Является основным углеводом транспортируемым в растении. Функции углеводов в растениях. Значение углеводов. Общая характеристика

Углеводы в растениях разделяют на две большие группы: простые углеводы , не способные к гидролизу (моносахариды), и сложные углеводы , гидролизующиеся на простые (полисахариды).

Простые углеводы

Название свое простые углеводы получили в связи с тем, что вначале развития химии углеводов считали, что они состоят из атомов углерода и воды. Из простых углеводов в ягодных растениях больше всего:

• глюкозы,
• сахарозы,
• фруктозы.

Глюкоза

В зрелом особенно много глюкозы , поэтому ее часто называют виноградным сахаром . В зрелом винограде много глюкозы. в том или ином количестве встречается во всех ягодах поэтому это наиболее распространенный моносахарид. Являясь одним из основных источников энергии, глюкоза выполняет очень важные функции в организме человека, а для мозга и нервной ткани такой источник является единственным, (подробнее: ).

Фруктоза

Фруктоза также широко распространена в природе. Особенно в большом количестве она встречается в плодах .
Фруктоза в яблоках. В организме человека фруктоза легко может превращаться в глюкозу, а также включается в обмен веществ непосредственно, минуя процесс превращения в глюкозу. Некоторая часть фруктозы перерабатывается в организме без инсулина, (подробнее: ).

Сахароза

Сахароза (сахар из свеклы или тростника) это важная составная часть питания и состоит из молекул фруктозы и глюкозы. Около 27% сахарозы содержится в корнях сахарной свеклы и около 20 % в стеблях сахарного тростника.
Сахарная свекла. Сахароза может легко гидролизоваться в разведенных кислотах, распадаясь при этом на глюкозу и фруктозу. Такая смесь фруктозы и глюкозы называется инвертным сахаром. С помощью фермента сахарозы или инвертазы в кишечнике человека и животных, а также при образовании в организме пчел происходит ферментативное расщепление сахарозы. Например, пчелиный мед на 97-99% состоит из инвертного сахара. Сахароза входит в состав всех ягод .

Полисахариды

Важнейшими полисахаридами растений являются:

• крахмал,
• целлюлоза (клетчатка),
• пектиновые вещества.

Крахмал

Крахмал - это резервный полисахарид растений. Он откладывается в виде зернышек в клубнях и корнях, в зернах злаков, а также содержится во многих незрелых плодах - , и др. При созревании плодов крахмал расщепляется до глюкозы. На этом свойстве основан химический метод определения степени зрелости плодов. В клубнях содержится от 12 до 24 % крахмала.
Крахмал является богатым источником энергии , обладает обволакивающими свойствами и широко применяется в пищевой промышленности и медицине.

Целлюлоза

Из целлюлозы преимущественно состоят оболочки клеток растений. Она является структурным полисахаридом. В древесине 50% целлюлозы, в волокнах хлопка - до 90 %. Вату можно считать почти чистой целлюлозой. Молекула целлюлозы содержит до 10 000 глюкозных остатков. Клетчатка, или целлюлоза, не расщепляется ферментами пищеварительного канала человека, однако она выполняет роль активатора двигательной функции желудка и кишечника благодаря своей грубой структуре и регулирует деятельность этих органов, обеспечивает своевременный и ритмичный выброс шлаков из организма .

Пектиновые вещества (пектины)

По химической природе пектиновые вещества относят к сложным углеводам. Так при лечении заболеваний пищеварительного тракта они нормализуют состав микрофлоры кишечника и кишечную перистальтику. Пектины обладают антибактериальным действием . Со многими металлами (свинцом, кальцием, стронцием, кобальтом и др.) они могут образовывать нерастворимые комплексные соединения, которые не перевариваются и выводятся из организма. Благодаря способности связывать радиоактивные и тяжелые металлы в организме пектины являются лучезащитными и детоксицирующими продуктами в питании человека. Они обезвреживают ядовитые вещества, образующиеся в кишечнике в результате процессса гниения и жизнедеятельности микрофлоры.
Пектины в фруктах. Пектины обладают также противосклеротическим действием. Пектинами богаты крыжовник, черноплодная рябина, красная смородина, яблоки, клюква, барбарис, цитрусовые (кожура плодов).

