva polisaharida je škrob? Koja je razlika između njihovih struktura?
3. Koja je strukturna razlika između škroba i glikogena?
4. Kako se saharoza, škrob i celuloza razlikuju u topljivosti u vodi?
Odgovori na vježbe za temu 2
Lekcija 35
1. Disaharidi i oligosaharidi složeni ugljikohidratičesto slatkog okusa. Nakon hidrolize tvore dvije ili više (3-10) molekula monosaharida.
Maltoza je redukcijski disaharid, jer sadrži hemiacetalni hidroksil.
Saharoza je nereducirajući disaharid, jer u molekuli nema hemiacetalnog hidroksila.
3.
a) Disaharid maltoza se dobiva kondenzacijom dviju molekula D-glukopiranoze uz eliminaciju vode iz hidroksila na C-1 i C-4.
b) Laktoza se sastoji od ostataka molekula D-galaktoze i D-glukoze u obliku piranoze. Kada se ovi monosaharidi kondenziraju, vežu se: C-1 atom galaktoze preko kisikovog mosta na C-4 atom glukoze.
c) Saharoza sadrži ostatke D-glukoze i D-fruktoze povezane 1,2-glikozidnom vezom.
4. Strukturna formula trisaharida:
Lekcija 36.
1. Strukturna karika škroba i glikogena je -glukoza, a celuloze - -glukoza.
2. Škrob je mješavina dvaju polisaharida: amiloze (20-25%) i amilopektina (75-80%). Amiloza je linearni polimer dok je amilopektin razgranat. Unutar svakog lanca ovih polisaharida, jedinice D-glukoze povezane su 1,4-glukozidnim vezama, a na mjestima grananja amilopektina novi lanci su vezani preko 1,6-glikozidnih veza.
3.
Glikogen je, poput škrobnog amilopektina, nelinearni polimer D-glukoze s
-1,4- i -1,6-glikozidne veze. U usporedbi sa škrobom, svaki lanac glikogena je otprilike upola kraći. Glikogen ima nižu molekularnu težinu i razgranatiju strukturu.
4. Topljivost u vodi: saharoza je visoka, škrob umjerena (niska), celuloza je netopiva.
 |
Država Nižnji Novgorod
medicinska akademija
Ministarstvo zdravlja Rusije
Zavod za farmaceutsku kemiju i farmakognoziju
Test br. 1
u farmakognoziji
opcija broj 1
Izvedena:
Student 3. godine 33z gr.
Farmaceutski fakultet
Vanina Oksana Dmitrijevna
Tel.: 8 904 062 74 02
Adresa: 603 040, Nižnji Novgorod,
sv. Sutyrina 18, stan 5
Nižnji Novgorod
godina 2014
Polisaharidi, njihova struktura, klasifikacija, svojstva, primjena u medicini.
Opišite sirovinu "Lišće trputca" prema shemi. Navedite značajke nabave sirovina ovisno o medicinskoj uporabi.
Svrha i tehnika mikroskopske analize ljekovitog biljnog materijala.
Pravila skladištenja sirovina u skladištima i ljekarnama.
Karakteristike terpinoida, njihova struktura, klasifikacija.
Navedite kvalitativne reakcije za srčane glikozide. Nabavite ekstrakte. analitički učinak.
Opišite sirovine sladića prema shemi, naglašavajući dijagnostičke značajke. Navedite zahtjeve za kvalitetu sirovina.
Kemijski sastav biljke đurđica s formulama i objašnjenjem strukture. Primjena i pripreme.
Klasifikacija vitamina i sirovina koje ih sadrže.
1. Polisaharidi, njihova struktura, klasifikacija, svojstva, primjena u medicini.
Polisaharidi - opći naziv za klasu složenih visokomolekularnih ugljikohidrata, čije se molekule sastoje od desetaka, stotina ili tisuća monomera - monosaharida.
Polisaharidi su neophodni za život životinja i biljaka. Oni su jedan od glavnih izvora energije koji proizlazi iz metabolizma u tijelu. Sudjeluju u imunološkim procesima, osiguravaju prianjanje stanica u tkivima i glavni su dio organske tvari u biosferi.
Klasifikacija polisaharida.
