Федеральное агентство по образованию
Уфимский филиал государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования
«Оренбургский государственный университет»
Контрольная работа
По биохимии
Выполнила студентка
Кудрина Н.Н.
шифр 734, гр.ТБС-3
№35, 52, 87
Проверила
Ямалеева А.А.
г. Уфа-2012г.
Содержание
№ 35. Сахароза, ее химическое строение и свойства. Ферментативный гидролиз сахарозы. Инверсия сахаров. Природные источники сахарозы
№ 52. Взаимосвязь процессов брожения и дыхания. Включение пировиноградной кислоты в цикл Кребса (цикл ди- и трикарбоновых кислот)
№ 87. Биохимические и биологические процессы, происходящие при главном брожении сусла
Список используемой литературы
№ 35. Сахароза, ее химическое строение и свойства. Ферментативный гидролиз сахарозы. Инверсия сахаров. Природные источники сахарозы.
Сахароза C12H22O11, или свекловичный сахар, тростниковый сахар, в быту просто сахар -- дисахарид из группы олигосахаридов, состоящий из двух моносахаридов -- б-глюкозы и в-фруктозы.
сахароза гидролиз брожение пировиноградный
(2-a -D -глюкопиранозидо-?-D -фруктофуранозид.)
Сахароза является весьма распространённым в природе дисахаридом, она встречается во многих фруктах, плодах и ягодах. Особенно велико содержание сахарозы в сахарной свёкле и сахарном тростнике, которые и используются для промышленного производства пищевого сахара.
Сахароза имеет высокую растворимость. В химическом отношении сахароза довольно инертна, так как при перемещении из одного места в другое почти не вовлекается в метаболизм. Иногда сахароза откладывается в качестве запасного питательного вещества.
Сахароза, попадая в кишечник, быстро гидролизуется альфа-глюкозидазой тонкой кишки на глюкозу и фруктозу, которые затем всасываются в кровь. Ингибиторы альфа-глюкозидазы, такие, как акарбоза, тормозят расщепление и всасывание сахарозы, а также и других углеводов, гидролизуемых альфа-глюкозидазой, в частности, крахмала. Это используется в лечении сахарного диабета 2-го типа.
Внешний вид
Бесцветные моноклинные кристаллы. При застывании расплавленной сахарозы образуется аморфная прозрачная масса -- карамель.
Химические и физические свойства
Молекулярная масса 342,3 а. е. м. Брутто-формула (система Хилла): C12H22O11. Вкус сладковатый. Растворимость (грамм на 100 грамм растворителя): в воде 179 (0 °C) и 487 (100 °C), в этаноле 0,9 (20 °C). Малорастворима в метаноле. Не растворима в диэтиловом эфире. Плотность 1,5879 г/см3 (15 °C). Удельное вращение для D-линии натрия: 66,53 (вода; 35 г/100г; 20 °C). При охлаждении жидким воздухом, после освещения ярким светом кристаллы сахарозы фосфоресцируют. Не проявляет восстанавливающих свойств -- не реагирует с реактивом Толленса и реактивом Фелинга. Не образует открытую форму, поэтому не проявляет свойств альдегидов и кетонов. Наличие гидроксильных групп в молекуле сахарозы легко подтверждается реакцией с гидроксидами металлов. Если раствор сахарозы прилить к гидроксиду меди (II), образуется ярко-синий раствор сахарата меди. Альдегидной группы в сахарозе нет: при нагревании с аммиачным раствором оксида серебра (I) она не дает «серебряного зеркала», при нагревании с гидроксидом меди (II) не образует красного оксида меди (I). Из числа изомеров сахарозы, имеющих молекулярную формулу С12Н22О11, можно выделить мальтозу и лактозу.
Реакция сахарозы с водой
Если прокипятить раствор сахарозы с несколькими каплями соляной или серной кислоты и нейтрализовать кислоту щелочью, а после этого нагреть раствор, то появляются молекулы с альдегидными группами, которые и восстанавливают гидроксид меди (II) до оксида меди (I). Эта реакция показывает, что сахароза при каталитическом действии кислоты подвергается гидролизу, в результате чего образуются глюкоза и фруктоза:
Реакция с гидроксидом меди (II)
В молекуле сахарозы имеется несколько гидроксильных групп. Поэтому соединение взаимодействует с гидроксидом меди (II) аналогично глицерину и глюкозе. При добавлении раствора сахарозы к осадку гидроксида меди (II) он растворяется; жидкость окрашивается в синий цвет. Но, в отличие от глюкозы, сахароза не восстанавливает гидроксид меди (II) до оксида меди (I).