Рассмотрим углеводы в растениях, которые, как и жиры, органические кислоты и дубильные вещества имеют важное значение, и постоянно встречаются как в вегетативных органах, так и в органах размножения.

Углеводы состоят из углерода, водорода и кислорода. Последние два элемента находятся между собой в таком же количественном сочетании, как в воде (Н 2 О), то есть на определенное число атомов водорода приходится в два раза меньшее число атомов кислорода.

Углеводы составляют до 85-90% веществ, входящих в растительный организм.

Углеводы являются основным питательным и опорным материалом в клетках и тканях растений.

Углеводы подразделяются на моносахариды, дисахариды и полисахариды .

Из моносахаридов в растениях распространены гексозы, имеющие состав С 6 Н 12 О 6 . К ним относятся глюкоза, фруктоза и др.

Глюкоза (иначе называется декстроза или виноградный сахар) содержится в ягодах винограда - около 20%, в яблоках, грушах, сливах, черешне и винных ягодах. Глюкоза обладает способностью выкристаллизовываться.

Фруктоза (иначе называется левулеза или плодовый сахар) кристаллизуется с трудом, встречается вместе с глюкозой в плодах, нектарниках, пчелином меде, луковицах и т. п. (Левулезой фруктоза называется потому, что при прохождении через нее поляризованного луча света последний отклоняется влево. В противоположность фруктозе виноградный сахар отклоняет поляризованный луч вправо. Поляризованным светом называется свет, пропущенный через призмы из исландского шпата, обладающего двойным лучепреломлением. Призмы эти являются составной частью поляризационного аппарата.)

Свойства гексоз следующие. Они обладают особо сладким вкусом и легкорастворимы в воде. Первичное образование гексоз происходит в листьях. Они легко превращаются в крахмал, который, в свою очередь, легко может переходить в сахар при участии фермента диастаза. Глюкоза и фруктоза обладают способностью легко проникать из клетки в клетку и быстро передвигаться по растению. В присутствии дрожжей гексозы легко бродят и превращаются в спирт. Характерный и чувствительный реактив на гексозы - синяя фелингова жидкость, с помощью ее можно легко открыть малейшие их количества: при нагревании выпадает кирпично-красный осадок закиси меди.

Иногда гексозы встречаются в растениях в соединении с ароматическими спиртами, с горькими или едкими веществами. Эти соединения называют тогда глюкозидами, например амигдалин, придающий горечь семенам миндаля и других косточковых растений. Амигдалин содержит ядовитое вещество - синильную кислоту. Глюкозиды не только защищают семена и плоды от поедания животными, но и предохраняют семена сочных плодов от преждевременного прорастания.

Дисахариды - углеводы, имеющие состав C 12 H 22 O 11 . К ним относятся сахароза, или тростниковый сахар, и мальтоза. Сахароза образуется в растениях из двух частиц гексоз (глюкозы и фруктозы) с выделением частицы воды:

C 6 H 12 О 6 + C 6 H 12 О 6 = C 12 H 22 O 11 + Н 2 О.

При кипячении с серной кислотой к тростниковому сахару присоединяется частица воды, и дисахарид распадается на глюкозу и фруктозу:

C 12 H 22 О 11 + Н 2 О = C 6 H 12 О 6 + C 6 H 12 О 6 .

Эта же реакция происходит при действии на тростниковый сахар фермента инвертазы, поэтому превращение тростникового сахара в гексозы называется инверсией, а полученные гексозы - инвертированным, сахаром.

Тростниковый сахар - это тот сахар, который употребляется в пищу. Его издавна добывают из стеблей злака - сахарного тростника (Saccharum officinarum), растущего в тропических странах. Он встречается также в корнях многих корнеплодов, из которых больше всего его находится в корнях сахарной свеклы (от 17 до 23%). Из сахарной свеклы тростниковый сахар добывают на свеклосахарных заводах. Сахароза легко растворяется в воде и хорошо кристаллизуется (сахарный песок). Она не восстанавливает закиси меди из фелинговой жидкости.

Мальтоза образуется из крахмала под действием фермента диастаза:

2(С 6 Н 10 О 5)n + nН 2 О = nC 12 H 22 O 11 .