Polisaharidi su tvari građene od velikog broja monosaharidnih ostataka ili njihovih derivata. Ako polisaharid sadrži ostatke monosaharida iste vrste, naziva se homopolisaharid. U slučaju kada se polisaharid sastoji od monosaharida dva ili više tipova, koji se redovito ili nepravilno izmjenjuju u molekuli, on se naziva heteropolisaharidi.
Polisaharidi uključuju, posebno:
dekstrin je polisaharid, produkt hidrolize škroba;
škrob je glavni polisaharid taložen kao energetska rezerva biljnih organizama;
glikogen je polisaharid taložen kao rezerva energije u stanicama životinjskih organizama, ali se u malim količinama nalazi i u biljnim tkivima;
celuloza je glavni strukturni polisaharid staničnih stijenki;
hitin je glavni strukturni polisaharid egzoskeleta insekata i člankonožaca, kao i stanične stijenke gljiva;
galaktomanani - polisaharidi za skladištenje nekih biljaka iz obitelji mahunarki, kao što je rogač guaronica;
inulin je rezervni ugljikohidrat Compositae;
glukomanan, polisaharid dobiven iz konnyaku gomolja, sastoji se od izmjeničnih jedinica glukoze i manoze, topljivih dijetalnih vlakana koja smanjuju apetit;
amiloid - koristi se u proizvodnji pergamentnog papira;
poliglukoza je multiterminalni proizvod hidrolize većine polisaharida.
fizikalna svojstva.
Polisaharidi - amorfne tvari, ne otapaju se u alkoholu i nepolarnim otapalima; topljivost u vodi varira. Neki se otapaju u vodi i tvore koloidne otopine (amiloza, sluz, pektinske kiseline, arabin), mogu stvarati gelove (pektini, alginske kiseline, agar-agar) ili se uopće ne otapaju u vodi (vlakna, hitin).
funkcionalna svojstva.
Strukturni polisaharidi daju čvrstoću staničnih stijenki.
Polisaharidi topljivi u vodi čuvaju stanice od isušivanja.
Rezervni polisaharidi se po potrebi razgrađuju na monosaharide i koristi ih tijelo.
Primjena.
Mnogi polisaharidi se koriste u medicini (agar u mikrobiologiji, hidroksietil škrob i dekstrani kao otopine koje zamjenjuju plazmu, heparin kao antikoagulant, neki gljivični glukani kao antitumorska i imunostimulirajuća sredstva). U biotehnologiji (alginati i karagenani kao medij za imobilizaciju stanica) i lab. tehnologije (celuloza, agaroza i njihovi derivati kao nosači za različite metode akromatografije i elektroforeze).
Molekule polisaharida uključuju desetke, stotine pa čak i tisuće monosaharidnih ostataka povezanih istim glikozidnim vezama kao u sastavu oligosaharida. Većina njih tvori linearne polimere koji tvore određenu prostornu strukturu, međutim, neki polisaharidi imaju razgranate molekule. Monosaharidni ostaci u sastavu polisaharida su u cikličkom obliku u obliku α- ili b-stereoizomera.
Većina polisaharida složeni su ugljikohidrati izgrađeni od stalno ponavljajućih ostataka jednog monosaharida. Međutim, poznati su polisaharidi čije se molekule sastoje od ostataka različitih monosaharida.
Prema izvršenim funkcijama razlikuju se rezervni i strukturni polisaharidi. Rezervni – talože se u stanicama lišća ili skladišnim tkivima u obliku uređenih struktura – granula. Strukturni – sudjeluju u izgradnji stijenki biljnih stanica.
Škrob.Škrob je glavna rezervna tvar biljaka, koja je mješavina dvaju polisaharida - amiloza I amilopektin, koji se razlikuju po molekularnoj strukturi i fizikalno-kemijskim svojstvima. Međutim, molekule ovih polisaharida građene su od jednog monosaharida – α-D-glukoze, koja je u obliku piranoze.
U molekulama amiloze spojeni su ostaci a-D-glukoze ali(1®4)-veze, tvoreći spiralno uvijene lančane strukture, uključujući od 100 do 1-2 tisuće ostataka glukoze (riža. jedan). Molekularna težina amiloze obično se kreće od 20 do 500 tisuća. Zavojno uvijanje molekule nastaje zbog stvaranja vodikovih veza između ostataka glukoze koji se nalaze u susjednim zavojima. Svaki zavoj amiloze sadrži šest piranoznih struktura povezanih u lanac glikozidnim vezama.