Ферментативный гидролиз сахарозы
Ферментативный гидролиз сахарозы существенно отличается от реакции, катализируемой кислотой. В своей классической работе 1902 года Браун показал, что абсолютное количество сахарозы, гидролизуемое в единицу времени, не зависит от начальной концентрации сахарозы. Другими словами, оказалось, что реакция гидролиза имеет нулевой порядок по сахарозе. Интерпретация этого наблюдения, предложенная Брауном, послужила основой практически всех возникших в дальнейшем представлений о механизме действия фермента. Браун предположил, что фермент соединяется с сахарозой в комплекс, который затем расщепляется с образованием продуктов реакции и освобождением фермента. Полученные Брауном экспериментальные данные соответствуют тому, что должно происходить в такой системе, содержащей небольшое количество фермента и избыток сахарозы.
Особый интерес представляет ферментативный гидролиз сахарозы.
Если раствор содержит вещества, способные соединяться с ферментом, то между этими веществами и субстратом возникнет конкуренция за соединение с ферментом. Напомним, что ферментативный гидролиз сахарозы инвертазой тормозится одним из продуктов реакции, а именно: фруктозой.
Еще один моносахарид, широко распространенный в природе, - это фруктоза, или плодовый сахар. Извлекая из цветов сладкие соки, пчелы превращают их в мед, углеводная часть которого является смесью глюкозы и фруктозы. Эта смесь образуется при ферментативном гидролизе сахарозы.
Другой моносахарид, широко распространенный в растительном мире, - это фруктоза ( кетогексоза) или плодовый сахар. Извлекая из цветов сладкие соки, пчелы приготовляют мед, который по своему химическому составу представляет собой в основном смесь глюкозы и фруктозы. Эта смесь образуется при ферментативном гидролизе сахарозы, содержащейся в собираемых пчелами соках.
Еще один моносахарид, широко распространенный в природе, - это фруктоза, или плодовый сахар. Извлекая из цветов сладкие соки, пчелы превращают их в мед, углеводная часть которого является смесью глюкозы и фруктозы. Эта смесь образуется при ферментативном гидролизе сахарозы.
Другой моносахарид, широко распространенный в растительном мире - это фруктоза ( кетогексоза) или плодовый сахар. Извлекая из цветов сладкие соки, пчелы приготовляют мед, который по своему химическому составу представляет собой в основном смесь глюкозы и фруктозы. Эта смесь образуется при ферментативном гидролизе сахарозы, содержащейся в собираемых пчелами соках. Другие моносахариды почти не встречаются в свободном виде в природе, но входят в состав важных олиго - и полисахаридов. Так, например, ксилоза ( древесный сахар) является составной частью полисахарида ксилана, сопровождающего клетчатку в соломе, кукурузных стеблях, хлопке; арабиноза встречается в растениях в виде полисахарида арабана, входящего в состав вишневого-клея, аравийской камеди ( отсюда и название арабиноза); рибоза имеет очень большое биологическое значение из-за своей связи с нуклеиновыми кислотами.
Другой моносахарид, широко распространенный в растительном мире, - это фруктоза ( кетогексоза) или плодовый сахар. Извлекая из цветов сладкие соки, пчелы приготовляют мед, который по химическому составу представляет собой в основном смесь глюкозы и фруктозы. Эта смесь образуется при ферментативном гидролизе сахарозы, содержащейся в собираемых пчелами соках.
Другой моносахарид, широко распространенный в растительном мире - это фруктоза ( кетогексоза), или плодовый сахар. Извлекая из цветов сладкие соки, пчелы приготовляют мед, который по химическому составу представляет собой в основном смесь глюкозы и фруктозы. Эта смесь образуется при ферментативном гидролизе сахарозы, содержащейся в собираемых пчелами соках.
Такое пространственное строение глюкозы и определяет ее предпочтительную биохимическую роль: глюкоза - термодинамически наиболее выгодный, а поэтому самый устойчивый моносахарид. Другой моносахарид, широко распространенный в растительном мире, - это фруктоза, или плодовый сахар. Извлекая из цветов сладкие соки, пчелы превращают их в мед, с химической точки зрения являющийся в основном смесью глюкозы и фруктозы. Эта смесь образуется при ферментативном гидролизе сахарозы, содержащейся в собираемых пчелами соках.
Инверсия сахаров
Преимущественным компонентом нектара является сахароза. Это -- сложный сахар, который не всасывается через стенки кишечника в кровь ни у пчелы, ни у человека. Но в процессе пищеварения сахароза разлагается на два простых сахара: глюкозу (виноградный) и фруктозу (плодовый). Разложение сахарозы в пищеварительной системе животных и человека происходит под воздействием фермента инвертазы, а сам процесс называют инверсией сахара. Он происходит одновременно с удалением из нектара избытка воды.
