книги из ГПНТБ / Журавлева Л.Е. Углеводы учеб. пособие для студентов-заочников фак. естествознания пед. ин-тов
.pdf- 1 0 0 -
Амилоза и амилопектин имеют различную степень полимеризации и различное строение. Разделение крахмала на фракции производят многократной обработкой крахмальных зёрен горячей водой (70-80°).
Амилоза при этом растворяетоя и переходит в раствор, который
сгущают в вакууме и осаздают нормальным бутиловым спиртом. По |
|
этому амилозу называют "растворимым крахмалом". Амилопектин в |
|
горячей воде не растворяется. Он оотаетсл в |
зернах, разбухает |
и образует вязкий клейстер. Содержание амилозы и амилопектина |
|
в крахмальных зернах раелично. В большинстве |
своем крахмал с о |
держит 10-20# амилозы и 80-90# амилопектина. |
Эти ооотавные час |
ти крахмала отличаютоя не только растворимостью в воде, но и д о гами свойствами, поокольку имеют различное отроение.
Амилоза при взаимодейотвии с раствором иода окрашивается
в синий цвет. При кипячении синяя окраска исчезает и снова по является при охлаждении. Эта сложно протекающая реакция в пос ледние годы получила некоторое объяснение. Выяснено, в частнос ти, что при этом происходит образование комплексного соединения
(см. стр .103). Водные растворы амилозы обнаруживают "явление ретроградации". Оно заключается в том, что при стоянии таких
растворов в течение 24-28 часов оседает нерастворимая форма ш и -
дозы. Явление ретроградации обнаруживает и крахмал, поскольку он содержит амилозу. Полагают, что выделение амилозы из раство ра объясняется ассоциацией ее макромолекул. В продуктах ассоци ации макромолекулы амилозы,подобно макромолекулам целлюлозы, ориентированы параллельно и образуют нерастворимую форму. Ами
лоза вращает плоскость поляризации |
света вправо: |
■= +2 2 0 ° . |
Молекулярный вес амилоз колеблется |
в пределах от 90.000 до 200Ш) |
|
(стецень полимеризации п= 600 - 1200). Строение |
амилозы дока |
зано с помощью рентгенографического метода, а также химическими
превращениями: метилированием, окислением, кислотным и фермен тативным расщеплением. При гидролизе под действием фермента
d - амилазы с хороши выходом (80$) образуется мальтоза; конеч ным продуктом гидролиза является глюкоза. Так как мальтоза сос тоит из остатков -'Ъ -глюкошзранозы, связанных между собой
оС - 1,4-гликозидной связью и так как °С -амилаза расщепляет только d. -гликозидную связь, то в молекуле амилозы остатки
60 -глюкозы в л - со -глюкопиранозной формэ связаны между со бой так же oL -1,4-гликозидными связями. Макромолекулы амило зы имеют линейное строение. Схема ее образования может быть представлена так:
оО- 1,4 - гликозидная связь
- 102 -
Или схематически: «жффьффф*фф>
В приведенных формулах вертикальные пунктирные линии пока зывают, как разрываются связи при гидролизе с образованием мо лекул мальтозы.
Каждый остаток глюкозы содержит три свободных гидроксила (у второго, третьего и шестого атомов углерода). Только один из имеющихся глюкозных остатков в макромолекуле амилозы,находящий ся в "начале" цепи, имеет гликозидный гидроксил. Поэтому вос станавливающая способность амилозы очень низка. Если учесть
глюкозных циклов, то макромолекула амилозы должна
.■Ö^Tib даедруавлена в следующем виде:
Конформационная формула макромолекулы одалозн,
Рентгеноструктурннй анализ указывает, что макромолекулы анаэозы имеют спиральную (вяктовую)конфогмацв»^ Кавдый ваток
- юз -
спирали состоит из шести глгокозных остатков. Мезвду группой СЯ^ОН и группой ОН при втором атоме углерода соседнего витка имеются водородные связи, благодаря чему винт сохраняет свою форму.Атомы водорода при первом и четвертом-атоме углерода каж дого глюкозиого остатка ориентированы внутрь винта, в котором остается свободная трубка,или канал диаметром 5 Я . В этот канал могут внедряться (включаться) посторонние молекулы или атомы, например, соединения амилозы с иодом. На каждую молеку лу иода приходится шесть глюкозных остатков. Кристаллические комплексы амилозы с некоторыми спиртами (например, бутиловым) имеют также спиральную конформацию, причем комплексообразуюций агент располагается вдоль центральной оси спирали. Эти комплексы называются соединениями включения канального типа. Такой меха низм комплексообразованяя подтверждается рентгеноструктурнкм анализом и другими методами,
Явление ретроградации амилозы обусловлено, пс-видкмому, тем, что спиралевидная форма переходит в форму, имеющую линейное строение. Такая линейная форма способна ассоциироваться с дру гими сходными молекулами, образуя нерастворимую форму.
