Химический состав растений: Углеводы. Запасной углевод растений, его роль в процессе жизнедеятельности

Углеводы - основные питательные и скелетные компоненты клеток и тканей растений. Они состоят из углерода, водорода и кислорода и составляют 75-80% сухих веществ растения. По химической природе углеводы являются альдегидами или кетонами многоатомных спиртов или продуктов их конденсации.

Углеводы делятся на три класса: 1) моносахариды, или монозы (простые сахара); 2) олигосахариды; 3) полисахариды, или полиозы. Классификация углеводов может быть представлена следующей схемой:

Моносахариды. К ним относятся: биозы (гликолевый альдегид

триозы С 3 Н 6 O 3 , тетрозы С 4 Н 8 O 4 , пентозы С 5 Н 10 O 5 , гексозы C 6 H 12 O 6 и гептозы C 7 H 14 O 7 . Из пентоз и их производных наиболее распространены арабиноза и ксилоза, рибулозо-дифосфат (акцептор СO 2 при фотосинтезе), рибоза и дезоксирибоза, которые входят в состав нуклеиновых кислот и нуклеотидов; из гексоз наиболее известны глюкоза и фруктоза. Пентозы и гексозы играют важную роль в жизни растений. Наиболее распространены в природе гексозы.

Моносахариды подразделяются на альдозы, в молекулу которых входит альдегидная группа

и кетозы, в молекуле которых содержится кетонная группа. (= С = О), Например, триозы делятся на альдотриозы и кето-триозы:

Триозы образуются при окислении трехатомного спирта, глицерина до глицеринового альдегида и диоксиацетона:

Триозы в форме фосфотриоз получаются также при распаде углеводов в тканях:

Гексозы подразделяются на альдогексозы НОСН 2 [СНОН] 4 СНО с четырьмя асимметричными атомами углерода (обозначены звездочками):

и кетогексозы НОСН 2 (СНОН) 3 СОСН 2 ОН с тремя асимметричными атомами углерода:

Из гептоз следует указать на седогептулозу, которая в виде фосфорного эфира играет важную роль при фотосинтезе и при распаде углеводов через пентозофосфатный цикл. Пентозы, гексозы и гептозы образуют циклические изомеры, например:

Глюкоза (виноградный сахар) как промежуточный продукт распада углеводов встречается в растениях в форме глюкозофосфорных соединений (кислот): глюкозо-1-фосфорная кислота, глюкозо-6-фосфорная кислота и глюкозо-1,6-дифосфориая кислота. Моносахариды манноза, арабиноза и ксилоза входят в состав различных сложных полисахаридов - растительных слизей и гемицеллюлоз.

При окислении моносахаридов с образованием карбоксила из первичной спиртовой группы образуются кислоты, которые называются уроновыми. Уроновые кислоты входят в состав пектиновых веществ (галактуроновая, глюкуроновая, маннуро-новая). Фруктоза, или плодовый сахар, встречается в нектаре цветков.

Олигосахариды. К классу олигосахаридов относятся углеводы, состоящие из небольшого количества моносахаридов. Основные из них сахароза, мальтоза, лактоза, рафиноза, стахиоза.

Сахароза (тростниковый сахар) - распространенный в природе дисахарид:

Она встречается в листьях, стеблях, корнях, клубнях, плодах растений. В корнях сахарной свеклы содержится до 27% сахарозы, в стеблях сахарного тростника - до 25%.

В разбавленных растворах кислот сахароза легко гидролизуется с образованием глюкозы и фруктозы:

Реакция гидролиза сахарозы катализируется ферментом сахаразой, или иивертазой. Глюкоза отклоняет плоскость поляризации вправо, а фруктоза - влево. Смесь глюкозы и фруктозы называется иивертным сахаром с обратной плоскостью поляризации.

Мальтоза, или солодовый сахар, расщепляется при гидролизе на две молекулы глюкозы. Целлобиоза образуется при гидролитическом расщеплении целлюлозы ферментом целлюлазой, встречается в свободном состоянии в соке некоторых растений. Целлобиоза, как и мальтоза, состоит из двух молекул глюкозы.

