Углеводы в биотехнологии растений. Углеводы растений
Функции углеводов в растениях
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 (-Nh3) и и карбоксильную группу (-СООН). Большинство природных А. имеет общую формулу
R-C-COOH
Nh3
А. могут содержать две и более аминогрупп, а также две карбоксильные группы (дикарбоновые А.). Природа радикала Rтакже различна: остатки жирных кислот, ароматические кольца, гетероциклы и др.
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 –Nh3подавляется и А. обнаруживают свойства кислоты или щелочи.
(-) щелочная среда кислая среда заряд «+»
Н2О +R-СН-СОО-← ОН- +R-СН-СОО- + Н+ →R-СН-СООН
| | |
h3Nh4N+h4N+
Реакция раствора А., при которой наблюдается равенство «+» и «-» зарядов, называется изоэлектрической точкой (ИЭТ). В ИЭТ молекула А. электронейтральна и не передвигается в электрическом поле.
Представители А.
Аланин СН3-СН-СООН (6.02)
|
NН2
Цистеин СН2-СН-СООН (5.02)
| |
SHNН2
Аспарагиновая СООН-СН2-СН-СООН (2.97)
кислота |
NН2
Глутаминовая СООН-СН2-СН2-СН-СООН (3.22)
кислота |
NН2
Лизин СН2-СН2-СН2-СН2-СН-СООН (9.74)
| |
Nh3NН2
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 Nh3и 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 %
Содержание незаменимой А. в стандарте (мг)
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.
СН3 СН2SН СН3СН2SН
h3N-СН-СООН +h3N-СН-СООН →h3N-СН-СО-NН-СН-СООН + Н2О
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 водороднымсвязям…… 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.
studfiles.net
Строение и функции углеводов у растений
1. 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 12. Классификация углеводов
23. Классификация углеводов
34. Взаимопревращения моносахаридов у растений
1. Киназные реакции 2. Мутазные реакции 3. Изомеразные реакции 45. Взаимопревращения моносахаридов у растений
4. Эпимеразные реакции 5. Альдолазные реакции 56. Взаимопревращения моносахаридов у растений
6. Транскетолазные реакции 7. Декарбоксилирование 67. 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 ↓ гулоновая кислота ↓ гулонолактон ↓ аскорбиновая кислота ↔ ДФ-глюкоза АДФ-глюкоза ↔ УДФ-глюкоза ↔ УДФ-галактуроновая кислота ↓ галактуронат-1фосфат ↓ галактуроновая кислота 7
8. Сравнительная оценка сладости сахаров и их производных
Сахар Оценка сладости 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 1,3 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 0,6 Хурма 1,2 9,1 7,8 89. 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 деревьев. 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
10. 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. 1 011. 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
12. 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. 1213. 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. 1314. 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. 1415. 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 глюкозо1-фосфата. Эта реакция катализируется ферментомаглюконфосфорилазой, относящимся к классу трансфераз. 1516. 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 галактуроновой 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 связями пектина с галактанами и арабанами, входящими в состав клеточной 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 - 1,52,5%, 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 образовывать желе, или студни, в насыщенном растворе сахара (65-70%) и кислой среде (рН 3,1-3,5). 1617. 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. 17ppt-online.org
Углеводы в растениях - это... Что такое 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.
dic.academic.ru
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.
slovar.wikireading.ru
Углеводы в биотехнологии растений
Наиболее эффективным источником углерода для культур клеток и тканей чаще всего служит сахароза. Легкость взаимопревращений глюкозы, фруктозы и сахарозы обеспечивает вовлечение любого из этих главных для роста изолированных культур компонентов в основные пути деградации — гликолитический и пентозофосфатный, все этапы которых детально исследованы и описаны к настоящему времени (Дэгли, Никольсон, 1973; Myciэнко, 1995; Медведев, 2004). В целом первый путь больше соответствует высоким энергетическим затратам, второй – синтетическим запросам.
Сахароза – дисахарид, наиболее распространенный в растительных тканях. Ряд структурных особенностей сахарозы, обеспечивающих высокий энергетический потенциал молекулы и защищенность ее главных реакционно-способных связей (двойной глюкозид), и является той основой, которая определяет особое положение сахарозы. Сахароза состоит из 2 химически связанных монноз, бета-фруктозы и альфа-глюкозы. Это основной энергетический материал растений, который может использоваться и как источник энергии для прохождения каких-либо энергозависимых процессов, и как строительный материал. Формирование молекул сахарозы в растении – прямое следствие процессов фотосинтеза.
Она представляет собой основной транспортный сахар и перемещается по ситовидным трубкам флоэмы. Под действием фермента этот дисахарид легко гидролизуется с образованием смеси равных количеств глюкозы и фруктозы.