При расщеплении (гидролизе) молекулы мальтозы под действием фермента мальтазы образуются две молекулы гексозы:

C 12 H 22 О 11 + Н 2 О = 2C 6 H 12 O 6 .

Мальтоза восстанавливает закись меди из фелинговой жидкости.

В некоторых растениях (у хлопчатника в семенах, у эвкалипта в листьях, у сахарной свеклы в корнях и др.) еще встречается трисахарид рафиноза (C 18 H 32 O 16).

Полисахариды - углеводы, имеющие состав (C 6 H 10 О 5)n Полисахариды можно рассматривать как несколько частиц моносахаридов, от которых отделилось столько же частиц воды:

NC 6 H 12 O 6 - nН 2 О = (C 6 H 10 O 5)n.

В живых тканях растений к полисахаридам (или полиозам) относятся крахмал, инулин, клетчатка, или целлюлоза, гемицеллюлоза, пектиновые вещества и др. В грибах находится гликоген - углевод, свойственный животным организмам и потому называемый иногда животным крахмалом.

Крахмал - высокомолекулярный углевод, в растениях содержится как запасное вещество. Первичный крахмал образуется в зеленых частях растения, например в листьях, в результате процесса фотосинтеза. В листьях же крахмал превращается в глюкозу, которая во флоэме жилок превращается в сахарозу и оттекает из листьев, и направляется в растущие части, растения или в места отложения запасных веществ. В этих местах сахароза превращается в крахмал, который откладывается в форме мельчайших зерен. Такой крахмал называется вторичным.

Местами отложения вторичного крахмала являются лейкопласты, находящиеся в клетках клубней, корней и плодов.

Основные свойства крахмала следующие: 1) в холодной воде он не растворяется; 2) при нагревании в воде происходит превращение его в клейстер; 3) крахмальные зерна имеют скрытокристаллическое строение; 4) от действия раствора йода окрашивается в синий, темно-синий, фиолетовый и черный цвет (в зависимости от крепости раствора); 5) под влиянием фермента диастаза крахмал превращается в сахар; 6) в поляризованном свете крахмальные зерна светятся и на них видна характерная фигура темного креста.

Крахмал состоит из нескольких компонентов - амилозы, амилопектина и др., различающихся растворимостью в воде, реакцией с раствором йода и некоторыми другими признаками. Амилоза растворяется в теплой воде и от йода окрашивается в ярко-синий цвет; амилопектин слабо растворяется даже в горячей воде и от йода приобретает красно-фиолетовый цвет.

Количество крахмала в растениях сильно колеблется: в зернах хлебных злаков содержится его 60-70%, семенах бобовых - 35-50%, в картофеле - 15-25%.

Инулин - полисахарид, встречающийся в подземных органах многих растений семейства сложноцветных в качестве запасного питательного углевода. Такими растениями являются, например, девясил (lnula), георгин, земляная груша и др. Инулин находится в клетках в растворенном виде. При выдерживании в спирте корней и клубней сложноцветных растений инулин выкристаллизовывается в форме сферокристаллов.

Клетчатка, или целлюлоза , гак же как и крахмал, в воде не растворяется. Оболочки клеток состоят из клетчатки. Состав ее сходен с крахмалом. Примером чистой клетчатки может служить вата, состоящая из волосков, покрывающих семена хлопчатника. Фильтровальная бумага хорошего качества также состоит из чистой клетчатки. Растворяется клетчатка в аммиачном растворе окиси меди. При действии серной кислоты клетчатка переходит в амилоид - коллоидное вещество, напоминающее крахмал и окрашивающееся от йода в синий цвет. В крепкой серной кислоте клетчатка растворяется, превращаясь в глюкозу. Реактивом на клетчатку является хлор-цинк-йод, от которого она принимает фиолетовый цвет. Хлористый цинк, так же как и серная кислота, сперва переводит клетчатку в амилоид, который затем уже подвергается окрашиванию йодом. От чистого йода клетчатка желтеет. Под влиянием фермента цитазы клетчатка переходит в сахар. Клетчатка играет важную роль в промышленности (ткани, бумага, целлулоид, пироксилин).