Трисахарид рафиноза C 18 H 32 O 16 находится в семенах хлопчатника, сахарной свеклы и в других растениях. При гидролизе образует галактозу, глюкозу и фруктозу.

В слабощелочных растворах моносахариды глюкоза, манноза и фруктоза могут взаимно превращаться: глюкоза в маннозу и фруктозу, фруктоза в глюкозу и маннозу. В растениях такое взаимопревращение происходит легко (под влиянием соответствующих ферментов).

Полисахариды . К данной группе углеводов относятся крахмал, клетчатка, гликоген, инулин, пектиновые вещества, агар-агар, гемицеллюлоза и др. Это высокомолекулярные вещества, состоящие из большого количества (сотен и тысяч) остатков моносахаридов. Полисахариды содержатся в растениях как основные запасные вещества. Клетчатка и пектиновые вещества являются опорным материалом для клетки и тканей растения.

Крахмал [(C 6 H 10 O)5)nH 2 O]m - типичный резервный полисахарид растений. Состоит из остатков глюкозы, откладывает-ся в виде зерен в клубнях, корнях и зернах злаков. Содержание крахмала в зернах пшеницы достигает 75%, кукурузы - 72, риса - 80, в клубнях картофеля - 12-24%. Крахмал состоит из двух полисахаридов - амилозы и амилопектина, различающихся по химическим и физическим свойствам. Обычно содержание амилозы в крахмале составляет 15-25%, амилопектина - 75-85%.

Под влиянием ферментов происходит постепенное гидролитическое расщепление крахмала с образованием декстринов, мальтозы и конечного продукта гидролиза - глюкозы.

Инулин (C 6 H 10 O 5)n, состоящий из остатков фруктозы, содержится в большом количестве в клубнях земляной груши, георгина, в корнях кок-сагыза. При гидролитическом расщеплении инулина образуется фруктоза.

Пектиновые вещества находятся в плодах (яблони, груши, цитрусовых, винограда), корнеплодах (свеклы, моркови) и соке растений. В основе строения пектиновых веществ лежит цепь остатков молекул α-галактуроновой кислоты, соединенных между собой 1,4-глюкозидными связями:

Пектиновые вещества встречаются в растениях вместе с галактанами и арабанами (пентозанами).

Гемицеллюлоза в значительных количествах встречается в одревесневших частях растений: стержнях початков кукурузы, соломе злаков (до 30%), а также в других частях растений вместе с целлюлозой.

При гидролизе гемицеллюлозы образуются D-галактоза, D-ксилоза, D-арабиноза, уроновые кислоты, D-манноза, D-глюкоза. В зависимости от преобладания в составе гемицеллюлоз тех или иных моносахаров они называются маннанами, галактанами или пентозанами (ксиланами и арабанами).