Сахароза синтезируется в цитоплазме растительных клеток; образование ее в хлоропластах еще окончательно не доказано. В растениях есть два фермента, катализирующих образование сахарозы: сахарозофосфатсинтаза и сахарозосинтаза. Однако принято считать, что последний катализирует преимущественно распад сахарозы (Красильникова и др., 2004).
К сожалению, растительные культуры не могут синтезировать in vitro необходимое для их нормального развития количество сахаров, поэтому в культуральные среды добавляют сахарозу в концентрации 18-30 г/л. Это значение рекомендовано для большинства прописей сред. Известно, что изменяя ее уровень, можно существенно влиять на характер морфообразовательного процесса, особенно при взаимодействии с регуляторами роста. Более того, наличие сахарозы (или других производных) в среде для укоренения необходимо, так как в случае ее отсутствия даже при наличии ИМК процесс ризогенеза у большинства культур существенно замедляется или же вообще прекращается. Сахара, получаемые из сахарного тростника (Saccharum officinanim) или сахарной свеклы (Beta vulgaris), фактически являются 100%-й чистой сахарозой и могут применяться для большинства сред в культуре тканей.
Из числа гексоз больше всего данных представлено по использованию глюкозы, фруктозы и галактозы. Рост на средах с глюкозой или фруктозой для большинства культур происходит очень успешно. Однако общая картина использования олигосахаридов для роста культур, изолированных из растений разных видов, оказалась довольно пестрой, хотя некоторые закономерности прослеживаются вполне определенно. Дисахариды, состоящие только из глюкозных субъединиц – мальтоз, целлобиоз, трегалоз, большей частью используются так же успешно, как сахароза и глюкоза. Видимо, это связано с высокой активностью соответствующих гидролаз, скорость расщепления которых выше скорости метаболизации глюкозы. В некоторых случаях повышение концентрации сахарозы способствует образованию вторичных соединений (Запрометов, 1981).
Напротив, дисахариды, включающие помимо глюкозы еще и галактозу (лактоза и мелибиоза), лишь немногими видами используются наравне с сахарозой, а большинство культур не обнаруживает признаков роста с данными субстанциями (Холодова, 1981). Это свидетельствует о больших возможностях углеводного обмена изолированных культур, способного включить даже те соединения (например, лактозу), с которыми в интактном состоянии растения не встречаются (Дэгли, Никольсон, 1973).
Более равномерно распределяются культуры разных видов по способности использовать для роста трисахарид рафинозу, содержащую помимо галактозной единицы еще глюкозную и фруктозную и являющуюся в отличие от лактозы нормальным метаболитом некоторых растений (Курсанов, 1976).
Если в видовом составе культур, контрастных по использованию галактозосодержащих олигосахаридов, не обнаруживается каких-либо закономерностей, то в отношении крахмала прослеживается определенная связь: культуры разных видов довольно равномерно распределяются по способности использовать крахмал, причем достаточно эффективным источником углеродного питания крахмал оказался в основном для злаков.
Другие группы углеводов исследованы слабее. Большая часть изученных культур не способна расти на средах с сахароспиртами (сорбитом или маннитом), пентозами (рибозой, арабинозой или ксилозой), дезоксигексозой (рамнозой). Лишь немногие виды (в том числе и роза) дают небольшой рост на пентозах, однако максимальное накопление биомассы на них в несколько раз ниже, чем на сахарозе.
Многоатомные спирты образуются в растениях путем восстановления моносахаридов, их альдо- и кетогрупп. Наиболее распространены в растениях сорбит, маннит, дульцит (галактит).
D-маннит – сахарный этиловый спирт, образуется в растениях при восстановлении маннозы или фруктозы. Используется как питательное вещество или как вещество, изменяющее осмотическое давление, особенно при стимулировании формирования протопластов и их слияния.
Сорбит широко распространен в растениях; образуется при восстановлении фруктозы или глюкозы. Содержится в основном в плодах. Впервые был выделен из плодов рябины. Иногда добавляется к среде.
Также выявлено, что культуры, изолированные из растений одного и того же вида или выделенные из разных органов одного и того же растения, могут существенно различаться по использованию разных источников углерода (Тараканова и др., 1979). Более того, одноклеточные клоны или даже вторичные одноклеточные клоны могут давать широкий спектр реакций на отдельные сахара. Поэтому клональная гетерогенность, причиной которой является, видимо, мутационная изменчивость, затрудняет оценку видовой специфики основного обмена. Это открывает новые возможности исследования метаболизма углеводов в культуре изолированных тканей растений вследствие получения биохимических мутантов по тем или иным звеньям основного обмена.
Более эффективное использование сахарозы в сравнении с другими моносахаридами может быть следствием более низкого осмотического давления сахарозной среды при одинаковой нагруженности углеродом.
Источник: Биотехнология тропических и субтропических растений in vitro
bio-x.ru