Amiloza se otapa u toploj vodi i, kada se doda vodena otopina joda u kalijevom jodidu, pretvara se u plava boja zbog činjenice da jod stvara komplekse s ostacima glukoze. Vodene otopine amiloze nisu visoko viskozne i nakon stajanja prilično brzo tvore kristalni talog.
Amilopektin ima razgranate molekule izgrađene od α -D-glukoza. Na točkama grananja nastaju glikozidne veze između prvog i šestog ugljikovog atoma ostataka glukoze (α(I®6)-veze). Između točaka grananja, ostaci glukoze su povezani, kao u amilozi. α(I®4)-veze.
Točke grananja u molekulama amilopektina prisutne su na svakih 12-15 ostataka glukoze. Molekularna težina amilopektina je mnogo veća od amiloze i može doseći 1 milijun. Struktura molekule amilopektina prikazana je na slici 2.
Amilopektin se ne otapa u toploj vodi, a zagrijavanjem s vodom stvara vrlo viskoznu koloidnu otopinu - pastu. Temperatura želatinizacije krumpirovog i raženog škroba je 55-65°C, pšeničnog i kukuruznog škroba - 60-70°C, rižinog škroba - 70-80°C. Jod boji amilopektin crveno-ljubičasto. Amilopektin sadrži malu količinu ostataka fosforne kiseline povezanih eterskom vezom s ostacima glukoze.
Omjer amiloze i amilopektina u raznim biljnim proizvodima varira u vrlo širokom rasponu. U krumpirovom škrobu amiloza čini oko 20%, pšenični i kukuruzni škrob - oko 25%, rižin - 15-20%, u škrobu graška i nekim sortama kukuruza - 50-80%. Škrob jabuka je gotovo u potpunosti sastavljen od amiloze, dok se škrob voštanih sorti kukuruza sastoji samo od amilopektina.
U istoj biljnoj vrsti sadržaj amiloze i amilopektina u škrobu može varirati ovisno o fazi razvoja i uvjetima okoliša. U različitim organima biljaka sintetizira se škrob potpuno specifičnog sastava. Tako npr. škrob gomolja krumpira obično sadrži 19-22% amiloze, a u mladim izbojcima dvostruko više.
U biljkama se škrob stvara u lišću kao produkt fotosinteze, kao i u zrnu i sjemenu, gomoljima, rizomima, zadebljanim dijelovima stabljike kao rezervna tvar. Fotosintetski škrob se taloži u kloroplastima u obliku granula koje se nazivaju škrobna zrnca, te se dosta brzo koristi u procesu disanja i za sintezu drugih tvari. Značajan dio pretvara se u transportni oblik ugljikohidrata - saharozu, koja kroz floemski sustav ulazi u nefotosintetske organe, tamo se razgrađuje na glukozu i fruktozu, te se u obliku monosaharida uključuje u različite biosintetske procese.
Rezervni škrob se također taloži u obliku zrna iu nizu biljaka akumulira se u značajnim količinama u skladišnim tkivima i organima. U zrnu žitarica njegov sadržaj je obično 50-70%, u riži - 75-80%, u zrnu mahunarki - 30-50%, u gomoljima krumpira - 12-20%, u gomoljima slatkog krumpira, jam i manioka - 20 -30%, u lišću biljaka - do 1-2%.
Zrna škroba su najčešće u obliku ovalnih ili sferičnih čestica. (slika 3), koji imaju različite oblike i veličine (2-170 mikrona). Pod mikroskopom se može razlikovati njihova slojevita struktura. Veličina i struktura škrobnih zrnaca kod različitih vrsta, pa čak i sorti biljaka, imaju karakteristične specifičnosti i mogu se koristiti za identifikaciju genotipova, kao i za otkrivanje nečistoća jednog biljnog proizvoda u drugom.
Skladišni škrob se prvo taloži u plastide zvane amiloplasti. Kako se pune, njihova membranska struktura postupno se degradira i pretvaraju se u škrobna zrna.
Škrobodavne biljke su obnovljiva sirovina za prerađivačku industriju, koja se koristi za proizvodnju prehrambenog i tehničkog škroba, glukoze, etilnog alkohola, pa čak i plastike koja je vrlo izdržljiva i ekološki prihvatljiva (ne proizvodi otrovne emisije pri izgaranju).