Углеводы в растениях

имеют очень широкое распространение. Клеточная оболочка состоит из нескольких У. Для отделения клеточных оболочек исследуемое растение тщательно измельчается. Полученное вещество обезжиривается сначала эфиром и затем кипящим алкоголем. Затем вещество обрабатывается разбавленной щелочью для удаления белков и растворимых в воде тел. Далее следует кипячение с водой для превращения крахмала в клейстер, который осахаривается солодовой вытяжкой. Отфильтрованное вещество снова подвергается действию слабой щелочи, тщательно промывается водой, отжимается, обрабатывается спиртом, эфиром и высушивается над серной кислотой. Полученное вещество служит исходным материалом для получения У., находящихся в клеточной оболочке. После кипячения с разбавленной 2-4% серной или соляной кислотой переходят в раствор бывшие в оболочках гемицеллюлозы. Они принадлежат к группе полисахаридов и при гидролизе дают различные монозы (глюкозы): ксилозу, арабинозу, галактозу, маннозу. Гемицеллюлозы получают названия в зависимости от полученных из них моноз: ксилан, арабан, галактан, маннан. Для получения из гемицеллюлоз соответствующих моноз отфильтрованный от клеточных оболочек раствор гемицеллюлоз в кислоте кипятят еще два часа с обратным холодильником. Затем кислую жидкость сливают в фарфоровые чашки и удаляют серную кислоту гидратом бария. Отфильтрованная светлая жидкость выпаривается на водяной бане при температуре не выше 80°. Полученный сироп обливается 95° спиртом, чашку покрывают стеклом и кипятят на водяной бане. Монозы переходят в раствор, который очищается животным углем и выпаривается над серной кислотой. Через некоторое время выкристаллизовываются монозы. Клеточные оболочки различных растений дают различные гемицеллюлозы. Для получения ксилозы удобнее всего брать кукурузные отруби, для арабинозы - ржаные и пшеничные отруби, a лактоза получается из семян лупинов, манноза из семян Phytelephas macrocarpa. В клеточных оболочках по удалении гемицеллюлоз остается целлюлоза, или клетчатка, с инкрустирующими веществами. Инкрустирующие вещества удаляются различными способами: кипячением в азотной кислоте с бертолетовой солью, действием смеси азотной и серной кислоты и т. д. Инкрустирующие вещества распадаются и переходят в раствор, целлюлоза же остается нерастворенной. Целлюлоза при гидролизе дает всегда глюкозу. Иногда при гидролизе целлюлозы, кроме d -глюкозы, получается еще манноза и ксилоза. Хлопчатая бумага состоит из клетчатки, дающей при гидролизе только глюкозу. Кофейные семена дают клетчатку, из которой при гидролизе, кроме d -глюкозы, получается еще и манноза. Наконец, клетчатка буковых опилок дает, кроме глюкозы, еще ксилозу. В клеточных оболочках некоторых грибов, кроме У., находится еще особое вещество, тождественное с хитином и названное микозином. Это вещество, так же как и хитин, при действии кислот дает глюкозамин и уксусную кислоту. Иногда клеточные оболочки состоят из особого вещества амилоида. Раствор йода в йодистом калии окрашивает амилоид в синий цвет, а клетчатку - в коричневый. Амилоид находится в семенах Paeonia officinalis, Tropaeolum majus, Impatiens balsamina и некоторых других. Для количественных определений клетчатки (нечистой) пользуются способом Геннеберга и Штомана. Способ не совсем точный, но достаточный для практических целей. Измельченные растения кипятят сначала с разбавленной серной кислотой и затем с разбавленной щелочью, остаток тщательно промывается, высушивается и взвешивается. В отдельных порциях определяется количество золы и белковых веществ, и полученные числа вычитаются из общей суммы найденного вещества. После У., находящихся в клеточных оболочках, как по распространению, так и практическому значению наибольшего внимания заслуживает крахмал. Он отлагается в растениях в виде особых крахмальных зерен разнообразной формы и величины. Для обнаруживания крахмальных зерен под микроскопом пользуются раствором йода, окрашивающим крахмальные зерна в синий цвет. Для количественного определения крахмала в растениях последние измельчаются, обезжириваются и нагреваются в воде для превращения крахмала в клейстер. В охлажденную до 65° жидкость прибавляется солодовый экстракт. Когда весь крахмал будет разрушен диастазом, жидкость отфильтровывается и к фильтрату прибавляется соляная кислота. После трехчасового нагревания подкисленного фильтрата на водяной бане в нем определяется фелинговой жидкостью количество глюкозы. Если в исследуемом растении были растворимые У., то их количество вычитают из найденного количества глюкозы и полученную разность перечисляют на крахмал. Крахмал встречается почти во всех частях растений. В зеленых листьях он является как первый видимый продукт усвоения атмосферной углекислоты. Только ничтожное число растений не содержит крахмала в листьях. Таковы Allium Сера, Allium fistulosum, Orchis militaris, Lactuca sativa и нек. друг. Большинство семян содержит в себе крахмал. Находится в клубнях, луковицах, в коре и т. д. В некоторых растениях запасный материал отлагается не в виде крахмала, а в виде инулина. Инулин находится в корнях Inula Helenium, Dahlia, Cichorium intybus, Helianthus tuberosus, Taraxacuip officinale, в клубнях Stachys tuberifera и друг. Он находится в виде раствора в клеточном соке и осаждается при действии спирта. Широко распространенный в животном царстве гликоген в растениях редко встречается: в различных грибах. В растениях широко распространены также глюкоза и фруктоза. Сравнительно в недавнее время доказано также широкое распространение сахарозы (тростникового сахара): находится в листьях и образуется также во время прорастания. Кроме перечисленных, встречаются еще различные У., но одни из них имеют ограниченное распространение, другие мало изучены. Раффиноза в сменах хлопчатника и зародышах пшеницы. Стахиоза в клубнях Stachys tuberifera. Лупеоза в сменах бобовых. Левозин в семенах злаков. Секалоза в стеблях незрелой ржи. Трегалоза в различных грибах. Цератиноза в вишневом клее. Крокоза в шафране. Дамбоза в некоторых сортах каучука. Сорбин получается при брожении ягод рябины. Мелицитоза в бриансонской манне. Молочный сахар в плодах Achras sapota. Ср. König, "Untersuchung der landwirthschaftlich und gewerblichwichtiger Stoffe"; Франкфурт, "Методы химического исследования веществ растительного происхождения"; Beilstein, "Handbuch der organischen Chemie"; Меншуткин, "Лекции органической химии".

