С группой химических веществ, которые долго называли сахарами, человек познакомился еще на заре цивилизации. Изготовление тканей, обработка древесины, получение сладких продуктов – все эти процессы так или иначе связаны с превращением углеводов.
В 1844 г. химик Карл Эрнст Шмидт (будущий профессор Дерптского, ныне Тартуского, университета) обратил внимание на то, что состав недавно открытой глюкозы и ряду других сахаров отвечает простейшей комбинации углерода и воды – 1:1. Он предложил назвать эту группу веществ углеводами – этот термин используется и сегодня, несмотря на то, что существуют и другие вещества сходного соотношения (уксусная кислота, например).
Углеводы в растениях выполняют две важнейшие функции – структурную и энергетическую. Одной из отличительных черт клеток растений является наличие углеводной (а именно, целлюлозной) клеточной оболочки, придающей ей форму и служащей надежной механической опорой. А при распаде углеводов в процессе клеточного дыхания выделяется энергия, без которой немыслимо само существование живых организмов. Поэтому и доходит содержание углеводов в растении до 90%.
Углеводы представляют собой соединения трех элементов – углерода, кислорода и водорода. Лишь в редких случаях в молекуле углевода может присутствовать и азот. По своему строению углеводы обычно делятся на моносахариды и полисахариды. Все они в разном количестве и сочетаниях имеются в растениях.
Наиболее известные моносахариды – глюкоза, фруктоза, галактоза. Глюкозу можно найти в каждой живой клетке растения, поскольку она является первичным субстратом для получения энергии. Вероятно, это самое распространенное органическое вещество на нашей планете. Много ее в спелых фруктах, нектаре. Как, собственно, и фруктозы (так называемого плодового сахара), о чем говорит само название этого вещества. Фруктоза, кстати, еще слаще глюкозы, она – основной сахар нектара и меда.
Фруктоза
Галактоза
Полисахариды состоят из определенного числа «связанных одной цепью» моносахаров. Если их немного, два или три, вещества называются соответственно дисахаридами и трисахаридами (общее их название – олигосахариды). Так, если соединить вместе глюкозу и фруктозу, получится сахароза, или тростниковый сахар – это тот самый сахар, что мы используем в пищу. В молоке животных содержится так называемый молочный сахар – лактоза, которой у растений немного. Она является соединением глюкозы и галактозы. В проросших семенах злаков, меде содержится мальтоза (солодовый сахар), состоящая из двух остатков глюкозы.
Сахароза
Если к глюкозе и галактозе мы добавим фруктозу, получим трисахарид – рафинозу. Она обнаруживается в спарже, фасоли, свекле, других овощах. Так получилось, что в бобовых растениях рафинозы довольно много (в сое, например, до 1,6% от сухого веса), но ферментами, содержащимися в человеческом организме, она не расщепляется. Однако у нас есть помощники – микроорганизмы, обитающие в толстом кишечнике. Они разрушают рафинозу до простых веществ – метана, водорода, углекислого газа. Не что иное, как образование этих газов делает нежелательным употреблять продукты из бобовых перед выходом в общество… Сходное «газообразующее» действие свойственно также содержащемуся в бобовых тетрасахариду стахиозе.
Рафиноза
Стахиоза
Моносахариды и олигосахариды находятся в цитоплазме растительной клетки и активно используются в различных синтетических процессах.
Одно из наиболее привлекательных для человека свойств сахаров – сладость. И хотя существуют сладкие вещества иной химической природы, например белки (так, получаемый из некоторых растений браззеин в 800 раз слаще сахара, а монеллин – в 3000 раз!), углеводы за счет своей более частой встречаемости играют основную пищевую роль.
Важнейшие мировые сахароносы – сахарный тростник, сахарная свекла, сахарная пальма, сахарный клен.
Последнее растение используют в США и Канаде для получения пасоки – так же, как мы используем, скажем, березу для получения березовой пасоки, или березового сока. Только сок сахарного клена гораздо слаще – он содержит до 65% сахарозы (у березы – около 2%). В этих странах существует целая индустрия получения кленового сока. После сбора его концентрируют, получая кленовый сироп, который уже идет на изготовление самых разных сладостей. Недаром лист сахарного клена изображен на флаге Канады.
Справедливости ради нужно сказать, что и у нас некоторые виды клена используются для получения сока. Это прежде всего клен мелколистный – достаточно крупное дерево, часто встречаемое в лиственных и смешанных лесах Приморья. Получают сок и из ореха маньчжурского, тоже весьма распространенного в нашем крае. Как у клена, так и у ореха сок более сладкий, чем березовый, но его растения выделяют меньше, да и с неясной периодичностью.
Клен мелколистный
Орех маньчжурский
Основным же дарителем весеннего освежающего напитка является, конечно, береза. Для подсочки в основном используются березы даурская и плосколистная. Белоствольную березу плосколистную в лесу узнает каждый, да и даурскую заметить довольно легко – ее кора отслаивается многочисленными тонкими пластинками, как бы налегающими одна на другую.
Береза даурская
Очевидные поставщики сладкой продукции – плодово-ягодные растения, на основе которых, часто с использованием меда, на Руси делали сладости.
Много сахаров (до 40%) в корневищах камыша озерного, из которых можно получать сладкий сироп.
Полисахариды играют важную роль в жизни растений.
Постоянное изменение условий существования требует наличия запаса веществ-энергоносителей. На первом месте среди запасных веществ растений и стоят углеводы. Образующаяся в процессе фотосинтеза глюкоза впоследствии превращается (полимеризуется) в крахмал, который откладывается в различных органах, чаще подземных – клубнях, корневых шишках, корневищах. По мере необходимости он вновь деполимеризуется до глюкозы, которая, расщепляясь до углекислого газа и воды в процессе клеточного дыхания, дает вожделенную энергию.
У некоторых растений крахмала накапливается очень много, и их начал использовать в пищевых целях человек. В разных регионах планеты появились свои крахмалоносные культуры. Кроме известных пшеницы, ячменя, ржи и других злаков это маниок (родина – Бразилия), батат (тропическая Америка), ямс (Азия, Африка, Южная Америка) и целый ряд других.
Некоторые признанные крахмалоносные культуры – картофель («Небось, картошку все мы уважаем!..», пел Владимир Высоцкий), рис, кукуруза – широко выращиваются и в Приморье.
В то же время есть у нас аборигенные растения, в которых также много крахмала. Это в большинстве своем корневищные многолетники из семейств Мятликовые (Злаковые), Рогозовые, реже других семейств.
У большинства дикорастущих приморских крахмалоносов в пищевых целях используются корневища. Это прежде всего виды рогоза из одноименного семейства. Всего их в Приморье шесть, но более известен рогоз широколистный, который узнается по темно-коричневым «бархатным» цилиндрическим женским соцветиям.