|
|
- 104 - |
|
|
Амидопектин слабо |
окрашивается иодом в фиолетово-пурпур |
|
||
ный цвет. Его удельное |
вращение равно + 150°. Молекулярный |
|
||
вес .амилопектина значительно выше, чем у |
амилоз. Он находится |
|
||
в пределах I . 000.000 - |
6.000.000 (степень |
полимеризации |
= |
|
6000 - |
36.000). В отличие от амилозы амидопектин имеет развет |
|||
вленное |
строение. |
|
|
|
|
|
Схема строения аыилопектина. |
|
||||
• |
Макромолекулы амилопѳктина состоят нэ цепей, оодервящих |
||||||
18 - |
26 глюкозных остатков. В линейных участках (т.ѳ . |
в каж |
|||||
дой ветви) |
остатки |
оі |
- |
Ф |
-глюкопираноэ связаны |
как а |
|
в амилозе |
°С - |
1,4 - |
гликозидными связями, а в точках |
||||
разветвления имеются еще |
и |
ос |
- 1 , 6 - гликозидные связи. |
Строение небольшого участка макромолекулы амилопектина с точ кой ветвления цепи охѳматичеоки может быть представлено сле дующим образом:
- 1 0 5 -
сн.,СН |
П-t.CH |
Л - 1,6
■гликозид ная свянь
■*!
о і -I,4-гликозидпая |
связь |
л- -тонча ветвления цепи из |
|
|
ГЛЗОКОЗЕЫХ остатков |
Конформационная формула макромолекулы ашлопектина более |
||
точно отображает его |
строение: |
________ |
ы
- 1 0 6 -
- |
Глюкозныѳ остатки имеют по три свободных гидроксила |
(у вто |
|
||||
рого, |
третьего и шѳотого атомов углерода).'В точке ветвления |
|
|||||
имеется два свободных гидрокоила: у второго и у третьего |
атомов |
|
|||||
углерода. В конце цепи -четыре свободных гидрокоила: у |
второ |
|
|||||
го, третьего, четвертого и шестого |
атомов углерода. В макромо |
|
|||||
лекуле амилопектнна имеется одна |
цепь,которая |
|
|
||||
оканчивается альдегидной группой |
(т .ѳ . имеет один свободный |
|
|||||
полуацетальный гидроксил). В связи с этим его восстанавливающая |
|
||||||
способность так же низка, как и у амилозы. Данные ферментатив |
|
||||||
ного расщепления подтверждают ветвистую структуру амилопектина, |
|
||||||
а физико-химические методы исследования указывают на сферичес |
|
||||||
кую форму его макромолекул. |
|
|
|
||||
Гидролиз крахмала |
|
|
|
|
|
||
|
Кислотный и ферментативный гидролиз крахмала впервые осу |
|
|||||
ществлен в России в |
1814 году К,С.Кирхгофом. Им впервые |
был |
|
||||
получен из зёрен ячменя фермент амилаза, под дейотвием которого |
|
||||||
крахмал гидролизуется до |
конечного |
продукта - CÖ -глюковы. Гид |
|
||||
ролиз |
крахмала протекает |
ступенчато. Сначала образуется раст |
|
||||
воримый крахмал, |
|
который |
также окрашивается |
■ |
|||
йодом в синий цвет, |
но имеет меньшую степень полимеризации. При |
|
|||||
дальнейшем гидролизе крахмал превращается в различные декстри |
|
||||||
ны, имеющие ту же молекулярную формулу, что и крахмал(CgHj0 0 5)I , |
\ |
||||||
ÈQ степенями |
пбпшедозации ~ещё~меньшиьк,чем у растворимого крах- |
! |
|||||
мала |
.П о |
мере гидролиза отепевь полимеризации декстринов про- |
! |
||||
должает убывать, а окраска о иодом становится сначала красно- |
і |
||||||
|
; • |
.* |
|
|
|
|
<1 |
фиолетовой,'затем оранжевой. Предпоследним продуктом гидролиза |
• |
■ лршиа т ,является дасахарид мальтоза, которая затем расщепдя-
- 1 0 7 -
ется образуя конечный продукт- 0 -глюкозу, не изменявшую желтой окраски раствора иода, Гидролиз крахмала можно представить следующей схешй:
|
С!6НІ005)у |
" (С6НІ 0 ° 5 ^ ~ * |
СІ 2 Н2 2 ° І І " ^ С6НІ2°6 |
|
Крахмал |
Растворимый |
Декстрины |
Мальтоза |
70 -г.щ - |
|
крахмал |
|
|
коза |
■і'де "у" меньше, чем х, а г меньше,чем у.