В растениях оболочки клеток, состоящие из клетчатки, часто подвергаются одревеснению и опробковению.

Количество целлюлозы и древесины сильно колеблется в различных растениях и разных их частях. Например, в зернах голых злаков (ржи, пшеницы) содержится 3-4% целлюлозы и древесины, а в зерне пленчатых злаков (ячменя, овса) содержится 8-10%, в сене - 34%, овсяной соломе - 40%, ржаной соломе - до 54%.

Гемицеллюлоза - вещество, сходное с клетчаткой, откладывается как запасное питательное вещество. В воде не растворяется, но слабые кислоты легко подвергают ее гидролизу, тогда как клетчатка гидролизуется концентрированными кислотами.

Гемицеллюлоза откладывается в клеточных оболочках зерен злаков (кукурузы, ржи и др.), в семенах люпина, финика и пальмы Phytelephas macrocarpa. Твердость ее такова, что семена пальмы идут на изготовление пуговиц под названием «растительная слоновая кость». При прорастании семян гемицеллюлоза растворяется, превращаясь с помощью ферментов в сахар: она идет на питание зародыша.

Пектиновые вещества - высокомолекулярные соединения углеводной природы. Содержатся в значительном количестве в плодах, клубнях и стеблях растений. В растениях пектиновые вещества обычно встречаются в виде нерастворимого в воде протопектина. При созревании плодов нерастворимый в воде протопектин, содержащийся в клеточных стенках, превращается в растворимый пектин. В процессе мочки льна под действием микроорганизмов пектиновые вещества гидролизуются - происходит мацерация и отделение волокон друг от друга. (Мацерация (от латинского «мацерация» - размягчение) - естественное или искусственное разъединение клеток ткани в результате разрушения межклеточного вещества.)

Слизи и гумми - коллоидные полисахариды, растворимые в воде. Слизи содержатся в большом количестве в кожуре семян льна. Гумми можно наблюдать, в виде вишневого клея, образующегося в местах повреждений ветвей и стволов вишен, слив, абрикоса и др.

Лихенин - полисахарид, содержащийся в лишайниках (например, в «исландском мхе» - Cetraria islandica).

Агар-агар - высокомолекулярный полисахарид, содержащийся в некоторых морских водорослях. Агар-агар растворяется в горячей воде, а после охлаждения застывает в виде студня. Применяется в бактериологии для питательных сред и в кондитерской промышленности для изготовления желе, пастилы, мармеладов.

Углеводы – это группа органических веществ с общей формулой (СН2О)n, т.е. в их состав входят только кислород, углерод и водород. Углеводы имеют намного более простое строение, чем белки. Углеводы делятся на 3 больших класса: моносахариды, дисахариды и полисахариды.

Моносахариды – это простые углеводы, не имеющие полимерного строения. Молекулы моносахаридов могут содержать разное число атомов углерода: 3 (т 434h71fe риозы), 4 (тетрозы), 5 (пентозы), 6 (гексозы), 7 (гексозы), из них растениях наиболее распространены триозы, пентозы и гексозы.

Триозы имеют общую формулу С3Н6О3; триоз существует всего две – глицеральдегид и дигидроксиацетон. Эти сахара являются промежуточными продуктами в процессе гликолиза при дыхании.

Пентозы имеют общую формулу С5Н10О5. Из пентоз наиболее важны рибоза и дезоксирибоза, т.к. они входят в состав нуклеиновых кислот: дезоксирибоза – в состав ДНК, рибоза – в состав РНК, а также некоторых других важных веществ – НАД, НАДФ, ФАД и АТФ.

Гексозы имеют общую формулу С6Н12О6. Из гексоз в растении наиболее распространены глюкоза и в меньшей степени – фруктоза. Глюкоза и фруктоза имеют в клетке различные важные функции. Они служат для клетки источником энергии, которая высвобождается при их окислении в ходе дыхания. Из глюкозы и фруктозы образуется самый распространенный дисахарид – сахароза. Глюкоза служит мономером для образования самых распространенных растительных полисахаридов – крахмала и глюкозы. В сочных плодах глюкоза и фруктоза служат запасными веществами.