Рогоз широколистный
Корневища последнего вида содержат до 46% крахмала, а кроме того белки и углеводы. Их можно употреблять в сыром, вареном, печеном виде, а можно изготовить муку и использовать ее в качестве добавки к пшеничной или ржаной. Таким же образом можно использовать корневища тростника южного из семейства Мятликовые – они содержат до 50% крахмала. Много крахмала у представителей семейства сытевые (Осоковые) – некоторых камышей, видов рода клубнекамыш. Корневища последних имеют клубневидные утолщения, в которых накапливается до 70% крахмала. Много крахмала, до 50%, имеется в клубнях стрелолистов из семейства Частуховые. Еще больше его, до 60%, в корневищах сусака зонтичного из одноименного семейства, который часто называют «якутским хлебом».
Все это водные или околоводные растения. У сухопутных видов крахмал содержится в корневищах пырея ползучего, корнях лопуха, корневых клубнях тладианты сомнительной, хвощей.
Крахмал можно обнаружить не только в запасающих органах, но и в семенах многих растений. Это злаки (ежовник, щетинник, цицания широколистная), представители семейств Маревые (ширица), Гречиховые (гречиха татарская). Все эти дикоросы можно использовать в качестве замены традиционным пищевым культурам.
Приведенные примеры – лишь небольшая часть из обширного числа природных крахмалоносов.
Крахмал является основным запасным веществом у подавляющего большинства растений. Однако многие представители семейства Астровые (Сложноцветные), а также некоторые виды других семейств, отправляют в свои «кладовые» другой углевод – инулин, являющийся полимером фруктозы. В Приморье немало энтузиастов выращивания одного из видов подсолнечника – подсолнечника клубневого. Более известен он под названиями топинамбур, земляная груша. Родина этого вида – Южная Америка. В начале 17 века он появился в Европе, а спустя столетие – в России. Его сладковатые на вкус клубни можно не только варить и жарить, как и картофель. Инулин считается природным аналогом инсулина, поэтому топинамбур рекомендуют больным сахарным диабетом, да и при других недугах помогает этот выходец из Америки, так как содержит много различных целебных веществ.
Клубни топинамбура
Довольно много инулина содержится в корнях лопуха (репейника), которые находят самое разнообразное пищевое применение.
Еще один полисахарид, являющийся, как и крахмал, полимером глюкозы и щедро представленный в растениях, – целлюлоза, или клетчатка. По примерным оценкам, на Земле ежегодно образуется около ста миллиардов тонн целлюлозы!
Как уже говорилось, она входит в состав оболочек растительных клеток. Чем больше целлюлозы в оболочке, тем она крепче, тем прочнее ткань, сформированная такими клетками. Например, древесина более чем на 50% состоит из целлюлозы, волокна хлопчатника содержат ее свыше 90%, а льна – даже до 98%!
Неудивительно, что эти растения являются традиционными источниками сырья для изготовления тканей. Из льна, например, получают ткани различной степени жесткости – от грубого брезента до тонкого батиста. Стоит отметить, что волокна этих растений разного происхождения – у хлопчатника они являются придатками семени, а волокна льна находятся в стебле, точнее – в лубе.
На Руси крестьяне, не имея возможности покупать льняную одежду, делали ее из... конопли. Причем в основном использовали не женские экземпляры (конопля – двудомное растение), которые звались материнкой, или матеркой, а мужские, в которых волокно было крепче.
Мужские растения конопли назывались посконью, а сама одежда, из нее изготавливаемая, достаточно грубая – посконной. Волокно конопли не только крепкое, но и стойкое к гниению, поэтому из него также делали канаты, рыболовные снасти, парусину. Нужно сказать, что в последнее время текстильные изделия из конопли, являясь экологически чистым продуктом, вновь входят в моду.
К углеводам относят также пектиновые вещества – сложные эфиры полигалактуроновой кислоты и метилового спирта. В растворимой и нерастворимой формах они присутствуют в различных частях растений. Важнейшая их роль состоит в том, что они входят в состав срединной пластинки, накрепко соединяющей клеточные оболочки двух соседних клеток. Если под действием ферментов пектиновые вещества разрушаются, что наблюдается, например, при созревании плодов, клетки начинают отходить друг от друга. Этот процесс называется мацерацией; в результате мякоть плода становится рассыпчатой, рыхлой. Кроме того, пектиновые вещества способствуют поддержанию тургора (упругого состояния) тканей, повышают засухоустойчивость растений.
Основное свойство пектиновых веществ – способность желировать при взаимодействии с сахарами и органическими кислотами. Это широко используется в кондитерской промышленности при приготовлении желе, джема и других вкусных сладостей. Употребление растительных продуктов, богатых пектинами (их много в плодах черной смородины, клюквы, яблони, боярышника, сливы) весьма полезно для организма – они способны снижать содержание сахара в крови, угнетают гнилостную микрофлору кишечника. Образуя со многими металлами нерастворимые соединения, не усваиваемые кишечником и выводимые из организма, они оказывают радиозащитное действие. При поранениях весьма эффективно использование бинтов, пропитанных двухпроцентным раствором пектиновых веществ: прекращается гноение, рана очищается и быстро заживает.
Еще одной разновидностью полисахаридов являются слизи. Фармакологи и ботаники под слизями понимают вещества углеводного происхождения, которые сильно набухают в воде, образуя вязкую жидкость. Найти слизи можно в коре, корнях, семенах растений. Слизи играют важную биологическую роль: они являются запасными питательными веществами и идут в ход при весеннем прорастании почек; выполняют защитную функцию, предохраняя растение от пересыхания либо, у водных растений, предотвращая вымывание солей. Наконец, слизи способствуют прорастанию семян и их распространению.
Слизи делят на нейтральные (они – результат полимеризации моносахаридов) и кислые, включающие в себя уроновые кислоты (продукты окисления моносахаридов). Первые встречаются в представителях семйств Орхидные, Лилиевые, Бобовые, вторые – в семенах подорожника, льна.
Богатых слизью лекарственных растений не так уж много; к ним относится, например, алтей, в Приморье не произрастающий. Для терапевтического использования достаточно слизи содержится в мальве, льне и исландском мхе. Во многих других случаях слизи оказывают влияние на интенсивность действия других компонентов лекарственного растения. Лучше всего описать фармакологическое действие растительной слизи словами «смягчение раздражения». Слизь тонким слоем покрывает внутренние стенки органов и предохраняет их от местного раздражения или же смягчает уже возникшее раздражение. Поэтому воспаление слизистых оболочек быстро проходит под защитой слизесодержащих снадобий, а слизь постепенно резорбируется. Таким образом, действие ее чисто локальное. Слизесодержащие травы успокаивают кашель, когда он вызван раздражением глотки и надгортанника. Эти травы оказывают также легкое слабительное действие, так как разрыхляют и размягчают содержимое кишечника, удерживая воду (льняное семя).
Еще одно свойство слизей – ослабление вкусовой чувствительности, особенно к кислому. Например, малина содержит меньше сахара и больше кислоты, чем черная смородина, но из-за того, что она богаче слизистыми веществами, она слаще на вкус, чем смородина.