Декстрины образуются из крахмала и яри быстром его нагре вании. Тан, при выпечке хлеба крахмал муки частично превраща ется в декстрины (образование корки).
Применение крахмала
Крахмал является одним из важнейших питательных веществ. Используется в пищевой промышленности для получения декстринов, глюкозы и патоки. Б текстильной, промышленности его применяют для приготовления аппретуры, загустителей к краскам, клея. Крах мал применяется также в спичечной, бумажной, полиграфической, косметической промышленности, в фармакологии,.
Г л и к о г е н _________( я а Б О т н н й |
к р а х м а л ) |
Гликоген представляет собой полисахарид |
(CgHjQ0g)x ‘. Это - |
-аморфный порошок белого цвета, хорошо растворимый в холодной во-
Ч
де и не образующий клейстера. С иодом дает красное окрашивание. Гликоген оптически активен. Удельное в р а щ е н и е *' = +196°. Макромолекулы гликогена по строению подобны амияопективу, с той лишь разницей, что имеют более разветвленную структуру, а
также большее число гдвкозннх остатков. Молекулярная масса ис- у; чгсдяѳтся несколькими миллионами.
- 108 -
Схема строения гликогена.
Глюкозные остатки так же, как и у амилопектина, связаны оС -І,4 и oL - 1,6-гликозидными связями. Поэтому гликоген
легко гидролизуется Ѵзаслотами и ферментами (амилазами), давая декстрины, мальтозу и глюкозу. Гликоген является запасным пита тельным -веществом в животном организме.Основная его масса ой-
разуется из моносахаридов и откладывается в тканях, главным об разом, в печени (до 20£) и в мышцах (до А.%). При недостатке глю козы в іфови часть гликогена печени гидролизуется до глюкозы, которая поотупает в кровь, обеспечивая тем самим постоянную отрого определенную концентрацию глюкозы. Гликоген служат источни ком энергии при мышечной работе.
Ц е л л ю л о з а |
( к л е т ч а т к а ) } (СбнІ0°5^х |
Целлюлоза является основным веществом, из которого построе ны стенки растительных клеток (отсюда название-"клетчатка").Она является "опорным" полисахаридом и придает растительной ткани прочность, нерастворимость и эластичность. Название "целлюлоза"
- 1 0 9 -
происходит от латинского слова " |
|
" _ клеточка. Со |
|||
держание целлюлозы в различных видах древесины колеблется в |
|||||
пределах 40-60$? (таблица 2). |
|
|
|
|
|
Состав {%) некоторых |
сортов древесины |
Таблица 2. |
|
||
|
; Ель |
1 Сосна |
:! БУК |
і Береза |
|
Целлюлоза |
57,8 |
54,2 |
53,5 |
45,3 |
|
)(игнин |
28,3 |
26,3 |
22,5 |
19,5 |
|
Пентозаны (ксилан) |
I I , 3 |
1 1 , 0 |
24,9 |
27,0 |
|
Метвлпентозаны |
3 ,0 |
2 , 2 |
1 , 0 |
0 ; 8 |
|
Пектины |
1 , 2 |
1 , 1 |
1,7 |
1 , 6 |
|
Уксусная кислота |
1,4 |
1,4 |
2,3 |
4,6 |
' |
Б е л к и |
0, 7 |
0 , 8 |
1 , 0 |
0, 7 |
|
Смола, воск, жиры |
2 .3 |
3,3 |
1 . 2 |
1,7 |
|
З о л а |
0 . 8 |
0, 4 |
1 , 2 |
0, 4 |
|
Волокна льна, конопли, хлопчатника на 985? состоят из цел люлозы. Гигроскопическая медицинская вата, подучаемая ун хлоп ка, и нецрокпеенная фильтровальная бумага представляв« собой
почти чистую целлюлозу ( 99,8$?). Целлюлозе в растениях всег да сопутствуют инкрустирующие вещества. Это, главным образом, гемицеллюлозы (полуклетчатка). Гѳиицеллюлозн - сложная смесь полисахаридов, образованных пѳнтозами (пентозаны) и гексозаын: маннозой (маннанн), галактозой (гааактанк). Состав гвмацеллюлоз зависит от вида растения и южет быть различным для тканей одного и тоге же растения. Кроме того, вместе с целлюлозой всегда присутствует лигнин, цранадяенащий к классу ароматичес ких соединений (состав его изучен пока не до конца), а также минеральные вещества.