Тема 1.4. Вуглеводи: будова, біологічна роль. Класифікація

Дата добавления: 2014-11-10; просмотров: 7402

Вуглеводи – біохімічні сполуки, що утворюються в рослинах як первинні продукти фотосинтезу. У рослинах вуглеводи становлять 80…90 % маси, причому в різних частинах вміст їх різний. Так, у зелених частинах рослин він становить 2,5…6 %, у бульбах картоплі і коренеплодах – 10…20 %, у зернах злаків – до 70 %. У складі організ-му людини і тварин вуглеводи присутні в меншій кількості, ніж білки та ліпіди, і становлять усього приблизно 2 % від маси сухих речовин.

Однак для людини їхнє значення дуже велике. Про це свідчать різноманітні функції, які виконують вуглеводи.

Енергетична функція. Вуглеводи на 60 % забезпечують організм енергією. При окиснюванні 1 г вуглеводів виділяється близько 4 ккал енергії.

Пластична функція. Вуглеводи беруть участь у синтезі багатьох речовин, необхідних для життєдіяльності організму, таких, як нуклеопротеїни, липоїди, складні ферменти, мукополісахариди й ін.

Функція поживних речовин. Вуглеводи мають здатність відкладатися в організмі у вигляді глікогену – запасного вуглеводу, що витрачається в міру необхідності. Глікоген в основному зосереджений у печінці й м'язах. При повноцінному харчуванні в печінці може накопичуватися до 10 % глікогену від маси печінки, у м'язах – до 2 %. При голодуванні запаси глікогену знижуються до 0,2 %.

Захисна функція. Густі секрети (слизи), виділювані різними залозами, багаті на мукополісахариди. Вони охороняють стінки порожніх органів від механічних ушкоджень, від проникнення патогенних бактерій і вірусів.

Регуляторна функція. Представник вуглеводів – клітковина має грубу структуру. Потрапляючи з їжею в шлунково-кишковий тракт, вона викликає механічне роздратування стінок шлунка і кишечнику, підвищує їхню активність і сприяє спорожнюванню.

Специфічна функція. Окремі представники вуглеводів виконують особливі функції в організмі, наприклад беруть участь у проведенні нервових імпульсів, утворенні антитіл, забезпеченні специфічності груп крові, нормальної діяльності центральної нервової системи.

За сучасною класифікацією вуглеводи підрозділяються на три основні групи залежно від їхнього складу, структури й властивостей: моносахариди, олігосахариди й полісахариди.

Моносахариди. Вуглеводи цієї групи мають карбонільну групу (альдегідну або кетонну). Вони є похідними багатоатомних спиртів і мають склад C_n2_nO_n. Моносахариди відрізняються різним характером будови і просторовим розташуванням функціональних груп. За характером останніх вони підрозділяються на альдози і кетози.

Олігосахариди. У складі молекул олігосахаридів перебуває від 2 до 10 залишків моносахаридів, з'єднаних глікозидними зв'язками. У цю групу входять дисахариди, трисахариди і т.п.

Дисахариди – складні цукри, кожна молекула яких при гідролізі розпадається на дві молекули моносахаридів. Емпірична формула С₁₂Н₂₂О_11. Серед дисахаридів найбільше значення мають мальтоза, лактоза, сахароза, целобіоза. Поряд з полісахаридами дисахариди є основними вуглеводами в їжі людини і тварин.

Полісахариди. Це високомолекулярні вуглеводи, що складаються з великого числа моносахаридів. Вони мають гідрофільні властивості і при розчиненні у воді утворюють колоїдні розчини. Полісахариди підрозділяються на гомо- і гетерополісахариди.

Гомополісахариди. До їхнього складу входять моносахариди одного типу. Наприклад, крохмаль і глікоген побудовані тільки з молекул глюкози, інулін – із фруктози.

Найбільш важливими гомополісахаридами є крохмаль, глікоген, клітковина (целюлоза), що складаються із залишків молекул глюкози, а також пектинові речовини. Із залишків молекул фруктози побудований полісахарид інулін, манани містять залишки молекул манози, галактани – галактози.

Крохмаль являє собою суміш лінійного полісахариду – амілози (10…30 %) і амілопектину (70..90 %), загальна формула яких – (С₆Н₁₀О₅)_n. Гідролітичне розщеплення крохмалю відбувається поступово, з утворенням проміжних продуктів – декстринів і мальтози, при повному гідролізі виділяється глюкоза.

Глікоген ("тваринний крохмаль") – головний резервний полісахарид людини і вищих тварин.

Целюлоза (клітковина) С₆Н₁₀О₅ широко поширена в рослинному світі. Вона є основною структурою стінок клітин, обумовлюючи їхню міцність і еластичність.

Пектинові речовини – полісахариди рослинного походження. Вони являють собою високомолекулярні сполуки, що перебувають у великій кількості в ягодах, фруктах і овочах. У якості мономерних залишків містять D-галактуронову кислоту.

Гетерополісахариди складаються з різного виду моносахаридів (глюкози, галактози) і їхніх похідних (аміносахарів, гексуронових кислот). У їхньому складі виявлені і інші речовини: азотисті основи, органічні кислоти. До гетерополісахаридів відносять полісахариди.

Мукополісахариди являють собою желеподібні липкі речовини. Вони виконують різні функції, у тому числі структурну, захисну, регуляторну. Мукополісахариди становлять основну масу міжклітинної речовини тканин, входять до складу шкіри, хрящів, синовіальної рідини. В організмі мукополісахариди зустрічаються в комплексі з білками (глікопротеїни) і жирами (гліколіпіди). У рослинах вони представлені камедями.

Гіалуронова кислота також є гетерополісахаридом. Вона входить до складу сполучної тканини в якості основного "цементуючого" компонента клітин і міжклітинної речовини. У зв'язку із цим їй належить важлива роль у формуванні бар'єрних функцій організму, що сприяє захисту його від інфекцій, іонізуючої радіації, вона також бере участь в обміні води в організмі.

Геміцелюлози відносяться до гетерополісахаридів, тому що побудовані з різних моносахарів. Геміцелюлози в рослинах супроводжують целюлозу. При їхньому гідролізі утворюється суміш різних моносахаридів (D-галактоза, D-ксилоза, D-арабіноза, уронові кислоти, D-маноза, D-глюкоза).

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 7

«ДОСЛІДЖЕННЯ властивостей ВУГЛЕВОДІВ»

Мета заняття: провести дослідження властивостей вуглеводів.

План заняття

1. Визначити взаємодію вуглеводів із гідрооксидом міді за допомогою реакції Троммера.

2.Вивчити взаємодію вуглеводів з реактивом Фелінга.

3. Визначити кетози за допомогою реакції Селіванова.

4. Виявити моносахариди моркви.

5. Виявити редукуючий вуглевод лактозу в молоці.

1. Взаємодія вуглеводів із гідроокисом міді за допомогою реакції Троммера

Всі моносахариди, а також більш складні сахари, що мають вільну карбонільну (альдегідну або кетонну) групу, мають здатність відновлюватися у лужному середовищі.

Реакція Троммера полягає у відновленні окисної міді в закисну. При цій реакції сірчанокисла мідь реагує з лугом, утворюючи блакитний гідрат окису міді. При його нагріванні колір змінюється на жовтий, а потім на червоний.

Об’єкт дослідження: Набір вуглеводів.

Обладнання і посуд: 1. Штатив із пробірками;

2. Нагрівальний прилад.

Реактиви: 1. Глюкоза, 1 %-й розчин;

2. Мальтоза, 1 %-й розчин;

3. Фруктоза, 1 %-й розчин;

4. Лактоза, 1 %-й розчин;

5. Сахароза, 1 %-й розчин;

6. Крохмаль, 1 %-й розчин;

7. Гідроокис натрію, 10 %-й розчин;

8. Сульфат міді, 5 %-й розчин.

Техніка виконання роботи

У пробірки (за кількістю існуючих у лабораторії вуглеводів) наливають по 1 мл глюкози, лактози, мальтози, фруктози, сахарози, крохмалю, добавляють такий же об’єм гідроокису натрію і 0,5 мл сульфату міді до появи блакитного осаду гідроокису міді. Усі пробірки обережно нагрівають. Моносахариди і поновлені дисахариди (лактоза і мальтоза) відновлюють гідроокис міді до закисі міді – осад жовтого кольору, який при тривалому нагріванні перетворюється на оксид міді – осад цеглисто-червоного кольору. Сахароза і крохмаль (необновлені вуглеводи) не змінюють забарвлення гідроокису міді.

Роблять висновок щодо відповідності властивостей вуглеводів у залежності від хімічної будови.

2. Взаємодія вуглеводів з реактивом Фелінга

Механізм реакції з Фелінговою рідиною такий само, як і реакції Троммера. Перевагою Фелінгової рідини є те, що мідь при надлишку реактиву не випадає у вигляді окису міді.

Об’єкт дослідження: Набір вуглеводів.

Обладнання і посуд: 1. Штатив із пробірками;

2. Нагрівальний прилад.

Реактиви: 1. Глюкоза, 1 %-й розчин;

2. Мальтоза, 1 %-й розчин;

3. Фруктоза, 1 %-й розчин;

4. Лактоза, 1 %-й розчин;

5. Сахароза, 1 %-й розчин;

6. Крохмаль, 1 %-й розчин;

7. Реактив Фелінга (Фелінг І + Фелінг ІІ у рівних об’ємах).

Техніка виконання роботи

У пробірки (за кількістю існуючих у лабораторії вуглеводів) наливають по 1 мл глюкози, фруктози, лактози, мальтози, сахарози, крохмалю, додають такий же об’єм реактиву Фелінга (0,5 мл розчину Фелінга І + 0,5 мл розчину Фелінга ІІ). Пробірки обережно нагрівають. Моносахариди, відновлені дисахариди (лактоза і мальтоза), відновлюють реактив Фелінга через гідрооксид міді жовтого кольору до окису міді цеглисто-червоного кольору. Сахароза і крохмаль (невідновлені вуглеводи) не змінюють забарвлення реактиву Фелінга.

Роблять висновок щодо відповідності властивостей вуглеводів у залежності від хімічної будови.

3. Визначення кетоз за допомогою реакції Селіванова

Найважливішою кетозою є фруктоза. Вона зустрічається в природі як у вільному (у складі меду), так і у зв’язаному (у складі сахарози, деяких інших полісахаридів) стані. У живих організмах фруктоза перетворюється на глюкозу.

Характерною реакцією на фруктозу та інші кетози є реакція Селіванова. Суть реакції полягає в тому, що при нагріванні розчину кетози з концентрованою соляною кислотою утворюється оксиметилфурфурол, який із резорцином дає продукт конденсації червоного кольору. Ця реакція дає можливість визначити як вільні, так і зв’язані кетози.

Швидше реакція Селіванова відбувається з фруктозою.

Об’єкт дослідження : Фруктоза, 1 %-й розчин.

Обладнання і посуд : 1. Штатив із пробірками;

2. Водяна баня;

Реактиви: 1. Реактив Селіванова.

Техніка виконання роботи

У пробірку наливають 0,5 мл розчину фруктози, додають 1 мл реактиву Селіванова і кілька хвилин нагрівають на водяній бані. Спостерігають червоне забарвлення розчину.

Роблять висновок щодо значення цієї реакції для визначення фруктози.

4. Виявлення моносахаридів моркви

Об’єкт дослідження: Морква.

Обладнання і посуд: 1. Штатив із пробірками;

2. Нагрівальний прилад.

Реактиви: 1. Реактив Фелінга (Фелінг І+ Фелінг ІІ у рівних об’ємах);

2. Реактив Селіванова.

Техніка виконання роботи

Кладуть у пробірку трохи натертої моркви, додають 5 мл води, струшують 2-3 хвилини, фільтрують і фільтрат ділять на дві частини. В одній пробірці відкривають моносахариди реакцією Фелінга, у другій – фруктозу – реакцією Селіванова.

5. Виявлення редукуючого вуглеводу лактози в молоці

Об’єкт дослідження: Молоко.

Обладнання і посуд: 1. Штатив із пробірками;

2. Фільтри паперові;

3. Нагрівальний прилад.

Реактиви:1. Реактив Фелінга (Фелінг І + Фелінг ІІ у рівних

об’ємах).

2. КОН, 1 %-й розчин.

Техніка виконання роботи

В мірний циліндр на 50 мл виміряють 2,5 мл молока, додають 40 мл дистильованої води і 1 мл 1 % розчину КОН. Об’єм суміші доводять до 50 мл. Струшують вміст. Фільтрують. Відмірюють в окрему пробірку 2-3 мл фільтрату і проводять реакцію Фелінга.

Контрольні запитання

1. Які функції виконують вуглеводи в організмі?

2. Напишіть формули різних моно- і дисахаридів.

3. Які продукти раціону людини є джерелами моно- і дисахаридів? Яка їхня роль?

4. Яка будова полісахаридів?

5. Назвіть харчові джерела полісахаридів (крохмаль, глікоген, клітковина, пектинові речовини). Яка їхня будова й роль?

6. Включення яких продуктів у раціон буде сприяти зниженню його енергетичної цінності й чому?

7. Яке біологічне значення фотосинтезу?

8. Яке значення реакції меланоїдиноутворення в харчових технологіях?