Дисахариды – это сахара, молекулы которых образуются из 2 молекул моносахаридов в результате реакции конденсации, т.е. соединения молекул моносахаридов с выделением воды. Например, молекула дисахарида сахарозы состоит из остатка глюкозы и остатка фруктозы:

С6Н12О6 + С6Н12О6 → С12Н22О11 + Н2О

Сахароза обладает интересным свойством: она так же хорошо растворима в воде, как глюкоза, но химически намного менее активна. Поэтому углеводы транспортируются по флоэме именно в виде сахарозы: благодаря ее высокой растворимости ее можно транспортировать в виде достаточно концентрированного раствора, а благодаря своей химической инертности она не вступает по пути ни в какие реакции. У некоторых растений сахароза служит запасным веществом – например, у моркови, сахарной свеклы и сахарного тростника.

Полисахариды – это полимеры, образующиеся путем конденсации множества молекул моносахаридов. В растениях полисахариды выполняют 2 функции – структурную и запасающую.

1.Структурные полисахариды- Полисахариды удобны для использования в качестве структурных веществ по 2 причинам:

Они имеют длинные прочные молекулы

Полисахариды химически малоактивны, поэтому образующиеся из них структуры устойчивы к различным внешним воздействиям.

Существует 2 основных вида структурных полисахаридов – целлюлоза и гемицеллюлозы. Целлюлоза образуется из остатков β-глюкозы; она имеет очень длинные разветвленные молекулы, нерастворимые в воде и устойчивые к различным химическим воздействиям. Целлюлоза содержится в клеточной стенке и играет в ней роль жесткой прочной арматуры. Гемицеллюлозы образуются из остатков различных моносахаридов – арабинозы, маннозы, ксилозы и т.д. Гемицеллюлозы входят в состав матрикса клеточной стенки.

2.Запасные полисахариды- Полисахариды удобны для использования в качестве запасных веществ по 2 причинам:

Большой размер молекул полисахаридов делает их нерастворимыми в воде, а значит – они не оказывают на клетку химического или осмотического воздействия;

Полисахариды легко превратить в моносахариды путем гидролиза

Главным запасным полисахаридом растений является крахмал. Крахмал – это полимер α-глюкозы. Собственно говоря, крахмал – это смесь 2 полисахаридов: амилозы, имеющей линейные молекулы, и амилопектина, имеющего разветвленные молекулы. При необходимости крахмал легко гидролизуется до глюкозы. Именно крахмал является запасным веществом у большинства растений – зерновых, кукурузы, картофеля и т.д.. В клетках крахмал содержится в виде крахмальных зерен в хлоропластах или цитоплазме.

Первичным источником углеводов для всех живых организмов на Земле (за исключением хемосинтезирующих организмов) является фотосинтез. Углеводы входят в составе клеток и тканей всех растительных и животных организмов, они выполняют как структурные, так и метаболические функции:

Углеродные «скелеты» для построения др. органических веществ;

Запасной источник энергии (крахмал, инулин, сахароза, др.) для метаболических процессов;

Структурные компоненты КС (целлюлоза, гемицеллюлоза, пектины);

Входят в состав мембран (рецепторы -гликопротеины, иммунные белки -лектины).

