Skip to main content
LibreTexts - Ukrayinska

20.7: Деякі важливі полісахариди на основі глюкози

  1. Last updated
  2. Save as PDF
  • Page ID
    21397

    • \( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

    Цілі навчання
    • Для порівняння та протиставлення структури та використання крохмалю, глікогену та целюлози.

    Полісахариди є найбільш поширеними вуглеводами в природі і виконують різноманітні функції, такі як накопичення енергії або як компоненти клітинних стінок рослин. Полісахариди - це дуже великі полімери, що складаються з десятків до тисяч моносахаридів, з'єднаних між собою глікозидними зв'язками. Три найбільш поширені полісахариди - крохмаль, глікоген та целюлоза. Ці три називаються гомополімерами, оскільки кожен дає лише один тип моносахариду (глюкози) після повного гідролізу. Гетерополімери можуть містити крім моносахаридів цукрові кислоти, аміноцукру або безвуглеводні речовини. Гетерополімери поширені в природі (камеді, пектини та інші речовини), але далі в цьому підручнику не будуть розглядатися. Полісахариди не відновлюють вуглеводи, не мають солодкого смаку і не піддаються мутаротації.

    Крохмаль

    Крохмаль є найважливішим джерелом вуглеводів в раціоні людини і становить понад 50% нашого споживання вуглеводів. Він зустрічається у рослин у вигляді гранул, і їх особливо багато в насінні (особливо зернових злаках) та бульбах, де вони служать формою зберігання вуглеводів. Розпад крохмалю до глюкози живить рослину в періоди зниженої фотосинтетичної активності. Ми часто думаємо про картоплю як про «крохмалисту» їжу, але інші рослини містять набагато більший відсоток крохмалю (картопля 15%, пшениця 55%, кукурудза 65% та рис 75%). Товарний крохмаль являє собою білий порошок.

    Крохмаль являє собою суміш двох полімерів: амілози і амілопектину. Натуральні крохмалі складаються приблизно з 10% — 30% амілози і 70% — 90% амілопектину. Амілоза - це лінійний полісахарид, що складається повністю з одиниць D-глюкози, з'єднаних α-1,4-глікозидними зв'язками, які ми бачили в мальтозі (частина (а) малюнка\(\PageIndex{1}\)). Експериментальні дані вказують на те, що амілоза не є прямим ланцюгом одиниць глюкози, а натомість згорнута, як пружина, з шістьма мономерами глюкози на оборот (частина (b) малюнка\(\PageIndex{1}\)). При згортанні таким чином амілоза має достатньо місця в ядрі, щоб розмістити молекулу йоду. Характерний синьо-фіолетовий колір, який з'являється при обробці крохмалю йодом, обумовлений утворенням амілозо-йодного комплексу. Цей кольоровий тест досить чутливий, щоб виявити навіть незначну кількість крохмалю в розчині.

    16.9.jpg
    Малюнок\(\PageIndex{1}\): Амілоза. (а) Амілоза - лінійний ланцюг α-D-глюкозних одиниць, з'єднаних між собою α-1,4-глікозидними зв'язками. (б) Через водневого зв'язку амілоза набуває спіральну структуру, яка містить шість одиниць глюкози на оборот.

    Амілопектин - це полісахарид з розгалуженим ланцюгом, що складається з одиниць глюкози, пов'язаних переважно α-1,4-глікозидними зв'язками, але з випадковими α-1,6-глікозидними зв'язками, які відповідають за розгалуження. Молекула амілопектину може містити багато тисяч одиниць глюкози з точками гілок, що зустрічаються приблизно кожні 25-30 одиниць (рис.\(\PageIndex{2}\)). Спіральна структура амілопектину порушується розгалуженням ланцюга, тому замість глибокого синьо-фіолетового кольору амілоза дає з йодом, амілопектин виробляє менш інтенсивний червонувато-коричневий колір.

