Контрольная работа по "Биохимии"

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Биохимия.

Вариант № 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Содержание:

 

1. Химическое  строение, биологическое значение  и применение в пищевой промышленности фосфоглицеридов, восков, гликолипидов и растительных стероидов.

2. Дайте характеристику  и составьте схемы двух основных типов ферментативных реакций распада крахмала в растениях до более простых соединений.

3. Биохимические  процессы, протекающие при хранении  муки.

Литература.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Химическое  строение, биологическое значение  и применение в пищевой промышленности фосфоглицеридов, восков, гликолипидов и растительных стероидов.

 

Фосфоглицериды

 

Фосфоглицериды (фосфолипиды) являются производными ацилглицеринов, в которых одна из жирных кислот замещена фосфорной кислотой с присоединенной к ней группой.

Общая формула фосфоглицеридов

где R₁ и R₂ – насыщенные или ненасыщенные остатки жирных кислот;

R₃ – водород, аминоспирт (азотистое основание) или остаток полиола.

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 1. Строение молекул фосфоглицеридов.

 

Таким образом, молекулы фосфоглицеридов всегда содержат одну полярную часть («голову») и две неполярных («хвосты») (рис. 1).

В семенах масличных растений наиболее широко представлены фосфатидилинозиты (ФИ), фосфатидилхолины (ФХ) и фосфатидилэтаноламины (ФЭ).

Как и другие структурные липиды, фосфолипиды при обезжиривании семян в условиях производства переходят в масло.

Для выделения фосфолипидов из растительных масел их подвергают гидратации – обработке небольшими количествами воды. После такой обработки фосфолипиды теряют способность растворяться в масле и выпадают в осадок. Однако, после гидратации в масле, как правило, остается некоторое количество фосфорсодержащих веществ, получивших название негидратируемых фосфолипидов. Содержание негидратируемых фосфолипидов может составлять до 40 % от общего содержания фосфолипидов.

Чистые фосфолипиды представляют собой белые воскообразные вещества. На воздухе они желтеют из-за образования сложных продуктов окисления ненасыщенных жирных кислот. Фосфолипиды хорошо растворяются в большинстве неполярных органических растворителей и масле, но вследствие повышенной полярности молекулы наиболее полно из растительной ткани их можно извлечь смесью хлороформа со спиртом. При контакте с водой фосфолипиды переходят в раствор в виде мицелл и только небольшая часть их образует в воде истинный раствор.

Фосфолипиды, образуя белковолипидные мембраны клеток, играют важную роль в процессах совершающихся в клетках растительных организмов. Способные легко окисляться фосфолипиды могут переносить кислород. Жиры эту роль переносчиков кислорода выполнять не могут вследствие нерастворимости в воде и тканевых жидкостях. По этой же причине окислительный распад жиров в клетках идет через предварительную стадию фосфолипидов. Повышенная способность фосфолипидов к реакциям зависит еще и от того, что они в кислых и щелочных средах способны к ионизации, и, наконец, от того, что фосфорная кислота, входящая в молекулу, во многих случаях ослабляет химические связи и понижает общую химическую стойкость молекулы.

Содержание фосфолипидов в масличных семенах (по М. И. Лишкевич, 1939) приведено ниже (в % от массы семян).

Соя 1,6-2,0

Хлопчатник 1,7- 1,8

Лен 0,5-0,7

Подсолнечник 0,7-0,8

Клещевина 0,25-0,30

В промышленных растительных маслах содержание фосфолипидов колеблется в зависимости от условий, при которых было получено масло (температуры и продолжительности влаго-тепловой обработки, применяемых растворителей), т. е. от способа получения масла.

 

Воски.

 

По химической структуре воски близки к ацилглиперинам. Они представляют собой сложные эфиры высокомолекулярных жирных кислот и одноатомных (реже двухатомных) спиртов с 16 и более углеродными атомами. Большая часть восков относится к производным алифатических спиртов.

Известны два типа восков – простые и сложные. К простым воскам относят эфиры нормальных жирных кислот и высших нормальных первичных спиртов.

Сложные воски представляют собой эфиры разветвленных одно- и двухатомных спиртов и разветвленных жирных или оксикислот. Известны цветные воски – производные жирных кислот и двухатомных спиртов каротиноидной природы. Кроме жирных кислот и алифатических спиртов в восках растений обнаружены насыщенные углеводороды с нечетным числом атомов углерода (от С₂₁ до С_эт), а также свободные жирные кислоты.