В. Палладин.

Энциклопедический словарь Ф.А. Брокгауза и И.А. Ефрона. - С.-Пб.: Брокгауз-Ефрон . 1890-1907 .

Смотреть что такое "Углеводы в растениях" в других словарях:

Сахара, алифатич. полиоксикарбонильные соединения и их многочисл. (в т. ч. полимерные) производные, компоненты всех без исключения живых организмов. У. делят на моносахариды, олигосахариды и полисахариды. Большинство природных У. производные… … Биологический энциклопедический словарь

УГЛЕВОДЫ - УГЛЕВОДЫ, органические соединения, состоящие из углерода, водорода и кислорода, причем два последние обычно находятся в том же отношении, как в воде. Это определение, как основанное на чисто формальном признаке, конечно недостаточно и правильнее… … Большая медицинская энциклопедия

УГЛЕВОДЫ, группа природных органических соединений, химическая структура которых отвечает формуле (CъH2O)n (т.е. углерод+вода; отсюда название). Различают моно, олиго и полисахариды, а также сложные углеводы гликопротеины, гликолипиды, гликозиды … Современная энциклопедия

Обширная группа природных органических соединений, химическая структура которых часто отвечает общей формуле Cm(H2O)n (т. е. углерод вода, отсюда название). Различают моно, олиго и полисахариды, а также сложные углеводы гликопротеиды,… … Большой Энциклопедический словарь

Углеводы - УГЛЕВОДЫ, группа природных органических соединений, химическая структура которых отвечает формуле (C·H2O)n (т.е. углерод+вода; отсюда название). Различают моно, олиго и полисахариды, а также сложные углеводы гликопротеины, гликолипиды, гликозиды … Иллюстрированный энциклопедический словарь

УГЛЕВОДЫ - (значение для рыб) органические соединения, необходимые для жизнедеятельности организмов. У. находятся в растениях (до 80% от сухого веса) и животных организмах (2%), являются для них источником энергии и запасным питательным веществом. Зеленые… … Прудовое рыбоводство

Структурная формула лактозы содержащегося в молоке дисахарида Углеводы (сахара, сахариды) органические вещества, содержащие карбонильную гру … Википедия

Ов; мн. (ед. углевод, а; м.). Органические соединения, состоящие из углерода, кислорода и водорода (необходимы для жизнедеятельности животных и растительных организмов). Простые у. (сахара). Сложные у. (клетчатка). Химическая структура углеводов … Энциклопедический словарь

Обширная группа органических соединений, входящих в состав всех живых организмов. Первые известные представители этого класса веществ по составу отвечали общей формуле CmH2nOn, то есть углерод + вода (отсюда название); позднее к У. стали… … Большая советская энциклопедия

- (сахара), обширная группа полигидроксикарбо нильных соед., входящих в состав всех живых организмов; к У. относят также мн. производные, получаемые при хим. Mодификации этих соед. путем окисления, восстановления или введения разл. заместителей.… … Химическая энциклопедия

Можно описать двумя глаголами: «запасать» и «расходовать». Чем моложе организм, тем больше процессы синтеза и запасания органических веществ будут преобладать над их расщеплением и расходованием. Объясняется это просто: чтобы расти и «строить» свой организм, нужно много пластического материала и, конечно же, энергии. Главным строительным веществом клетки является белок, а доминирующим соединением, дающим энергию - гликоген.

