Строение и функции углеводов у растений

Классификация углеводов

Классификация углеводов

Взаимопревращения моносахаридов у растений
Киназные реакции 2. Мутазные реакции
3. Изомеразные реакции

Взаимопревращения моносахаридов у растений
4. Эпимеразные реакции 5. Альдолазные реакции

Взаимопревращения моносахаридов у растений
6. Транскетолазные реакции
7. Декарбоксилирование

Схема взаимопревращений сахаров

Сравнительная оценка сладости сахаров и их производных

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.

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.

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

Полисахариды растений
Цeллюлoзa
Остатки глюкозы связаны в положении β(1→4)
Молекулы целлюлозы содержат не менее 104 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.

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.

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.

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 глюкозо-1-фосфата. Эта реакция катализируется ферментомаглюконфосфорилазой, относящимся к классу трансфераз.

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 - 1,5-2,5%, 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).