    16.10.jpg
    Малюнок\(\PageIndex{2}\): Представлення розгалуження в амілопектині та глікогені. Як амілопектин, так і глікоген містять точки гілок, які пов'язані через α-1,6-зв'язки. Ці точки відгалуження зустрічаються частіше в глікогені.

    Декстрини - це полісахариди глюкози проміжного розміру. Блиск і жорсткість, додані одязі крохмалем, обумовлені наявністю декстринів, що утворюються при прасуванні одягу. Через характерну липкість при змочуванні декстрини використовуються як клеї на штампах, конвертах та етикетках; як сполучні речовини для утримання таблеток і таблеток разом; і як пасти. Декстрини легше засвоюються, ніж крохмаль, і тому широко використовуються в комерційному приготуванні дитячого харчування.

    Повний гідроліз крохмалю дає, в послідовних стадіях, глюкозу:

    крохмаль → декстрини → мальтоза → глюкоза

    У людському організмі кілька ферментів, спільно відомих як амілази, послідовно розкладають крохмаль на придатні для використання одиниці глюкози.

    • Глікоген

      Глікоген - енергетичний резервний вуглевод тварин. Практично всі клітини ссавців містять деякі накопичені вуглеводи у вигляді глікогену, але особливо він рясний в печінці (4% — 8% до ваги тканини) і в клітині скелетних м'язів (0,5% — 1,0%). Як і крохмаль у рослині, глікоген міститься у вигляді гранул в клітині печінки та м'язів. Під час голодування тварини черпають ці запаси глікогену протягом першої доби без їжі для отримання глюкози, необхідної для підтримки метаболічного балансу.

      Глікоген структурно досить схожий на амілопектин, хоча глікоген більш сильно розгалужений (між гілками 8-12 одиниць глюкози) і гілки коротші. При обробці йодом глікоген дає червонувато-коричневий колір. Глікоген може бути розщеплений на його субодиниці D-глюкози кислотним гідролізом або тими ж ферментами, які каталізують розпад крохмалю. У тварин фермент фосфорилаза каталізує розпад глікогену до фосфатних ефірів глюкози.

      Близько 70% всього глікогену в організмі зберігається в м'язових клітині. Хоча відсоток глікогену (за вагою) вище в печінці, набагато більша маса скелетних м'язів зберігає більшу загальну кількість глікогену.

      Целюлоза

      Целюлоза, волокнистий вуглевод, що міститься у всіх рослині, є структурним компонентом клітинних стінок рослин. Оскільки земля покрита рослинністю, клітковина є найпоширенішою з усіх вуглеводів, на яку припадає понад 50% всього вуглецю, що міститься в рослинному царстві. Бавовняні волокна і фільтрувальний папір - це майже повністю целюлоза (близько 95%), деревина - близько 50% целюлози, а суха маса листя становить близько 10% - 20% целюлози. Найбільше застосування целюлози - при виготовленні паперу і паперових виробів. Хоча використання нецелюлозних синтетичних волокон зростає, віскоза (виготовлена з целюлози) та бавовни все ще становлять понад 70% текстильного виробництва.

      Як і амілоза, целюлоза є лінійним полімером глюкози. Він відрізняється, однак, тим, що одиниці глюкози з'єднуються β-1,4-глікозидними зв'язками, виробляючи більш розширену структуру, ніж амілоза (частина (а) малюнка\(\PageIndex{3}\)). Ця крайня лінійність дозволяє велику кількість водню зв'язку між OH групами на сусідніх ланцюгах, змушуючи їх щільно упакувати у волокна (частина (b) малюнка\(\PageIndex{3}\)). В результаті целюлоза проявляє незначну взаємодію з водою або будь-яким іншим розчинником. Бавовна і дерево, наприклад, повністю не розчиняються у воді і мають значну механічну міцність. Оскільки целюлоза не має спіральної структури, вона не зв'язується з йодом, утворюючи кольоровий продукт.

      16.11.jpg
      Малюнок\(\PageIndex{3}\): Целюлоза. (а) У структурі целюлози існує велике водневе з'єднання. (б) На цій електронній мікрофотографії клітинної стінки водорості стінка складається з послідовних шарів целюлозних волокон в паралельному розташуванні.