Polifruktozidi. U biljkama obitelji ljiljana, bluegrass, astera, zvončića sintetiziraju se skladišni ugljikohidrati, izgrađeni od 4-40 ostataka b-D-fruktoze, pa se stoga nazivaju polifruktozidi, odnosno fruktani. Ostaci fruktoze u njihovim molekulama povezani su glikozidnim vezama koje nastaju između drugog i prvog atoma ugljika (b (1®2)-veze).
Polifrutozidi su sadržani u lišću, korijenu, sjemenu navedenih biljaka, akumuliraju se u značajnoj količini u donjem zadebljanom dijelu stabljika trava modrice (do 6-8% suhe težine) i u zrnućem žitarica ( raž, pšenica, ječam, zob). U listovima su glavni produkti fotosinteze, dok se fotosintetski škrob u tim biljkama ne stvara.
Od polifruktozida, inulin je najbolje proučen, koji sadrži 37-44 ostatka fruktoze u molekuli. Ostatak α-D-glukoze pričvršćen je na jedan od krajeva molekule inulina. Molekularna težina inulina je 5-6 tisuća. Dobro se otapa u vrućoj vodi, nema redukcijska svojstva, dobro ga apsorbiraju ljudski i životinjski organizmi, pa se biljke sposobne akumulirati inulin koriste kao krmne kulture i kao sirovina za industrijska proizvodnja fruktoze. Fruktoza se dobiva iz inulina kiselom hidrolizom.
Velika količina inulina nalazi se u gomoljima dalija i artičoka (do 50%), jeruzalemskoj artičoci (10-12%), korijenu cikorije (preko 10%). U češnjaku ukupni sadržaj polifruktozida doseže 20-30%, a polovica njih je inulin.
Celuloza. Celuloza ili celuloza je prilično stabilna tvar vlaknaste strukture, ne otapa se u vodi i organskim otapalima, ali je lako topljiva u amonijačnoj otopini bakrenog hidroksida (Schweitzerov reagens). Molekule celuloze sastoje se od ostataka b - D-glukoza, povezani b(1®4)-vezama. Svaka molekula celuloze može sadržavati 1500-10000 ostataka piranoze b - D-glukoza, tvoreći nerazgranati polimer.
Između linearno izduženih molekula celuloze sa slobodnim hidroksilnim skupinama nastaju vodikove veze, uz pomoć kojih se filamentni polimeri izgrađeni od ostataka glukoze spajaju u snopove, uključujući nekoliko desetaka molekula. Takvi snopovi celuloze, ili fibrile, imaju vrlo veliku čvrstoću i služe kao strukturna osnova stijenki biljnih stanica. Kao što se vidi na elektronskom mikrosnimku stanične stijenke (riža. 4), celulozna vlakna su raspoređena u slojevima, tvoreći mrežastu strukturu kroz koju voda slobodno prodire s tvarima otopljenim u njoj.
Celuloza se nalazi u različitim količinama u svim biljnim tkivima. Posebno puno celuloze u biljnim vlaknima (pamuk, lan) - 80-95%, drvo i slama - 40-50%. U ostalim biljnim proizvodima mnogo je manje: zrno žitarica i mahunarki - 2-6%, zrno membranoznih žitarica - 7-14%, sjemenke uljarica - 5-25%, gomolji krumpira - oko 1%, korijenski usjevi - 0,5-1 ,5%, povrće 0,5-1,2% (rajčica - 0,2%), voće i bobičasto voće - 0,5-2%, vegetativna masa krmnih trava - 20-30% (posljednja brojka se temelji na suhoj težini).
Ljudski organizmi i nepreživači praktički ne apsorbiraju celulozu, dok je preživači mogu apsorbirati uz pomoć enzima mikroorganizama koji žive u proventrikulusu ovih životinja i sudjeluju u procesima probave.
Kada se zagrije kiselom otopinom, celuloza prolazi kroz hidrolizu, pretvarajući se u glukozu, koja se koristi kao izvor ugljika za uzgoj stanica kvasca kako bi se industrijski proizvodio etilni alkohol i stočni kvasac s visokim udjelom proteina i vitamina. Istodobno, kao izvor celuloze služe drvni otpad i biljni ostaci koji sadrže celulozu - slama, košare suncokreta, vatra lana, klipovi kukuruza, melasa od repe, krumpirova pulpa, pamučne ljuske i dr. Veliki broj celuloza se troši za kemijsku obradu.