Форма углеводов	Представители	Функции
Моносахариды С 3 ...С 7
С 3 -сахара ГА, ДГА	ФГА, ФДА	промежуточные метаболиты в процессе фотосинтеза, дыхания.
С 4 -сахара	эритроза	промежуточный продукт ФС
С 5 -сахара	д-рибоза, дезоксирибоза	Входят в состав нуклеиновых кислот
	рибулеза, ксилоза, арабиноза	Промежуточные продукты метаболизма, продукты, входят в состав гемицеллюлоз клеточной стенки
С 6 -сахара	глюкоза, фруктоза, манноза галактоза	Глюкоза – конечный продукт ФС, основной субстрат дыхания;
Олигосахариды 2 ...10 моноз
сахароза	(глю-фру)	Тростниковый сахар, основная транспортная форма углеводов по растению, запасной углевод
мальтоза	(глю-глю)	Солодовый сахар, продукт распада крахмала
рафиноза стахиоза,	гал-глю-фру гал-гал-глю-фру	Транспортные формы углеводов у некоторых растений
Полисахариды 10 - 100-ни тысяч моноз
Крахмал: (глю)n (С6Н10О5)п состоит из молекул α-D-глюкозы (1-4-связь, ветвление в мол-лах амилопектина – связь 1-6	амилоза: амилопектин 1:3	основной запасной углевод растений. Крахмал состоит из двух полисахаридов - амилозы (15-25%) и амилопектина (75-85%). Амилоза (из 20000-500000 мол глю, соединенных a (1®4)-связями, неразветвленная цепь) легко растворяется в теплой воде и дает маловязкие растворы. Молекулы амилопектина имеют разветвленное строение, в точках ветвления молекулы глюкозы соединены связью а(1-6). При нагревании в воде молекулы амилопектина дают вязкие растворы.
Инулин: (фру)n	Инулин состоит на 97% из мол-л фру и 3% мол-л глюкозы	запасной полифруктозид у ряда растений из сем. Астровых и колокольчиковых. Накапливается в клубнях георгинов, в корнях одуванчика земляной груши (топинамбур), и др. растений.
Целлюлоза (глю) n состоит из мол-л b-D-глюкозы (связь 1-4)		наиболее широко распространенный полисахарид растений, входит в состав клеточных стенок. Молекулы целлюлозы содержат от 1400 до 10000 (2500-12000) остатков глюкозы. Молекулы целлюлозы - мицеллы - микро - макрофибриллы.
Пектин (из α-D-галактуроновой к-ты)	полигалактуроновые кислоты	входят в состав клеточных стенок, придают им катионообменные свойства (адсорбция катионов).
Агар-агар состоит из остатков галактозы	агароза: агаропектин	полисахарид ряда водорослей, состоит из агарозы и агаропектина.
Гемицеллюлозы (полуклетчатки)	из остатков глю, гал, фру, - ман, ара, кси.	- большая группа высокомолекулярных полисахаридов, в состав гемицеллюлозы входят: С 5 и С 6 -сахара; цементируют волокна целлюлозы в клеточных стенках; обладают высокой гидрофильностью

Примечание: Общепринятые сокращения названий сахаров: глю – глюкоза, фру – фруктоза, гал - галактоза, ман- манноза, ара – арабиноза, кси – ксилоза, ФГА - фосфоглицериновый альдегид, ФДА - фосфодиоксиацетон

План:

1. Значение углеводов. Общая характеристика.

2. Классификация углеводов.

3. Строение углеводов.

4. Синтез, распад и превращение углеводов в растении.

5. Динамика углеводов при созревании ПОВ.

Значение углеводов. Общая характеристика.

Углеводы – основной питательный и главный опорный материал растительных клеток и тканей.

Составляют до 85-90 % всей массы растительного организма.

Образуются в процессе фотосинтеза.

В состав углеводов входят С, Н и О.

Представители : глюкоза С6Н12О6, сахароза С12Н22О11, фруктоза, рамноза, крахмал, клетчатка, гемицеллюлозы, пектиновые вещества, агар-агар.

Сахароза – углевод, синтезирующийся только в растительном организме и грающий очень большую роль в обмене веществ у растений. Сахароза – наиболее легко усвояемый растением сахар. В некоторых растениях сахароза может накапливаться в чрезвычайно больших количествах (сахарная свекла, сахарный тростник).

ПОВ сильно отличаются по составу углеводов:

Картофель – большая часть углеводов представлена крахмалом;

Зеленый овощной горох (убранный в стадии технической зрелости) – основная масса углеводов состоит из почти равных частей крахмала и сахаров;

Зрелые яблоки – крахмал практически отсутствует, а углеводы представлены глюкозой, фруктозой, сахарозой;

Хурма – глюкоза и фруктоза, почти нет сахарозы;

Виноград – глюкоза и фруктоза.

Различный состав углеводов и в отдельных тканях ПОВ:

В кожуре – клетчатка и пектиновые вещества (защита плодовой мякоти от неблагоприятных воздействий);

В мякоти – крахмал, сахара (глюкоза, фруктоза, сахароза).

Классификация углеводов.