О роли углеводов в жизнедеятельности растений и их практическом значении можно говорить еще долго. Мы остановились лишь на некоторых из них, но и этот краткий обзор свидетельствует о важности углеводов для растений и человека.
Обмен углеводов
Углеводы - обширная группа органических соединений, входящих в состав всех живых организмов.
Термин «углеводы» возник потому, что первые известные представители углеводов по составу отвечали химической формуле C m H 2n O n (углерод + вода). Впоследствии были обнаружены природные углеводы с другим элементным составом, однако прежнее название сохранилось.
Углеводы делятся на две группы в зависимости от их
растворимости: растворимые и нерастворимые.
Растворимые углеводы , или сахара , обычно имеют сладкий вкус и кристаллическое строение. Это:
- свекловичный или тростниковый сахар, или сахароза (греч. sakchar , от санскрит. sarkara - гравий, песок, сахарный песок);
- виноградный сахар, или глюкоза (греч. glykys - сладкий);
- плодовый сахар, или фруктоза (лат. fructus - плод);
- молочный сахар, или лактоза (лат. lac , род. падеж lactis - молоко) и др.
Нерастворимые углеводы , или полисахариды , не имеют сладкого вкуса и кристаллического строения. Например:
- крахмал ;
- целлюлоза (лат. cellula - клетка);
- гликоген (греч. glykys - сладкий и genés - рождающий).
Функции углеводов
1. Энергетическая. Углеводы (сахара , крахмал , гликоген ) - основной источник энергии в клетке. При расщеплении 1 г углеводов до конечных продуктов обмена веществ выделяется 17,6 кДж энергии (столько же, сколько при расщеплении 1 г белка).
2. Запасающая (резервная). Резервным углеводом у человека и других животных является гликоген , который синтезируется и накапливается в клетках печени. Запасным углеводом растений является углевод крахмал .
3. Структурная (строительная). Из целлюлозы состоят клеточные стенки у растений. Ферменты пищеварительного тракта человека не способны расщеплять целлюлозу, поэтому она не имеет пищевой ценности как источник энергии, однако волокна целлюлозы благоприятно действуют на работу кишечника. Некоторые животные (термиты, жвачные животные) содержат в кишечнике особых симбиотических простейших, разлагающих прочные молекулы целлюлозы на молекулы глюкозы. Именно поэтому термиты способны питаться древесиной, зайцы - корой, жвачные животные - сеном, ветками, соломой.
Углеводы также входят в состав нуклеиновых кислот, образуют межклеточное вещество соединительной ткани (у животных).
4. Защитная. Взаимодействуют в печени со многими ядовитыми соединениями, переводя их в безвредные и легко растворимые вещества.
Углеводы в пище человека. Углеводы обеспечивают организм энергией и играют важную роль в регуляции деятельности желудочно-кишечного тракта. Главными источниками углеводов являются хлеб, картофель, макароны, крупы, фрукты, сладости. Чистым углеводом является сахар. Мёд, в зависимости от своего происхождения, содержит 70 - 80% сахара.
Все углеводы делятся на легко- и трудноусваиваемые , а также неусваиваемые .
Легкоусваиваемые углеводы - сахара - содержатся во всех сладких продуктах и напитках (сахаре, мёде, конфетах, соках, фруктах). Они способствуют быстрому восстановлению сил, однако употреблять легкоусваиваемые углеводы надо с осторожностью, так как их чрезмерное количество приводит к ожирению и развитию сахарного диабета.
Трудноусваиваемые углеводы - это, главным образом, крахмал. Оптимальный источник трудноусваиваемых, но самых полезных углеводов - это крупы, картофель, хлеб и макаронные изделия. Они медленно и равномерно поставляют в кровь глюкозу и способствуют накоплению в печени гликогена , который является основным запасом углеводов в организме человека. Кроме того, цельнозерновые крупы и хлопья из них содержат много пищевых волокон, которые хорошо поглощают токсины и способствуют продвижению пищи по пищеварительному каналу. Именно поэтому пшеничная, гречневая, кукурузная и овсяная крупы очень полезны.
Неусваиваемые углеводы , так называемая пищевая клетчатка (пищевые волокна, целлюлоза), содержатся в овощах и злаках, особенно много её в капусте и отрубях. Неусваиваемые углеводы не разрушаются под действием пищеварительных соков и проходят через кишечник человека в неизменном виде. Они, хотя и не обеспечивают организм энергией, обязательно должны содержаться в пище, так как способствуют нормальной работе кишечника и положительно влияют на состав кишечной микрофлоры.
Рекомендуемая суточная норма потребления углеводов
- самая
непостоянная величина. Она зависит от уровня физической нагрузки, пола,
возраста, пищевых традиций и др. Приблизительной нормой считается потребление
300 - 350 г углеводов в сутки.
При избыточном содержании углеводов в рационе часть их запасается в организме в форме гликогена и жировой ткани для последующего использования. Поэтому избыток углеводов в рационе способствует возникновению ожирения.
Строение и функции углеводов у растений 1. Классификация углеводов. 2. Моносахариды растений и их взаимопревращения. 3. Основные олигосахариды растений, их функции и биосинтез. 4. Запасные и структурные полисахариды: особенности строения и биосинтеза. Функции углеводов в растении: энергетическая; пластическая; структурная; запасная; осмотическая; регуляторная; сигнальная; защитная 1
Схема взаимопревращений сахаров Фруктоза Глюкоза ↓ ↓ фруктозо 6 фосфат глюкозо 6 фосфат ↓ маннозо 6 фосфат ↓ манноза ↓ глюкозо 1 фосфат ↓ УДФ глюкоза ↓ УДФ глюкуроновая кислота ↓ УДФ ксилоза ↓ УДФ арабиноза ↓ арабинозо 1 фосфат ↓ арабиноза глюкуронат 1 фосфат ↓ глюкуроновая кислота ↓ гулонолактон ↓ аскорбиновая кислота ↔ ДФ глюкоза АДФ глюкоза ↔ УДФ галактуроновая кислота ↓ галактуронат 1 фосфат ↓ галактуроновая кислота 7
Сравнительная оценка сладости сахаров и их производных Сахар Оценка сладости Сахароза 100 Ксилоза 40 Глюкоза 74 Мальтоза 32 Фруктоза 173 Галактоза 32 Сорбит 48 Рафиноза 23 Глицерин 48 Лактоза 16 Культура Сахароза Глюкоза Фруктоза Капуста б/к 0, 1 2, 6 1, 6 Морковь 3, 7 2, 9 следы Лук репчатый 6, 3 1, 2 Томаты 0, 2 1, 5 1, 0 Яблоки 3, 0 3, 8 8, 1 Вишня 0, 4 4, 5 3, 8 Абрикосы 6, 0 2, 2 1, 7 Апельсины 3, 6 1, 3 1, 5 Лимоны 0, 9 0, 6 Хурма 1, 2 9, 1 7, 8 8
Олигосахариды растений Мальтоза (солодовый сахар) в свободном виде в природе не встречается, находится в патоке, в проросшем зерне, обладает восстанавливающими свойствами. Сахароза широко распространена в природе, в некоторых растениях она может накапливаться в больших количествах, не обладает восстанавливающими свойствами. Трегалоза (грибной сахар, микоза) содержится в пекарских дрожжах, грибах, некоторых водорослях, не обладает восстанавливающими свойствами. Целлобиоза. Молекулы построены из двух остатков b D глюкозы, соединённых гликозидной связью между первым и четвертым атомами углерода (b(1 4) связь). В свободном виде обнаруживается в пасоке дере вьев. Олигофруктозиды. В листьях и стеблях мятликовых и лилейных содержатся олигосахариды, включающие два и более остатков фруктозы. Образуются в процессе фотосинтеза, если ассимиляционный крахмал у этих растений не образуется. Выполняют роль транспортных веществ. 9