Uz celulozu, u izgradnji biljnih staničnih stijenki uz celulozu sudjeluju i drugi strukturni polisaharidi, hemiceluloze i pektinske tvari koje su vodikovim vezama povezane s molekulama celuloze.
Hemiceluloze. Hemiceluloze su mješavina polisaharida koji tijekom hidrolize tvore manozu, galaktozu, ksilozu, arabinozu i uronsku kiselinu – glukuronsku i galakturonsku kiselinu. Netopljivi su u vodi, ali topljivi u alkalnim otopinama. U staničnim stijenkama biljaka sadržaj hemiceluloza je oko 30%. Mnogo ih se nakuplja u drvu i slami (10-30%), sjemenskim omotačima, klipovima kukuruza, mekinjama, vegetativnoj masi biljaka. Različiti tipovi biljke se izrazito razlikuju po sastavu hemiceluloza.
GALAKTANI. Njihove molekule izgrađene su od ostataka b-D- galaktoza povezana b(1®4)-vezama. Više od 100 ostataka galaktoze kombinirano je u svakoj molekuli.
MANNANS. Ostaci manoze u mananima povezani su b(1®4)-vezama. Svaka molekula ima 200 do 400 monosaharidnih jedinica. Mnogo manana nalazi se u drvetu crnogorice i u staničnim stijenkama algi.
XILANI. Njihove molekule izgrađene su od ostataka b-D-ksiloze u obliku piranoze, povezanih b(1®4)-vezama. Polimer može sadržavati do 200 ostataka ksiloze. U slami i drvu sadržaj ksilana doseže 25-28%.
Molekule ksilana obično imaju grane u obliku ostataka arabinoze, kao i glukuronske i galakturonske kiseline. Grane najčešće nastaju esterifikacijom trećeg ugljikovog atoma ksiloze. Karboksilne skupine ostataka uronske kiseline tvore estere s metil alkoholom. Ksilani različitih biljaka razlikuju se po učestalosti i monosaharidnom skupu grana u molekuli.
ARABANI. To su polisaharidi stanične stijenke biljaka, koji se sastoje od ostataka a-L-arabinoze povezanih glikozidnom vezom između prvog i petog atoma ugljika. Štoviše, na svaki drugi ostatak arabinoze u linearnoj strukturi, još jedan ostatak arabinoze je vezan kao grana. U granama se stvara veza između trećeg ugljikovog atoma arabinoze u lancu i prvog atoma ugljika bočnog ostatka arabinoze.
Poput celuloze, hemiceluloze ljudski organizam ne apsorbira, ali ih preživači mogu apsorbirati uz pomoć enzima mikroorganizama koji se nalaze u proventrikulu.
GLUKANI. Glukani su polisaharidi nastali iz b-D-glukoze, ali u njihovim molekulama ostaci glukoze nisu povezani samo b(1®4)-vezama, kao u celulozi, već i b(1®3)-vezama ili samo b(1®3)-vezama. Ovi polisaharidi uključuju kalozu i lihenin. Kaloza je polisaharid koji sadrži do 100 ostataka b-D-glukoze u molekuli povezanoj b(1®3)-vezama. Nalazi se u sitastim cijevima floemskog sustava biljaka. U molekulama lihenina, ostaci b-D-glukoze povezani su i b(1®4)-vezama i b(1®3)-vezama (javljaju se s učestalošću od oko 30%). Lihenin je dio staničnih stijenki biljaka, osobito u lišajevima.
pektinske tvari. Pektinske tvari u biljkama predstavljene su s dvije skupine spojeva - pektini I protopektini, koji se razlikuju po strukturi i fizikalno-kemijskim svojstvima.
Pektini su vodotopivi polisaharidi izgrađeni od ostataka α-D-galakturonske kiseline, koje su povezane α(1®4)-vezama. Većina karboksilnih skupina ostataka galakturonske kiseline povezana je s eterom na ostatke metilnog alkohola, dok su kationi kalcija ili magnezija vezani za druge karboksilne skupine. Svaka molekula pektina sadrži više od 100 ostataka galakturonske kiseline.