Он считается запасным углеводом, резервирующимся в клетках печени и скелетных мышц всех млекопитающих: как животных, так и человека. Изучению его свойств и будет посвящена эта работа.

Что и где мы запасаем

На уровне животной синтезируются и накапливаются в её структурных единицах - органеллах. Белки синтезируются в рибосомах, липиды и углеводы - в каналах гладкой эндоплазматической сети. В организме млекопитающих запасы органических веществ накапливаются в скелетных мышцах, печени, подкожной жировой клетчатке и сальнике. Запасным углеводом животных является гликоген, который синтезируется из глюкозы, содержащейся в крови.

Она образуется как продукт диссимиляции пищевых продуктов, в состав которых входит, прежде всего, растительный крахмал: хлеба, картофеля, риса. Эти вещества расщепляются в ротовой полости, желудке, а также в двенадцатиперстной кишке. Именно в ней происходит их основной распад. Образовавшаяся глюкоза всасывается в кровеносные капилляры ворсинок тонкого кишечника и затем разносится кровью в мышцы и печень, где и синтезируется запасной углевод животных и человека.

Что такое гликоген

Хотя в названии вещества присутствует часть слова «гликос», что в переводе с греческого означает «сладкий», оно почти не имеет вкуса. Скорее всего, такое название указывает на его принадлежность к классу сложных углеводов, содержащих остатки глюкозы, действительно сладкой на вкус. Гликоген имеет вид бесструктурного порошка белого цвета. Он гидрофильный и образует коллоидный раствор, похожий на молоко. Являясь запасным углеводом в животной клетке, полисахарид подвергается гидролизу в кислой среде в несколько этапов. Продуктами его взаимодействия с водой являются декстрины, далее - мальтоза и, наконец, глюкоза. Будучи полимером, гликоген имеет вид смеси разветвленных цепочечных молекул различной массы.

Биохимические свойства

Мы установили тот факт, что гликоген является запасным углеводом животной клетки. Резервные вещества такого типа претерпевают в цитоплазме гепатоцитов, лейкоцитов и миоцитов два взаимно противоположных процесса. Первый: диссимиляцию, приводящую к высвобождению молекул глюкозы и второй - ассимиляцию, которая переводит избыток глюкозы в запасной полимер - гликоген. Он аккумулируется в организме и является запасом энергии, используемой в процессе жизнедеятельности животного и человека.

Как синтезируется животный крахмал

Напомним, что, с химической точки зрения, он представляет собой высокомолекулярное соединение - полимер, мономерами которого являются остатки α-d глюкозы. Чтобы они связались между собой гликозидными связями, необходима активация, то есть «раскачивание» сигма-связей углеродного скелета гексозы. Это достигается в так называемой гексокиназной реакции. Запасной углевод животных синтезируется из глюкозо-6-фосфата. Это вещество - продукт гексокиназной реакции. Фермент, катализирующий вышеназванный механизм содержится в цитоплазме клеток почек, слизистого слоя тонкого кишечника и печени животных и человека.

Расщепление гликогена

Как мы уже выяснили ранее, запасным углеводом в животной клетке является крахмал - гликоген. Биохимическими исследованиями установлено, что его расщепление не может происходить без участия специфического фермента - фосфорилазы. Она работает в кислой среде в присутствии молекул неорганического фосфата. Сам фермент становится активным под воздействием гормона поджелудочной железы - глюкагона. Его присутствие в крови свидетельствует о том, что уровень глюкозы в ней низкий. Поэтому животный организм мобилизует ресурсы запасного углевода - гликогена и начинает его расщеплять, чтобы получить дополнительную порцию глюкозы.

Этот процесс называется гликогенолизом. Нейрофизиологами установлено, что гормоны стресса - адреналин и норадреналин, вырабатываемые надпочечниками, также провоцируют гликогенолиз.