      Целюлоза дає D-глюкозу після повного кислотного гідролізу, але люди не в змозі метаболізувати целюлозу як джерело глюкози. Наші травні соки не мають ферментів, які можуть гідролізувати β-глікозидні зв'язки, знайдені в целюлозі, тому, хоча ми можемо їсти картоплю, ми не можемо їсти траву. Однак певні мікроорганізми можуть перетравлювати целюлозу, оскільки вони виробляють фермент целюлазу, який каталізує гідроліз целюлози. Наявність цих мікроорганізмів у травних трактах рослиноїдних тварин (таких як корови, коні та вівці) дозволяє цим тваринам деградувати целюлозу з рослинної сировини на глюкозу для отримання енергії. Терміти також містять мікроорганізми, що секретують целюлазу, і, таким чином, можуть існувати на деревній дієті. Цей приклад ще раз демонструє крайню стереоспецифічність біохімічних процесів.

      Кар'єра Фокус: Сертифікований діабет педагог

      Сертифіковані педагоги з діабету походять з різних медичних професій, таких як сестринська справа та дієтологія, і спеціалізуються на освіті та лікуванні пацієнтів з діабетом. Вихователь діабету буде працювати з пацієнтами, щоб керувати їх діабет. Це передбачає навчання пацієнта контролювати рівень цукру в крові, робити правильний вибір їжі, розробляти та підтримувати програму вправ та приймати ліки, якщо це потрібно.

      Сертифікований вихователь діабету в Військово-морському медичному центрі Портсмута (зліва) та зареєстрований дієтолог у медичному центрі (центрі), надають інформацію про харчування пацієнтові з цукровим діабетом та її матері в таборі Diabetes Boot Camp.

      Викладачі діабету також працюють з персоналом лікарні або будинку престарілих, щоб покращити догляд за хворими на цукровий діабет. Вихователі повинні бути готові витрачати час на відвідування зустрічей та читання поточної літератури, щоб підтримувати свої знання про ліки від діабету, харчування та прилади для моніторингу крові, щоб вони могли передавати цю інформацію своїм пацієнтам.

      Резюме

      Крохмаль - це накопичувальна форма енергії у рослин. Він містить два полімери, що складаються з одиниць глюкози: амілоза (лінійна) і амілопектин (розгалужена). Глікоген - це форма зберігання енергії у тварин. Це розгалужений полімер, що складається з глюкозних одиниць. Він більш сильно розгалужений, ніж амілопектин. Целюлоза - це структурний полімер глюкозних одиниць, що містяться в рослині. Це лінійний полімер з глюкозними одиницями, пов'язаними через β-1,4-глікозидні зв'язки.

      Концепція Огляд вправи

      Відповіді

      вправи

      Відповіді

      1. Яким цілям служать крохмаль і целюлоза у рослин?

      2. Якою метою служить глікоген у тварин?

      3. Крохмаль - це форма зберігання глюкози (енергії) в рослині, тоді як целюлоза є структурним компонентом клітинної стінки рослини.

      4. Глікоген - це форма зберігання глюкози (енергії) у тварин.

      5. Який моносахарид отримують при гідролізі кожного вуглеводу?

        1. крохмаль
        2. целюлоза
        3. глікогену

      6. Для кожного вуглеводу, переліченого у Вправі 1, вкажіть, міститься він у рослин або ссавців.

      7. Опишіть подібності та відмінності між амілозою та целюлозою.

      8. Опишіть подібності та відмінності між амілопектином і глікогеном.

        1. глюкоза
        2. глюкоза
        3. глюкоза

      10. Амілоза і целюлоза є лінійними полімерами одиниць глюкози, але глікозидні зв'язки між одиницями глюкози відрізняються. Зв'язки в амілозі є α-1,4-глікозидними зв'язками, тоді як зв'язки в целюлозі вони є β-1,4-глікозидними зв'язками.