Glavnu masu pektinskih tvari biljaka predstavlja protopektin, koji se nalazi u strukturi staničnih stijenki. Protopektin nastaje kao rezultat povezivanja pektina s eterskim vezama s galaktanima i arabanima, koji su dio biljne stanične stijenke. Eterske veze nastaju između karboksilnih skupina pektina i hidroksilnih skupina hemiceluloze.
Protopektinski polisaharidi su netopivi u vodi i imaju veću molekularnu masu od pektina. Mnogo se protopektina nakuplja u plodovima kruške, jabuke, citrusa, dunje koji se razvijaju, što uzrokuje njihovu tvrdu teksturu. Kada plodovi sazrijevaju, protopektini se pretvaraju u pektine, zbog čega njihova konzistencija postaje meka.
Karakteristična značajka pektinskih tvari voća i bobičastog voća je sposobnost stvaranja želea ili želea u zasićenoj otopini šećera (65-70%) i kiseloj sredini (pH 3,1-3,5). Polisaharidi veće molekularne mase pektinskih tvari imaju najbolju sposobnost želiranja.
U stabljikama lana pektin povezuje vlakna. Za odvajanje biljnih vlakana proizvodi se rosa ili vodeni režanj lanene slame u kojoj se pod djelovanjem mikrobnih enzima hidroliziraju pektinske tvari.
Guma i sluz. To su polisaharidi topljivi u vodi koji zbog bubrenja stvaraju vrlo viskozne otopine.
Na deblima i granama nekih stabala (trešnja, šljiva, badem) u obliku ljepljivih pruga ističu se biljne gume kada su oštećene. Kada se hidroliziraju, daju galaktozu, manozu, ramnozu, arabinozu, ksilozu, a također i uronske kiseline.
Sluz, taložena između plazma membrane i stanične stijenke, doprinosi zadržavanju vode u stanicama i šupljinama biljke te štiti od infekcije. Tijekom njihove hidrolize uglavnom nastaju pentoze (arabinoza i ksiloza), te mala količina galaktoze, glukoze i fruktoze.
Mnogo sluzi ima u sjemenu lana, djeteline, lucerne, raži i nekih drugih biljaka. Povećana viskoznost raži tijekom mljevenja uzrokovana je prisutnošću sluzi, zbog čega se zrno raži melje mnogo teže od pšenice. Sluz koji se nalazi u raženom brašnu usporava hidrolitičke procese tijekom formiranja tijesta i time poboljšava njegovu sposobnost zadržavanja oblika.
Guma i sluz iz različitih biljnih izvora značajno se razlikuju po skupu i specifičnom omjeru polisaharida koji ih tvore. Sastoje se od molekula različitog stupnja polimerizacije, od kojih mnoge imaju prilično visok stupanj grananja.
Pitanja za pregled.
1. Koje su strukturne značajke stereoizomera monosaharida povezanih s D- ili L-red? 2. Kako nastaju ciklički oblici monosaharida i koje su razlike ali- i b-stereoizomeri? 3. Kako se opisuje struktura piranoznih i furanoznih oblika monosaharida pomoću Haworthovih formula? 4. Koje konformacije molekula nastaju u heksozama i pentozama? 5. Kako nastaju oksidirani i reducirani derivati, kao i fosfatni esteri monosaharida? 6. Koje su značajke stvaranja glikozida, deoksi- i amino derivata monosaharida? 7. Koje su strukturne i biološke značajke najvažnijih aldoza i ketoza? 8. Kako nastaju molekule saharoze, maltoze, celobioze, b-levulina i drugih oligosaharida? 9. Koji su monosaharidi i po kojem principu su građene molekule najvažnijih polisaharida – škroba, polifruktozida, celuloze i hemiceluloze, pektina, guma i sluzi? 10. Koje biološke funkcije obavljaju navedeni oligosaharidi i polisaharidi? 11. Koliki je sadržaj šećera i raznih polisaharida u biljnim proizvodima? 12. Koji su monosaharidi i oligosaharidi redukcijski šećeri? 13. Koja je važnost ugljikohidrata u formiranju kvalitete biljni proizvodi? 14. Koje su glavne komponente škroba i kakva su struktura i svojstva tih komponenti? 15. Koje su vrste hemiceluloza i pektinskih tvari poznate?