Олигосахариды растений Рафиноза находится в сахарной свекле, семенах хлопчатника, сои, гороха, не обладает восстанавливающими свойствами. При производстве свекловичного сахара рафиноза переходит в побочный продукт, называемый мелассой. Стахиоза тетрасахарид, молекула состоит из остатков глюкозы, фруктозы и двух остатков галактозы, находится в семенах бобовых, сахар не восстанавливающий, сладковатый на вкус. 1 0
Синтез сахарозы у растений Глюкоза + АТФ → глюкозо 6 фосфат + АДФ Глюкозо 6 фосфат → глюкозо 1 фосфат Глюкозо 1 фосфат + УТФ → Р Р + уридиндифосфатглюкоза Фруктоза + АТФ → фруктозо 6 фосфат + АДФ УДФ глюкоза + фруктозо 6 фосфат → сахарозо 6 фосфат + УДФ Сахарозо 6 фосфат → сахароза + Р УДФ глюкоза + фруктоза ↔ сахароза + УДФ 11
Полисахариды растений Цeллюлoзa Остатки глюкозы связаны в положении β(1→ 4) Молекулы целлюлозы содержат не менее 10 4 остатков глюкозы [мол. масса (1 2) 106 Да] и могут достигать в длину 6 8 мкм. Не растворяется в воде, органических растворителях, слабых кислотах и щелочах, с раствором йода окрашивания не дает, не обладает восстанавливающими свойствами. Биосинтез целлюлозы: ГДФ - глюкоза + (глюкоза)к→ ГДФ + (глюкоза)к + 1 Распад целлюлозы идет преимущественно гидролитическим путем под действием фермента целлюлазы до дисахарида целлобиозы. При гидролизе целлюлозы концентрированными кислотами (при кипячении в течение длительного времени) и ферментом целлюлазой (широко распространенным у микроорганизмов) образуется глюкоза. 12
Полисахариды растений Гемицeллюлoзa Входят в состав растительных клеток и объединяют большую группу высокомолекулярных полисахаридов (маннаны, галактаны, ксиланы, арабаны), содержащие в боковых цепях арабинозу, глюкозу и т. д. В зависимости от входящего в их состав моносахарида гемицеллюлозы называют гексозанами (галактан, маннан) и пентозанами (ксилан, арабан). В растениях гемицелюзы, как правило, сопутствуют клетчатке и лигнину, причем ксиланы и маннаны прочно адсорбируются на поверхности клетчатки. Нерастворимы в воде, но растворимы в слабых растворах щелочей и легко гидролизуются под влиянием слабых кислот. 13
Полисахариды растений Крахмал Амилоза состоит из неразветвленных цепей, включающих 200 300 остатков глюкозы, связанных в положении α (1→ 4). Благодаря α конфигурации при С 1, цепи образуют спираль, в которой на один виток приходится 6 8 остатков глюкозы (1). Синяя окраска растворимого крахмала при добавлении иода связана с присутствием спирали. Амилопектин имеет разветвленную структуру. В среднем один из 20 25 остатков глюкозы содержит боковую цепь, присоединенную в положении α (1→ 6). Молекула амилопектина может включать сотни тысяч остатков глюкозы и иметь молекулярную массу порядка 108 Да. Амилопектин дает с йодом красно фиолетовую окраску. 14
Полисахариды растений Крахмал Биосинтез амилозы Остатки глюкозы переносятся на акцептор (затравку). Реакция идет по схеме: Уридиндифосфатглюкоза + акцептор (глюкоза)к -- УДФ + акцептор (глюкоза) к+1 Фермент, катализирующий эту реакцию, называется УДФГ крахмалглюкозилтрансферазой. У большинства растений донором глюкозы является аденозиндифосфатглкжозα(АДФГ). Реакция катализируется ферментом АДФГ крахмал глюкозилтрансферазой. Биосинтез амилопектина, имеющего α (1 6) связи, происходит при помощи фермента α глюкантрансферазы (Q фермент). В синтезе амилопектина участвует Д фермент или глюкозилтрансфераза, образующий α(1 4) связи и участвующий в образовании затравки. Гидролитический распад крахмала α амилаза катализирует расщепление α(1 4) связи, причем связи разрываются беспорядочно. Конечный продукт такого распада - мальтоза, глюкоза, декстрины. П β амилаза катализирует расщепление α (1 4) связей с образованием остатков мальтозы. Глюкоамилаза катализирует последовательное отщепление остатков глюкозы от молекулы крахмала. Амилопектин 1, 6 глюкозидаза или R фермент катализирует расщепление α(1 6) связей в молекуле амилопектина, т. е. действует на точки ветвления. Фосфоролиз - это присоединение фосфорной кислоты по месту разрыва глюкозидной связи между остатками моносахаридов в цепи полисахарида, при этом происходит образование глюкозо 1 фосфата. Эта реакция катализируется ферментомаглюконфосфорилазой, относящимся к классу трансфераз. 15
Полисахариды растений Пектиновые вещества: пектины и протопектины Пектины водорастворимые полисахариды, построенные из остатков α D галактуроновой кислоты, которые соединены α(1 4) связями. Большая часть карбоксильных групп остатков галакту роновой кислоты метилирована, а к другим карбоксильным группам присоединены катионы кальция или магния. Карбоксильные группы пектина и гидроксильные группы гемицеллюлоз связаны эфирными связями. В каждой молекуле пектина содержится более 100 остатков галактуроновой кислоты. Протопектин образуется в результате связывания эфирными связя ми пектина с галактанами и арабанами, входящими в состав кле точной стенки растения. Протопектин нерастворим в воде и имеет более высокую молекулярную массу по сравнению с пектинами. Много протопектина накапливается в формирующихся плодах rpуши, яблони, цитрусовых, айвы, что обусловливает их жёсткую консистенцию. При созревании плодов происходит превращение протопектинов в пектины, вследствие чего консистенция становится мягкой. Общее содержание пектиновых веществ в плодах и ягодах составляет 0, 3 1, 5%, в корнеплодах 1, 5 2, 5%, клубнях картофеля 0, 1 0, 5%, в томатах 0, 1 0, 2%, в капусте 0, 3 2, 0%, в кожуре апельсина и лимона 4 7%. Характерная особенность пектиновых веществ плодов и ягод способность образо вывать желе, или студни, в насыщенном растворе сахара (65 70%) и кислой среде (р. Н 3, 1 3, 5). 16
Полисахариды растений Камеди и слизи гомо и гетерополисахариды и полиурониды, образующиеся при слизистом перерождении клеточных стенок растений Камеди это густой слизистый сок, выступающий или произвольно или из надрезов и поранений на коре многих деревьев. В живом растении камеди образуются путем особого слизевого перерождения клетчатки оболочек клеток паренхимы, а также и крахмала, находящегося внутри клеток. В воде некоторые камеди растворяются, образуя коллоидные растворы, другие лишь набухают. В спирте, эфире и других органических растворителях нерастворимы. Химически исследованы недостаточно. Слизи это безазотистые вещества, близкие по химическому составу к пектинам и целлюлозе. Это вязкая жидкость, продуцируемая слизистыми железами растений и представляющая собой раствор гликопротеинов. Слизи образуются в растениях в результате физиологических нарушений или при различных болезнях, вследствие чего оболочки и клеточное содержимое отмирают. Слизи имеют полужидкую консистенцию, извлекаются из сырья водой. Они относятся к группе нейтральных полисахаридов и представляют собой сложную смесь различного химического состава. Основу их составляют производные сахаров и частично калиевые, магниевые, кальциевые соли уроновых кислот. Слизи и камеди настолько похожи, что не всегда удается их разграничить. Слизи в отличие от камеди получают не в твердом виде, а путем извлечения водой. 17
У растений подобные биологически активные соединения образуются и депонируются в основном в корневище, клубнях, корнях, луковицах и в нижних частях надземных побегов.