Все углеводы разделяют на две группы – Монозы (моносахариды) и Полиозы (полисахариды)

Несколько молекул моносахаридов, соединяясь между собой с выделением воды, образуют молекулу полисахарида.

Моносахариды: Их можно рассматривать, как производные многоатомных спиртов.

Представители : глюкоза, фруктоза, галактоза, манноза.

Дисахариды: сахароза (тростниковый сахар), мальтоза (солодовый сахар) и целлобиоза.

Трисахариды: Рафиноза и др.

Тетрасахариды: стахиоза и др.

Ди-, три - и тетрасахариды (до 10 остатков моноз) составляют группу Полисахаридов первого порядка . Все представители этой группы легко растворимы в воде и в чистом виде являются кристаллическими веществами (олигосахариды) .

Олигосахара (олигосахариды) могут быть гомо - и гетеросахара. Сахароза состоит из глюкозы и фруктозы – фуран (гетеросахар). Лактоза – галактоза + глюкоза. Мальтоза, трегалоза, целлобиоза – Глюкоза + глюкоза (гомосахара), отличаются расположением атомов углерода, участвующих в связи между молекулами моносахаров.

Более сложные углеводы – Полисахариды второго порядка . Сложные вещества с очень большой молекулярной массой. В воде либо не растворяются совсем, либо дают вязкие, коллоидные растворы.

Представители : слизи, крахмал, декстрины, гликоген, клетчатка, гемицеллюлозы, пектиновые вещества, инулин, каллоза и др.

Строение углеводов.

Моносахариды, содержащие по три углеродных атома, принадлежат к группе Триоз , с четырьмя – Тетроз , с пятью – Пентоз , шестью – Гексоз и семью – Гептоз .

Наиболее важными и распространенными в природе являются пентозы и гексозы.

Моносахариды, производные многоатомных спиртов – содержат в своей молекуле наряду со спиртовыми группами –ОН альдегидную или кетогруппу.

Триозы:

Правовращающийся Левовращающийся

D-глицериновый альдегид L-глицериновый альдегид

Фруктоза относится к пентозам, глюкоза к гексозам.

Установлено, что в растворах D-глюкоза существует в трех взаимопревращающихся формах, две из которых циклические.

Аналогичные взаимопревращения трех форм установлены также и для других моносахаридов.

Дисахариды:

Полисахариды:

Имеют линейную или разветвленную структуру, полимерные молекулы их состоят из мономеров (моносахаридов), соединенных между собой в длинные цепочки.

Синтез, распад и превращение углеводов в растении.

Синтез .

Первичным продуктом фотосинтеза является Фосфоглицериновая кислота. При дальнейших превращениях она дает различные Моносахариды – глюкозу, фруктозу, маннозу и галактозу (они образуются без участия света, в результате «темновых» ферментативных реакций). Образование гексоз из фосфоглицериновой кислоты или фосфоглицеринового альдегида (триоз) происходит благодаря действию фермента Альдолазы .

Образование глюкозы и фруктозы из сорбита.

Наряду с моносахаридами в листьях на свету чрезвычайно быстро образуются также сахароза (дисахарид) и крахмал (полисахарид), однако это вторичный процесс ферментативных превращений ранее образовавшихся моносахаридов (может происходить в полной темноте). Сахароза синтезируется из глюкозы и фруктозы, а также из других гексоз. Из пентоз (арабиноза, ксилоза) сахароза не синтезируется.

Распад.

Большинство моносахаридов сбраживаются дрожжами.

Олигосахара распадаются под действием соответствующих ферментов и при гидролизе (нагревании в присутствии кислот).

Полисахариды второго порядка:

Крахмал (состоит из амилозы и амилопектина, их соотношение в крахмале разных растений различно) – распадается под действием фермента Глюкозоамилазы и при гидролизе на молекулы глюкозы; Гликоген (аналогично).

Клетчатка (целлюлоза) – переваривается только у жвачных животных бактериями, содержащими фермент Целлюлазу .

Гемицеллюлозы гидролизуются кислотами легче, чем клетчатка.

Взаимопревращения.

В растениях сахариды чрезвычайно легко превращаются друг в друга.