Состав восков очень сложен и для некоторых из них до сих пор еще не выяснен окончательно. Воски в растениях встречаются преимущественно в виде налета на поверхности листьев, плодов и семян. Восковой налет предохраняет ткани растения от переувлажнения и высыхания, механических повреждений и неблагоприятного действия на них микробных ферментов. Защитная роль восков обусловлена их стойкостью к химическим воздействиям. Как и другие сложные эфиры, воски могут подвергаться гидролизу, но он идет в значительно более жестких условиях и протекает медленнее и труднее, чем гидролиз жиров. Некоторые воски омыляются исключительно трудно.

Вследствие большей молекулярной массы жирных кислот и спиртов восков по сравнению с молекулярной массой жирных кислот триацилглицеридов температура плавления восков существенно выше, и поэтому в масле, извлекаемом из семян, происходит формирование кристаллов восков.

Воски обнаружены в плодовых и семенных оболочках всех масличных растений. Содержание восков относительно невелико и неравномерно в тканях плодов и семян. Так, в семянке подсолнечника содержание восков составляет 1,2-1,3% от массы, в том числе в плодовой оболочке до 83 % от общего содержания восков, в семенной оболочке до 16 %, в зародыше и эндосперме (ядре семян) до 1 %. Присутствие восков значительно осложняет получение высококачественных растительных масел. Так, получение прозрачного подсолнечного масла требует трудоемкой его обработки - «вымораживания». В связи с тем, что получение подсолнечного масла осуществляется при температурах выше температуры плавления восков (около 80 °С), последующее охлаждение полученного масла до комнатной температуры сопровождается образованием в масле так называемой «сетки» - взвешеных в масле кристаллов твердого воска, практически не оседающих в осадок (из-за близких значений относительной плотности воска и масла).

 

Гликолипиды.

 

Под общим названием «гликолипиды» объединяют различные липидные производные углеводов. Значительное содержание углеводов в масличных семенах и широкое распространение их в структурных элементах клеток растительных тканей, а также высокая способность к химическим превращениям позволяют предположить, что углеводнолипидные соединения в масличных семенах очень разнообразны. Однако сведения о веществах этой группы липидов ограничены.

В клетках растений обнаружены гликозилдиацилглицерины - соединения, у которых моно-, ди- или трисахариды соединены гликозидной связью с гидроксильной группой диацилглицеринов. Сюда относятся моногалактозилдиацилгли-церины (МГДГ) и дигалактозилдиацилглицерины (ДГДГ):

К диацилглицериновой части молекулы гликолипидов присоединена, как правило, линоленовая кислота. Эти соединения обнаружены в липидах овса, кукурузы, пшеницы, а также в семенах трав. Известны также обнаруженные в растениях фитогликолипиды, представляющие собой N-ацилфитосфинго-зилфосфатидилинозиты, связанные гликозидной связью со сложными олигосахаридами:

В растительных тканях обнаружены растительные цереброзиды, имеющие близкое строение:

Таким образом, гликолипиды относятся к соединениям с выраженной полярностью молекул. Гидрофильные углеводные группы образуются, как правило, на основе галактозы. Гидрофобная часть молекулы образована жирными кислотами, часто имеющими большое число атомов углерода (до 24).

В хлоропластах многих растений обнаружены липиды, представляющие собой сульфаты гликозилдиацилглицерина, - сульфолипиды:

Гликолипиды и сульфолипиды довольно широко представлены в растениях и масличных семенах, однако изучены они пока еще очень мало.

 

Стероиды.

 

Стероиды являются производными пергидроциклопентанфенантренового ядра, содержащего три конденсированных циклогексановых кольца.

В растительных клетках эти соединения присутствуют большей частью в виде следов, за исключением одного класса стероидов- стеринов, содержание которых в клетках относительно велико. Стерины содержат спиртовую гидроксильную группу при С-3 и очень разветвленную алифатическую цепь из 8 и более атомов углерода при С-17. Чаще всего они встречаются в виде эфиров жирных кислот. При этом гидроксильная группа при С-3 этерифицирована жирной кислотой, длина углеродной цепи которой и степень ненасыщенности обычно совпадают с длиной углеродной цепи и степенью ненасыщенности жирных кислот, входящих в состав соответствующих триацилглицеринов масличных семян.

В составе неомыляемых липидов важнейших масличных растений - арахиса, рапса, сои, подсолнечника, кунжута - наиболее полно представлены р-ситостерины

Они составляют у большинства растений свыше половины стериновой фракции семян. Примерно 7з стериновой фракции семян составляют стигмастерин и кампестерин. Еще меньше Д7-стигмастенола и холестерина, хотя отдельные исследователи считают, что в растениях холестерин не синтезируется. В стеринах масличных растений семейства Капустных содержится брассикастерин.