Крахмал - это углевод с большой молекулярной массой. Вначале он образуется в листьях в ходе растений. Там из него синтезируется глюкоза, а из нее фруктоза, которая и поступает в другие части растения и питает их. Вторичный крахмал образуется в основном в корнях.
Второй «запасной углевод» растений - это инулин. Он циркулирует в в растворенной форме. Инулином богаты такие растения, как георгин, девясил.
В зернах и злаковых присутствует еще один запасной питательный элемент - гемицеллюлоза. У животных же наибольшее значение имеет гликоген. Он может откладываться в печени и мышцах и расходоваться по мере необходимости.
Функции «запасных углеводов»
Углеводы - это основные источники энергии для растений и животных. Человек с углеводами должен получать 50-60% калорий от суточного рациона. Основными функциями углеводов являются: энергетическая, защитная и структурная.Крахмал не растворяется в воде, поэтому он не изменяет осмотическое давление в клетке, не оказывает влияние на . При помощи простого гидролиза он может быть превращен в глюкозу.
Большое значение данный вопрос имеет для сельского хозяйства и . При выращивании сельскохозяйственных растений и цветов важно учитывать колебания содержания запасных питательных веществ, в том числе и углеводов.
В зимний период запасы углеводов снижаются, а перед зимовкой наоборот увеличиваются. Недостаток углеводов наблюдается и ранней весной. То же самое характерно и во время появления бутонов, развития стеблей растений. Поэтому очень важно в данный отрезок времени уделять сельскохозяйственным культурам особое внимание: бороться с сорняками, поливать, удобрять.
В силу этого можно с уверенностью сказать, что «запасные углеводы» являются незаменимыми веществами как для растений, так и для животных.
Видео по теме
Гликоген для организма – это источник питательной энергии на экстренный случай. Когда физическая нагрузка высока, из «гликогеновых депо», специальных структур в мышечных клетках, появляется гликоген и распадается на простейшую глюкозу, а она уже дает питание организму.
По-научному, гликоген - полисахарид, основанный на глюкозе. Это сложный углевод, который есть только у живых организмов, и нужен им, как энергетический резерв. Гликоген можно сравнить с батарейкой, которую организм использует в стрессовой ситуации для того, чтобы двигаться. А еще гликоген может быть заменой для жирных кислот, что очень важно для спортсменов.
Отличие жирной кислоты от гликогена в том, что последний - это чистый сахар, но пока организм не затребует его, он нейтрализован и не попадает в кровь. А жирная кислота сложнее, - она состоит из углеводов и транспортирующих белков, которые связывают глюкозу и уплотняют до состояния, в котором трудно будет ее расщепить. Жирная кислота нужна организму, чтобы увеличить энергетическую ценность жиров и снизить вероятность их случайного распада. Организм запасает жирную кислоту для острой нехватки калорий, а гликоген дает энергию даже при маленьком стрессе.
Количество гликогена в организме зависит от размера «гликогеновых депо». Если человек специально не занимается, этот размер у него будет маленьким. Спортсмены же умеют увеличивать «гликогеновые депо» с помощью тренировок, получая при этом:
- высокую выносливость;
- возросший объем мышечной ткани;
- заметные изменения веса в ходе тренировки.
Однако на силовые показатели спортсменов гликоген почти не влияет.
Зачем нужен гликоген?
Роль гликогена для организма зависит от того, откуда он синтезирован: из печени или из мышц.
Гликоген из печени нужен, чтобы поставлять глюкозу по всему телу - это не дает уровню сахара в крови колебаться. Если между завтраком и обедом человек активно занимается спортом, уровень глюкозы у него падает, появляется риск гипогликемии. Тогда гликоген в печени расщепляется, проникает в кровь и выравнивает глюкозный показатель. С помощью гликогена печень поддерживает уровень сахара в норме.
Гликоген из мышц нужен, чтобы поддерживать работу опорно-двигательной системы.
У людей, которые мало двигаются, глюкоза не накапливается в виде гликогена. Их «гликогеновые депо» полны, а запасы животного крахмала не успевают потратиться, и глюкоза копится в виде жиров под кожей. Поэтому пища, богатая углеводами, для человека малоподвижного - прямой путь к росту жировой прослойки.
У спортсменов ситуация другая:
- из-за нагрузок гликоген истощается быстро, до 80% за тренировку;
- из-за этого возникает «углеводное окно», когда организму срочно нужны быстрые углеводы, чтобы восстановиться;
- в «углеводное окно» спортсмен может есть сладкое или жирное - это ни на что не повлияет, потому что организм возьмет всю энергию из пищи, чтобы восстановить «гликогеновое депо»;
- мышцы спортсменов активно наполняются кровью, и их «гликогеновое депо» растягивается, а клетки, которые хранят гликоген, становятся больше.
Однако гликоген перестанет поступать в кровь, если пульс увеличиться до 80% от максимального ЧСС. Это приведет к недостатку кислорода, и тогда организм начнет стремительно окислять жирные кислоты. Такой процесс в спорте называют «сушкой».
Но похудеть, накапливая гликоген, нельзя. Наоборот, когда увеличиваются запасы гликогена, на 7-12% возрастет вес. Однако тело становится тяжелее только потому, что увеличиваются мышцы, а не жировая прослойка. И когда «гликогеновые депо» у человека большие, избыток калорий не превращается в жировую ткань. А это значит, что вероятность поправиться за счет жира минимальна.
Однако, именно гликоген объясняет скорый результат экспресс-диет для похудения. Эти диеты - безуглеводны, что вынуждает организм сильнее расходовать гликоген. Его в теле взрослого человека накапливается до 400 граммов, причем каждый грамм связывает 4 грамма воды. И когда организм теряет гликоген, то вместе с ним он избавляется и от воды, причем ее уйдет в 4 раза больше. А один литр воды - это 1 кг веса.
Но результат экспресс-диет длится недолго. Стоит человеку вернуться к привычной еде, которая содержит углеводы, запасы животного крахмала восполнятся. А с ними вернется и потерянная во время диеты вода.
Как превратить углеводы в гликоген?
Синтезом гликогена руководят гормоны и нервная система, не только тренировки. В мышцах процесс запускает адреналин, в печени - глюкогаон, гормон поджелудочной железы, который вырабатывается, когда человек голодает. За создание «запасных» углеводов отвечает инсулин.
Действие инсулина и глюкогаона зависит от пищи. Если организм насыщен, быстрые углеводы превратятся в жировую ткань, а медленные же станут энергией, не попадая в гликогеновые цепочки.
Чтобы узнать, как распределится пища, надо:
- Учесть гликемический индекс. При высоком показателе сахар в крови растет, и организм превращает его в жиры. При низком постепенно повышается уровень глюкозы, она расщепляется. И только при среднем показателе, от 30 до 60, сахар становится гликогеном.
- Учесть гликемическую нагрузку: чем она ниже, тем больше шанс, что углевод превратится в гликоген.
- Знать тип углеводов. Есть углеводы с высоким гликемическим индексом, но они легко расщепляются на простые моносахариды. Например, мальтодекстрин: он не участвует в пищеварительном процессе и сразу попадает в печень, где организму проще расщепить его на гликоген, чем превращать в глюкозу.
Станет ли еда гликогеном или жировой кислотой зависит и от того, сколько глюкозы получится при расщеплении. Очень медленный углевод, например, не превратится ни в гликоген, ни в жировую кислоту.
Гликоген и болезни
Болезни возникают в двух случаях: когда гликоген не расщепляется, и когда он не синтезируется.
Когда гликоген не расщепляется, он начинает накапливаться в клетках всех тканей и органов. Последствия серьезные: нарушения работы тонкого кишечника, проблемы с дыханием, судороги, увеличение сердца, почек, печени, гликемическая кома - и это далеко не все. Болезнь называется гликогенез, она врожденная, и появляется из-за неправильной работы ферментов, которые нужны для расщепления гликогена.
Когда гликоген не синтезируется, врачи диагностируют агликогенез - заболевание, которое возникает, потому что в организме вообще нет фермента, расщепляющего гликоген. При этом у человека очень низкое содержание глюкозы, судороги и резкая гипогликемия. Болезнь наследственная, определяют ее с помощью биопсии печени.
Излишек или дефицит: как узнать?
Если гликогена в организме слишком много, у людей увеличивается вес, сгущается кровь, появляются проблемы с тонким кишечником, нарушается работа печени. Группа риска - люди с дисфункцией печени, с недостатком ферментов и те, кто сидит на диете с высоким содержанием глюкозы. Им нужно больше физических нагрузок и стоит снизить количество пищи, богатой гликогеном.
Если гликогена недостаточно, это сказывается на психике: возникают апатии, более или менее сильные депрессивные состояния, ухудшается память. У такого человека ослабнет иммунитет, пострадают кожа и волосы.
В сутки людям нужно получать от 100 граммов гликогена или больше. А если человек занимается спортом, практикует «голодные» диеты и его умственная нагрузка часто высока, дозу необходимо повышать.
Чтобы эффективно функционировать в самых разных условиях, человеческому организму требуется энергетический резерв. Эту функцию выполняет в том числе и гликоген. Это соединение относится к сложным углеводам. Гликоген встречается только в организмах человека и животных.
Что такое гликоген
Гликоген представляет собой комплексный углевод. Он образуется из поступающей в организм с пищей глюкозы в процессе гликогенеза. С точки зрения химии это - коллоидальный полисахарид с разветвленной цепью, состоящей из остатков глюкозы.
С точки зрения структуры гликоген - это сотни связанных между собой особым образом молекул глюкозы. Иногда гликоген именуют «животным крахмалом», ведь он встречается исключительно в организмах живых существ.
Функция гликогена состоит в том, чтобы быть резервом глюкозы для организма.
Как происходит синтез этого углевода? В момент приема пищи углеводы (например, лактоза, сахароза, мальтоза, крахмал) расщепляются под воздействием особого фермента на небольшие молекулы. После этого в пределах тонкого кишечника сахароза и панкреатическая амилаза участвуют в гидролизе остатков углеводов до моносахаридов. Одна часть освобожденной глюкозы поступает в кровоток и направляется в печень. Другая часть переходит в клетки иных органов.
В мышечных клетках идет распад моносахарида глюкозы (гликолиз). В этом процессе обычно участвует кислород. Происходит синтез молекул АТФ, которые представляют собой источник универсальной энергии для любых живых организмов. Однако далеко не вся глюкоза, что вводится в организм с пищей, идет на синтез АТФ. Некоторая ее часть запасается в виде гликогена. В процессе гликогенеза происходит полимеризация - последовательное подсоединение мономеров глюкозы друг к другу. Под воздействием особых ферментов формируется разветвленная полисахаридная цепь.
Полученный гликоген хранится в цитоплазме некоторых клеток организма в виде гранул. Больше всего гликогена запасается в мышечной ткани и печени. При этом мышечный гликоген становится ценным источником глюкозы для самих мышц. А гликоген, который содержится в печени, позволяет поддерживать правильную концентрацию глюкозы в крови.
Печень представляет собой второй по размеру орган тела после кожи. Эта железа очень тяжелая - вес печени доходит у взрослого человека до полутора килограммов. Одна из важных функций этого органа - поддержание углеводного обмена. Будучи своего рода фильтром, печень участвует в поддержании нужного уровня глюкозы в крови. Она - своего рода буфер глюкозы. Печень с ее регуляторной функцией крайне необходима организму.
Некоторый запас гликогена содержится:
- в клетках сердца;
- в нервных клетках;
- в соединительной ткани;
- в эпителии;
- в слизистой оболочке матки;
- в тканях эмбрионального типа.
Для чего организму нужен гликоген
Гликоген - это энергетический резерв организма. Когда возникает острая необходимость, организм быстро может получить из гликогена глюкозу. Происходит это следующим образом. Гликоген распадается в промежутках между отдельными приемами пищи. Его распад также сильно ускоряется при серьезной физической нагрузке. Такой процесс идет посредством отщепления глюкозных остатков при воздействии на них специальных ферментов. В результате гликоген распадается на глюкозо-6-фосфат и свободную глюкозу. При этом затрат АТФ не происходит.
Одним из наиболее важных внутренних органов тела человека является печень: она выполняет ряд крайне важных функций, обеспечивающих жизнедеятельность. Одна из таких функций - поддержание нормального уровня сахара в крови. Правильный уровень нужен для работы головного мозга.
Запасы гликогена в печени нужны для покрытия потребностей в глюкозе по всему организму. А вот запасы гликогена в мышечной ткани могут быть использованы лишь локально. Иначе говоря: при выполнении приседаний тело потребляет гликоген только из мышц ног. Запасы гликогена в других мышцах при этом не расходуются.
Гликоген запасается не в мышечных волокнах непосредственно, а в окружающей эти волокна питательной жидкости. На размер гликогеновых депо влияют регулярные силовые нагрузки. При этом мышцы становятся более крупными и объемными.
Основной источник пополнения запасов гликогена - углеводы из продуктов питания. Чем ниже гликемический индекс того или иного углевода, тем медленнее от отдает энергию в кровь.
Если уровень сахара в крови понижается, в крови активизируется фосфорилаза. Тогда гликоген расщепляется. Глюкоза подается в кровь, обеспечивая организм энергией. В случае повышения уровня сахара (к примеру, после еды) клетки печени приступают к активному синтезу гликогена.
Значительные отклонения уровня глюкозы от нормальных значений опасны для здоровья.
Нарушения при синтезе гликогена
Нарушения в обмене гликогена считаются наследственными заболеваниями. Причинами сбоев становятся разные дефекты ферментов, которые непосредственным образом участвуют в настройке процессов образования гликогена и его расщепления.
В числе гликогеновых заболеваний выделяют гликогенозы и агликогенозы. Первый вид нарушений - очень редкая наследственная патология. Она обусловлена накоплением полисахаридов в клетках организма. Избыточное нахождение гликогена в печени, почках, легких, мышцах вызывается дефектами в структуре ферментов, участвующих в процессах распада гликогена.
При гликогенозе нередко наблюдаются характерные нарушения в развитии отдельных органов, задержка в формировании психомоторики, тяжелые состояния (вплоть до комы). Чтобы подтвердить диагноз и определить конкретный тип гликогеноза, осуществляют биопсию мышц и печени. Затем отобранный материал направляется на гистохимическое исследование. Таким способом можно определить содержание гликогена в тканях, узнать, какова активность ферментов, ответственных за его синтез и распад.
Не менее тяжким наследственным заболеванием является агликогеноз. Он вызывается отсутствием фермента, который может влиять на синтез гликогена. При такой патологии в тканях практически полностью отсутствует гликоген. Диагноз ставится на основании биопсии печени. Проявления агликогеноза:
- очень низкое содержание глюкозы в крови;
- гипогликемические судороги;
- крайне тяжелое состояние больного.
Влияние синтеза гликогена на здоровье
Гликоген - это энергетический резерв, который может быть очень быстро введен в действие. После приема пищи организм вбирает столько глюкозы, сколько ему требуется для того, чтобы обеспечить умственную деятельность и физическую активность. Остальной гликоген хранится в печени и мышечной ткани: он понадобится позже.
При занятиях спортом или при серьезной физической работе организм начинает потреблять накопленные запасы гликогена. Через несколько часов без приема пищи запасы гликогена подходят к концу. Но нервная система продолжает его требовать. Тогда возникает вялость, физические реакции становятся слабее. Человек теряет способность сосредоточиться.
Организм запускает синтез нужного ему гликогена. В кровоток попадает инсулин, который обеспечивает доставку в клетки глюкозы и способствует синтезу гликогена. После физической активности организм восстанавливает запасы гликогена - для этого нужно всего лишь что-нибудь съесть. Если человек ограничивает себя в потреблении продуктов питания, содержащих глюкозу, в первую очередь страдает сердце. А если в организме глюкозы много, она начинает превращаться в жир. И организму требуется много времени, чтобы его сжечь. Об этом в первую очередь нужно помнить тем, кто страдает от избыточного веса.
Пластическая. Углеводы образуются в растениях в процессе фотосинтеза и служат исходным сырьем для синтеза всех других органических веществ;
Структурная. Эту роль выполняют целлюлоза или клетчатка, пектиновые вещества, гемицеллюлоза;
Запасающая. Запасные питательные вещества: крахмал, инулин, сахароза…
Защитная. Сахароза у зимующих растений – основное защитное питательное вещество.
Энергетическая. Углеводы – основной субстрат дыхания. При окислении 1 г. углеводов выделяется 17 кДж энергии.
2.2. Белки (Б).
Белки, или протеины – высокомолекулярные соединения, построенные из аминокислот.
Среди органических веществ по количеству в растениях на первом месте стоят не белки, а углеводы и жиры. Но именно Б. играют решающую роль в обмене веществ.
Функции белков в растениях.
Структурная. В цитоплазме клеток доля белков составляет 2/3 от всей массы. Белки являются составной частью мембран;
Запасающая. В растениях белков меньше, чем в животных организмах, но достаточно много. Так, в семенах злаков – 10-20 % сухой массы, в семенах бобовых и масличных культур – 20-40 %;
Энергетическая. Окисление 1 г белка дает 17 кДж;
Каталитическая. Ферменты клеток, выполняющие каталитическую функцию являются белковыми веществами;
Транспортная. Осуществляют транспорт веществ через мембраны;
Защитная. Белки как антитела.
Белки выполняют ряд других специфических функций.
2.2.1. Аминокислоты (А),
А – основные структурные единицы, из которых построены молекулы всех белковых веществ. Аминокислоты – производные кислот жирного или ароматического рядов, содержащие одновременно аминогруппу (-NH 2) и и карбоксильную группу (-СООН). Большинство природных А. имеет общую формулу
В природе присутствует около 200 А., а в построении Б. участвуют лишь 20, а также два амида- аспарагин и глутамин. Остальные А. называются свободными.
В Б. присутствуют только левые аминокислоты.
Из химических свойств А. отметим их амфотерность . В связи с амфотерным характером А. в водных растворах в зависимости от рН раствора диссоциация групп –СООН или –NH 2 подавляется и А. обнаруживают свойства кислоты или щелочи.
(-) щелочная среда кислая среда заряд «+»
Н 2 О +R-СН-СОО - ← ОН- +R-СН-СОО- + Н+ →R-СН-СООН
H 2 NH 3 N + H 3 N +
Реакция раствора А., при которой наблюдается равенство «+» и «-» зарядов, называется изоэлектрической точкой (ИЭТ). В ИЭТ молекула А. электронейтральна и не передвигается в электрическом поле.
В состав Б. входят 20 А. и два амида-аспарагин и глутамин. Из 20 А. 8 являются незаменимыми, так как они не могут синтезироваться в организме человека и животных, а синтезируются растениями и микроорганизмами. К незаменимым аминокислотам относятся: валин; лизин; метионин; треонин; лейцин; изолейцин; триптофан; фенилаланин.
Представители А.
Аланин СН 3 -СН-СООН (6.02)
Цистеин СН 2 -СН-СООН (5.02)
Аспарагиновая СООН-СН 2 -СН-СООН (2.97)
кислота |
Глутаминовая СООН-СН 2 -СН 2 -СН-СООН (3.22)
кислота |
Лизин СН 2 -СН 2 -СН 2 -СН 2 -СН-СООН (9.74)
2.2.2. Состав и общие свойства белков.
Элементарный состав Б. довольно постоянен и почти все они содержат 50-60 % С, 20-24 % О, 6-7 % Н, 15-19 % N, а количество серы – от 0 до 3 %. В сложных Б. в небольшом количестве присутствуют фосфор, железо, цинк, медь…..
Свойства белков.
Амфотерность. Б. содержат свободные NH 2 и СООН группы и могут диссоциировать как кислоты и как основания (см. на примере А.). Они имеют ИЭТ. При реакции раствора равной или близкой ИЭТ белки характеризуются крайней неустойчивостью и легко выпадают из растворов в осадок при самых слабых внешних воздействиях. Это используется для выделения белков.
Денатурация. Это потеря белком своих биологических свойств под влиянием различных внешних воздействий – высокая температура, действие кислот, солей тяжелых металлов, спирт, ацетон и др. (см. факторы коагуляции коллоидов). В результате воздействия в белковой молекуле происходит изменение строения полипептидных цепей, нарушается пространственная структура, но распад на аминокислоты не происходит. Например, при нагревании куриного яйца белок свертывается. Это необратимая денатурация; или абсолютно высушенные семена.
Биологическая питательная ценность белков (БПЦ). Она определяется содержанием в Б. незаменимых А. Для этого исследуемый Б. сравнивают со стандартным Б., утвержденным ФАО (Международная продовольственная и с.-х. организация). Рассчитывают аминокислотный скор каждой незаменимой аминокислоты и выражают его в % содержание незаменимой А. в исследуемом белке (мг) х 100 %
Те А., у которых аминокислотный скор меньше 100 %, называются лимитирующими . Во многих Б. вообще нет отдельных незаменимых А.. Например, триптофан отсутствует в белках яблок; во многих растительных Б. лимитирующими чаще всего бывают четыре незаменимых А. – лизин, триптофан, метионин и треонин. Б., не содержащие некоторых незаменимых А., называютсянеполноценными . Растительные Б.считаются неполноценными,а Б. животных –полноценными . На создание 1 кг животного Б. расходуется 8-12 кг растительного. По БПЦ белка можно оценить: 100 % - белки молока, яиц; другие животные Б – 90-95 %; Б. бобовых культур – 75-85 %; Б. зерновых культур - 60-70 %.
2.2.3. Строение белков.
Согласно полипептидной теории строения Б. (Данилевский, Фишер) аминокислоты взаимодействуют между собой с образованием пептидной связи – СО-NH-. Образуются ди-, три-, пенто- и полипептиды.
Молекула Б. построена из одной или нескольких связанных между собой полипептидных цепей, состоящих из аминокислотных остатков.
СН 3 СН 2 SН СН 3 СН 2 SН
H 2 N-СН-СООН +H 2 N-СН-СООН →H 2 N-СН-СО-NН-СН-СООН + Н 2 О
Аланин цистеин аланилцистеин
(дипептид)
Структура Б .
Существуют различные уровни организации белковой молекулы и каждая молекула имеет свою пространственную структуру. Потеря или нарушение этой структуры вызывает нарушение выполняемой функции (денатурация).
Существуют различные уровни организации белковой молекулы.
Первичная структура. Определяется количеством и последовательностью расположения аминокислот в молекуле Б. Первичная структура закреплена генетически. Молекула Б. имеет при этой структуре нитевидную форму. …….
Первичная структура гомологичных белков используется, в частности, в качестве критерия для установления родства между отдельными видами растений, животных и человека.
Вторичная структура. Она представляет собой спиралевидную конфигурацию полипептидных цепей. Решающая роль в ее образовании принадлежит водородным связям …… Однако между отдельными точками спирали могут возникать и дисульфидные связи (-S-S-), которые нарушают типичную спиральную структуру.
Третичная структура. Это еще более высокий уровень организации Б. Она характеризует пространственную конфигурацию молекулы. Она обусловлена тем, что свободные карбоксильные, аминные, гидроксильные и др. группы боковых радикалов молекул аминокислот в полипептидных цепях взаимодействуют между собой с образованием амидных, сложноэфирных и солеобразных связей. Благодаря этому полипептидная цепь, имеющая определенную вторичную структуру, еще более складывается и упаковывается и приобретает специфическую пространственную конфигурацию. Существенную роль в ее образовании играют также водородные и дисульфидные связи. Формируется глобулярная (шаровидная) форма белков.
Четвертичная структура. Она образуется при объединении нескольких белков с третичной структурой. Следует отметить, что функциональная активность того или иного белка определяется всеми четырьмя уровнями его организации.
2.2.4. Классификация белков .
По строению белки подразделяются на протеины, или простые Б., построенные только из остатков аминокислот, и протеиды, или сложные Б., состоящие из простого Б. и прочно связанного с ним какого-либо другого соединения небелковой природы. В зависимости от природы небелковой части протеиды делятся на подгруппы.
Фосфопротеиды – белок соединен с фосфорной кислотой.
Липопротеиды – белок соединен с фосфолипидами и др. липидами, например, в мембранах.
Гликопротеиды – белок соединен с углеводами и их производными. Например, в составе растительных слизей.
Металлопротеиды – содержат металлы, г.о. микроэлементы: Fe,Cu,Zn….. Это в основном металлосодержащие ферменты: каталаза, цитохромы и др.
Нуклеопротеиды – одна из самых важных подгрупп. Здесь белок соединяется с нуклеиновыми кислотами.
Большое практическое значение имеет классификация протеинов по растворимости в различных растворителях. Различают следующие фракции Б. по растворимости:
Альбумины – растворимые в воде. Типичный представитель – альбумин куриного яйца, многие белки – ферменты.
Глобулины – белки, растворимые в слабых растворах нейтральных солей (4 или 10 % NaClили КCl).
Проламины – растворяются в 70 % этиловом спирте. Например, глиадины пшеницы и ржи.
Глютелины – растворяются в слабых растворах щелочей (0,2-2 %).
Гистоны – низкомолекулярные Б. щелочного характера, содержащиеся в ядрах клеток.
Фракции Б. различаются по аминокислтному составу и биологической питательной ценности (БПЦ). По БПЦ фракции располагаются в последовательности: альбумины › глобулины ≈ глютелины › проламины. Содержание фракций зависит от вида растений, оно неодинаково в различных частях зерна. (см. частную биохимию с.-х. культур).
Липиды (Л).
Липиды – жиры (Ж) и жироподобные вещества (липоиды) близкие по своим физико-химическим свойствам, но различающиеся по биологической роли в организме.
Липиды обычно разделяются на две группы: жиры и липоиды. Обычно к липидам относят и жирорастворимые витамины.