Взаимопревращения моносахаридов происходят в результате действия соответствующих ферментов, катализирующих реакции фосфорилирования и образования фосфорных эфиров сахаров.

Под действием изомераз происходят превращения моносахаров друг в друга.

В растительных организмах обнаружены также ферменты, катализирующие образование фосфорных эфиров сахаров и их взаимные превращения.

Крахмал, накапливающийся в листьях при фотосинтезе, может очень быстро превращаться в сахарозу (важнейшая транспортная форма углеводов), перетекать в виде сахарозы в семена, плоды, клубни, корнеплоды и луковицы, где сахароза снова превращается в крахмал и инулин. В этих процессах амилаза не принимает никакого участия (работают другие ферменты и гидролиз).

Динамика углеводов при созревании ПОВ

1. В период созревания на растении и хранения у большинства плодов и овощей содержание крахмала уменьшается, а сахаров возрастает.

2. Достигнув определенного максимума, уровень сахаров начинает также снижаться.

Зеленые бананы – более 20 % крахмала и менее 1 % сахара;

В зрелых бананах – уровень крахмала снижается до 1 %, а сахаров возрастает до 18 %.

Большую часть сахаров составляет сахароза, но в оптимальной зрелости плодов сахара представлены равными долями сахарозы, фруктозы и глюкозы.

Такие же изменения характерны для яблок, хотя выражены гораздо слабее.

Если при созревании на материнском растении количество сахаров увеличивается за счет моно - и дисахаридов, то при последующем их хранении повышение уровня сахаров, если оно наблюдается, происходит за счет моносахаридов. Количество дисахаридов при этом уменьшается, под действием ферментов и гидролиза (под действием кислот) они распадаются до моноз, в результате чего количество последних растет.

В плодах и овощах, которые вообще не содержат крахмала, тоже при хранении наблюдается повышение сахаров. А также и у содержащих крахмал плодов содержание сахаров, образующихся при хранении, превышает содержание крахмала, из которого они могут образовываться. Изучение динамики различных фракций полисахаридов показало, что при послеуборочном дозревании плодов происходит не только гидролиз крахмала, но и пектиновых веществ, гемицеллюлоз и даже целлюлоз.

У Овощного гороха, овощной фасоли и сахарной кукурузы при созревании и хранении происходит не превращение крахмала в сахар, а наоборот, сахаров в крахмал (при хранении при 00С, процессы перехода происходят медленнее, но в том же порядке). При хранении бобовых в створках, сроки перехода сахара в крахмал увеличиваются в два раза.

В Клубнях картофеля Протекают и процессы синтеза крахмала из сахаров, и процессы перехода крахмала в сахара.

В процессе роста в клубнях накапливается крахмал. Качество клубней картофеля тем выше, чем больше соотношение крахмала к сахарам.

При хранении при 00С крахмал переходит в сахара, но эта температура оптимальна для остановки развития патогенной микрофлоры (гниение картофеля).

При снижении температуры с 20 до 00С:

Крахмал Þ сахар – уменьшается на 1/3;

Сахар Þ крахмал – уменьшается в 20 раз;

Скорость потребления сахара при дыхании (сахар Þ СО2 + Н2О) – уменьшается в 3 раза.

За счет этого происходит накопление сахаров при хранении. При чем у диких форм картофеля и в северных р-нах большинство накапливающихся при хранении сахаров – моносахара. В нашей зоне при хранении накапливается одинаковое количество моно - и дисахаридов.

Для потребления клубней в пищу и для использования их на семена необходимо уменьшить содержание сахаров и увеличить содержание крахмала, для этого нужно выдержать клубни при 200С.

Длительное хранение клубней картофеля при 00С приводит к тому, что время, необходимое для перевода сахаров в крахмал увеличивается на столько, что за этот срок болезни и вредители поражают клубни полностью.

При хранении при 100С в картофеле сохраняется практически нативный уровень крахмала, но болезни эта температура не сдерживает. Поэтому картофель экономически выгоднее хранить при 40С, в хорошо проветриваемых помещениях (условия активного вентилирования), клубни должны быть неповрежденные сухие, для предотвращения прорастание и болезней необходимы дополнительные средства – химические препараты.