Sažetak modularne jedinice 2.
Ugljikohidrati su bitne komponente stanica živih organizama. Neki od njih služe kao glavni respiratorni materijal organizama (šećeri, škrob, polifruktozidi) i talože se kao rezervne tvari, drugi obavljaju strukturne (celuloza, hemiceluloze, protopektin) i zaštitne (gume i sluz) funkcije. Većina šećera postoji u obliku stereoizomera i obično su iz D serije. Heksoze i pentoze postoje u organizmima uglavnom u obliku cikličkih oblika (piranoze ili furanoze).
Iz monosaharida nastaju reducirani (polihidrični alkoholi), oksidirani (aldonska, aldarna i uronska kiselina) derivati, fosfatni esteri, amino i deoksi derivati, glikozidi koji su produkti transformacije monosaharida i sudjeluju u metabolizmu. Lako probavljivi oblici ugljikohidrata (šećeri, škrob, polifruktozidi, pektinske tvari) mogu se akumulirati u značajnim količinama u biljnim proizvodima i stoga određuju njihovu nutritivnu i tehničku vrijednost.
Oligosaharidi nastaju iz monosaharida, čiji su ostaci povezani u molekule oligosaharida O-glikozidnim vezama. Saharoza i oligofruktozidi se talože u skladišnim organima biljaka ili se koriste kao transportni oblici ugljikohidrata u biljnim organizmima. Maltoza je produkt razgradnje škroba; celobioza se ne nakuplja u slobodnom obliku, jer se koristi u sintezi celuloze.
Molekule polisaharida građene su od ostataka monosaharida, koji su povezani, kao u molekulama oligosaharida, O-glikozidnim vezama. Molekule amiloze, polifruktozida, pektina, manana, galaktana su lančani polimeri. Molekule amilopektina, ksilana, arabana, guma i sluzi imaju grane različitog stupnja složenosti. Škrob, polifruktozidi, pektini talože se u skladišnim organima biljaka. Celuloza, hemiceluloze, protopektin sudjeluju u izgradnji staničnih stijenki biljaka.
Modularna jedinica 3. Lipidi.
Ciljevi i zadaci proučavanja modularne jedinice. Proučiti strukturu, svojstva i biološke funkcije glavnih skupina lipida. Naučiti studente kako koristiti informacije o lipidima u procjeni kvalitete biljnih proizvoda.
Lipidi su tvari koje se razlikuju po kemijski sastav, strukturu i izvršene funkcije, ali imaju slična fizikalna i kemijska svojstva. Svi oni sadrže hidrofobne radikale i skupine, zbog čega se ne otapaju u vodi, ali su lako topljivi u nepolarnim organskim otapalima - eteru, benzinu, benzenu, kloroformu.
Ovisno o kemijskom sastavu i strukturi, lipidi se dijele u tri razreda: jednostavan, kompleks I steroidni.
Jednostavni lipidi su esteri alkohola i karboksilnih kiselina visoke molekularne težine, oni uključuju masti i voskove. Složeni lipidi sadrže u sastavu molekula, osim glicerolnog alkohola i karboksilnih kiselina, ostatke drugih spojeva: ortofosfornu kiselinu, dušične baze, monosaharide itd. Čine dvije skupine tvari – fosfolipide i glikolipide.
Steroidni lipidi su ciklički spojevi koji pro-
derivate ciklopentanoperhidrofenantrena i predstavljene kao slobodne
tjelesne steroidne tvari i srodni oblici u obliku gli-
glikozidi i esteri. Vitamini i pigmenti topivi u mastima također se često nazivaju lipidima.
Ukupni sadržaj strukturnih lipida u vegetativnim dijelovima biljaka kreće se u rasponu od 0,1-0,5%. Akumulacija rezervnih lipida u sjemenu raznih biljaka dostiže sljedeće vrijednosti: zrno žitarica i mahunarki - 1-8%, soja i pamuk - 20-30%, suncokret, kikiriki, lan, konoplja, repica, gorušica, masline - 20-50%, mak, ricinus, zrna orašastih plodova - 50-60%, u klicama zrna pšenice - 8-14%, kukuruza - 30-40%. Biljke s visokim udjelom rezervnih lipida u sjemenu svrstavaju se u posebnu skupinu uljarica. Poznate su i biljke - akumulatori voska.