Инвертаза вырабатывается в глоточной железе пчелы, расположенной в передней части головы. Железа состоит из двух длинных, извивающихся протоков, вокруг которых расположены альвеолы, состоящие из нескольких крупных секреторных клеток. Железа имеет два выводных отверстия, которые находятся на глоточной пластинке -- в полости, куда насасывается нектар, поступающий из хоботка. Глоточная железа у молодой пчелы после выхода из ячейки быстро развивается и в первые две недели жизни выделяет секрет, составляющий основную часть молочка для кормления личинок. В это время инвертаза хотя и выделяется, но в незначительном количестве. Во вторую же половину жизни, когда пчела прекращает кормление личинок и переходит к летной работе, железа перестраивается, усиливается ее активность по выделению инвертазы. Наибольшей интенсивности она достигает с 20-го по 30-й день жизни пчелы. Затем активность инвертазы снижается, и старые пчелы уже совсем ее не выделяют.
В сильных семьях пчелы переходят к летной работе раньше, чем в слабых. Соответственно у пчел из сильных семей раньше наступает стадия активного выделения инвертазы. Пчелы весеннего поколения дольше выращивают расплод, поэтому активное выделение инвертазы у «их начинается позднее.
Уже во время всасывания нектара из цветков к нему примешивается секрет глоточной железы и в медовом зобике начинается инверсия сахарозы. Этот процесс продолжается и в улье, когда пчелы неоднократно переносят его из одних ячеек в другие. Исследования показав ли, что инвертаза пчел наиболее активна при температуре 34--35°С, т.е. при такой, какая бывает в гнезде вблизи расплода.
Пчела, набравшая нектар в медовый зобик, садится где-либо на соте головой кверху и то выпрямляет, втягивает хоботок. На вытянутый, слегка изогнутый хоботок пчела выпускает капельку нектара, которая оказывается как бы подвешенной к хоботку. Затем пчелы постепенно выпрямляет хоботок, и нектар вновь втягивается в глотку и медовый зобик. Пчела много раз выпускает и вновь втягивает капельку нектара. Окончив; работу, она складывает нектар в ячейку. При пропускании через хоботок каждый раз к нектару подмешивается секрет глоточной железы, который обогащает нектар ферментами, ускоряющими инверсию, и белком.
В опыте после скармливания пчелам чистого сахарного сиропа (в нем вовсе нет белка) в сиропе оказалось, 0,08% белка; после повторного скармливания того же сиропа содержание белка возросло до 0,14%.
В ускорении инверсии сахарозы большое значение имеют многократные переносы созревающего нектара из одних ячеек в другие, при которых каждый раз пчела добавляют к нектару секрет, содержащий инвертазу. Сотрудник Института пчеловодства в своем опыте скормил семьям пчел 50%-ный сахарный сироп, который пчелы сложили в ячейки сотов. Через 18 часов 50% ячеек со сложенным кормом в каждом соте он покрыл густой металлической сеткой, чтобы лишить пчел доступа к созревшему корму
Рис. 1. Скорость инверсии сахарозы:
I -- корм в ячейках был в течение всего времени доступен для пчел; II -- корм а ячейках был доступен для пчел только в течение первых 18 ч.
Рисунок 1, на котором отражена скорость инверсии сахарозы в ячейках со свободным доступом к ним пчел (верхняя кривая) и в ячейках, закрытых металлической сеткой (нижняя кривая), показывает, что доступ пчел к корму значительно ускорил процесс инверсии.
На активность ферментов в созревающем нектаре влияет количество нектара, поступающего в улей за день. При сборе нектара небольшими капельками (путем слизывания язычком) в медовом зобике оказывается больше инвертазы, чем при быстром засасывании его. Замечено, что подкормка пчел сахарным сиропом из кормушки всегда усиливает секрецию глоточных желез.
Инверсия сахарозы продолжается и после запечатывания меда в ячейках восковыми крышечками. В свежезапечатанном меде может быть до 6% сахарозы; со временем же количество ее снижается до 1% и менее.
У трутней и маток глоточные железы не содержат инвертазы; они не участвуют в переработке нектара, а питаются уже готовым медом.
Пчелиная семья может внести 8--12 кг и больше нектара за день. Весь этот нектар пчелы перерабатывают, расходуя энергию и белок, входящий в состав фермента. Пчелы подготавливают углеводную пищу (мед), которая непосредственно из кишечника всасывается в кровь (гемолимфу) и усваивается клетками тела без каких-либо затрат на переваривание.
Природные и антропогенные источники
Содержится в сахарном тростнике, сахарной свёкле (до 28 % сухого вещества), соках растений и плодах (например, берёзы, клёна, дыни и моркови). Источник получения сахарозы -- из свёклы или из тростника, определяют по соотношению содержания стабильных изотопов углерода 12C и 13C. Сахарная свёкла имеет C3-механизм усвоения углекислого газа (через фосфоглицериновую кислоту) и предпочтительно поглощает изотоп 12C; сахарный тростник имеет C4-механизм поглощения углекислого газа (через щавелевоуксусную кислоту) и предпочтительно поглощает изотоп 13C.