Печень и её роль в обмене углеводов

В биологии эту самую крупную пищеварительную железу млекопитающих называют биохимической фабрикой. Действительно, в ней происходит очень много ферментативных реакций, обеспечивающих то есть метаболизм. Как уже известно, запасным углеводом в животной клетке является гликоген. Его распад быстро приводит к насыщению крови глюкозой - главным источником энергии для всех млекопитающих и человека.

Утраченный животный крахмал восполняется в их организмах путем приема крахмалистой пищи: картофеля, хлеба, риса. Все эти продукты подвергаются расщеплению в пищеварительном тракте, и полученная глюкоза поступает в кровь, а из нее - в клетки, особенно скелетных мышц и печени. В них происходит синтез животного крахмала под действием фермента - глюкопирофосфорилазы.

Какие процессы протекают в скелетных мышцах

Как и в печени, в миоцитах - мышечных клетках, накапливается животный крахмал. Так как масса мышц намного больше чем вес печени, то и содержание гликогена в них значительно выше. Во время физических нагрузок животный крахмал начинает расщепляться. Молочная кислота, образованная вследствие гликолиза, попадает в кровь и переносится в клетки печени и почек. В них из каждых двух молекул молочной кислоты синтезируется один моль глюкозы, которая затем переводится в резервный полисахарид. Реакция происходит с использованием энергии АТФ. Таким образом, запасным углеводом животной клетки является гликоген, аккумулируемый миоцитами, гепатоцитами, клетками коркового слоя почек, миокардом и клетками легких.

Роль ферментов в обмене животного крахмала

Как было установлено ранее, запасной углевод животных клеток называется гликогеном. В результате двух взаимно противоположных направлений в метаболизме: расщепления и синтеза, он также участвует в этих реакциях. Взаимное превращение глюкозы в гликоген и обратно возможно только при участии в этих реакциях сложной ферментативной системы. В неё входят катализаторы гликогеногенеза, такие как: фосфоглюкомутаза (превращает глюкозо-6-фосфат в глюкозо-1-фосфат) и УДФ- глюкопирофосфорилаза (обеспечивает необратимость синтеза гликогена). Реакции расщепления происходят в присутствии гликогенфосфорилазы и еще двух ферментов, последовательно отщепляющих боковые разветвления в цепях гликогена. Система всех вышеназванных ферментов действует только на обмен гликогена в гетеротрофной животной клетке, поэтому правильным ответом на тестовый вопрос: запасным углеводом в животной клетке является: 1.Крахмал, 2 Гликоген? - будет утверждение под номером 2.

Нарушения углеводного обмена и его последствия

Исходя из вышеприведённых фактов, нами было установлено, что запасным углеводом в животной клетке является гликоген. Нарушения его обмена могут быть вызваны двумя видами причин. Первый - погрешности в питании и образе жизни, второй - врождённые пороки в работе ферментативной системы организма. Совокупность ферментов, относящихся к ней, отвечает как за расщепление животного крахмала, так и за его образование из глюкозы, находящейся в крови. Поэтому патологии возникают как в реакциях так и энергетического. Они называются гликогенозами. Как было определено выше, запасным углеводом в животной клетке является гликоген, накапливающийся, прежде всего, в печени и скелетных мышцах. Отсюда и два вида синдромов: мышечной и печеночной этиологии. К первой группе относится болезнь Мак-Ардля. У больного не вырабатывается фермент фосфорилаза. Это приводит к появлению в моче хромопротеида - миоглобина, выделяющегося при тяжелой физической работе. Вследствие этого происходит разрушение мышечной ткани и появление судорожных состояний.

К печеночным синдромам относится Она встречается наиболее часто, начиная с младенческого возраста. У больных в клетках печени отсутствует фермент, переводящий продукт первичного расщепления гликогена в глюкозу, поэтому в крови больного наблюдается очень низкий уровень сахара (гипогликимия), а в моче появляется ацетон, вызывающий интоксикацию организма.

В данной статье нами были рассмотрены механизмы обмена животного крахмала - гликогена, протекающего в клетках млекопитающих и человека.

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.