 

 

 

 

 

2. Дайте характеристику  и составьте схемы двух основных  типов ферментативных реакций распада крахмала в растениях до более простых соединений.

 

Крахмал состоит из полисахаридов (амилозы и амилопек-тина). Формула крахмала:(C₆H₁₀O₅)n. Крахмал, синтезируемый разными растениями в хлоропластах, под действием света при фотосинтезе, несколько различается по структуре зёрен, степени полимеризации молекул, строению полимерных цепей и физико-химическим свойствам.

Безвкусный, аморфный порошок белого цвета, нерастворимый в холодной воде. Под микроскопом видно, что это зернистый порошок; при сжатии порошка крахмала в руке он издаёт характерный «скрип», вызванный трением частиц.

В горячей воде набухает (растворяется), образуя коллоидный раствор — клейстер; с раствором йода даёт синюю окраску. В воде, при добавлении кислот (разбавленная H₂SO₄ и др.) как катализатора, постепенно гидролизуется с уменьшением молекулярной массы, с образованием т. н. «растворимого крахмала», декстринов, вплоть до глюкозы.

Под действием фермента амилазы происходит ферментативный гидролиз крахмала до мальтозы. В качестве промежуточных продуктов гидролиза крахмала образуются декстрины. На гидролизе крахмала основано производство патоки и глюкозы.

Молекулы крахмала неоднородны  по размерам. Крахмал представляет собой смесь линейных и разветвлённых макромолекул.

Крахмал подвергается кислотному гидролизу, который протекает ступенчато и беспорядочно. При расщеплении  он сначала превращается в полимеры с меньшей степенью полимеризации  – декстрины, потом в дисахарид мальтозу, и в итоге – в глюкозу. Таким образом, получается целый набор сахаридов. 

 

 

У растений при прорастании семян запасённый в них крахмал гидролизуется амилазами

Действуя на целое  крахмальное зерно, a-амилаза атакует его, разрыхляя поверхность и образуя каналы и бороздки, т.е. как бы раскалывает зерно на части. Клейстеризованный крахмал гидролизуется ею с образованием на окрашиваемые йодом продукты - в основном состоящие из низкомолекулярных декстринов. Процесс гидролиза крахмала многостадийный. В результате воздействия a-амилазы на первых стадиях процесса в гидролизате накапливаются декстрины, затем появляются неокрашивающиеся йодом тетра- и тримальтоза, которые очень медленно гидролизуются a-амилазой до ди- и моносахаридов.

Схему гидролиза под действием а-амилазы можно записать следующим образом:

 

                  а-Амилаза                                          

Крахмал,----------------> а-Декстрины + Мальтоза + Глюкоза

гликоген                          (много)            (мало)         (мало)

 

b-Амилаза (a-1,4-глюкан мальтогидролаза, КФ 3.2.1.2) - активный белок, обладающий свойствами альбумина. Каталитический центр фермента содержит сульфгидрильные и карбоксильные группы и имидозольный цикл остатков гистидина. b-Амилаза – экзофермент концевого действия, проявляющий сродство к предпоследней b-1,4-связи с нередуцирующего конца линейного участка амилозы и амилопектина.

В отличие от a-амилазы b-амилаза практически не гидролизует нативный крахмал, тогда как клейстеризованный крахмал гидролизуется ею с образованием мальтозы b-конфигурации, поэтому данная амилаза по аналогии с a-амилазой называется b-амилазой. Если гидролизу подвергается амилоза, то гидролиз идет полностью до мальтозы. Незначительное количество декстринов может образовываться при гидролизе «аномальных»  амилоз, так как гидролиз b-амилазой идет только по линейной цепи до a-1,6-связей. Если субстратом для b-амилазы служит амилопектин, то гидролиз идет в значительно меньшей степени. b-Амилаза отщепляет фрагмент с нередуцирующего конца участка от внешних линейных ветвей, имеющих по 20-26 глюкозных остатков, с образованием 10—12 молекул мальтозы. Гидролиз приостанавливается на предпоследней a-1,4-связи, граничащей с a-1,6-связью. В гидролизате накапливается 54-58 % мальтозы, остальное составляют высокомолекулярные декстрины, содержащие значительное количество а-1,6-связей - так называемые b-декстрины. Действие b-амилазы на крахмал можно записать в виде следующей схемы: