50.Окислювальне фосфорилюванняОкиислювальне фосфорилювання — один з найважливіших компонентів клітинного дихання, що приводить до отримання енергії у вигляді АТФ. Субстратами окислювального фосфорилювання виступають продукти розщеплення органічних сполук — білки, жири та вуглеводи. У процесі реакцій спряженого окислювального фосфорилювання перенос пари електронів та протонів водню через систему дихального ланцюга, за аеробних умов, приводить до утворення трьох молекул АТФ, а перенос пари електронів та протонів за анаеробних умов призводить до утворення однієї молекули АТФ. Завдяки процесам окислювального фосфорилювання енергія окисних процесів трансформується у енергію зв'язків макроенергічних сполук.
51. Шляхи утворення АТФ в організмі АТФ утворюється при окисленні вуглеводів, жирів і білків. АТФ утворюється при наступних умовах.
1. Окислення вуглеводів, головним чином глюкози, і окислення інших Сахаров, але в меншій кількості, наприклад окислення фруктози; ці процеси спостерігаються в цитоплазмі клітин при анаеробних процесах гліколізу і в мітохондріях при аеробномуокисленні в циклі лимонної кислоти (циклі Кребса).
2. Окислення жирних кислот в мітохондріях клітин при бета-окисленні.
3. Окислення білків, які попередньо повинні гидролизоваться до амінокислот з подальшим розщепленням амінокислот до проміжних продуктів циклу лимонної кислоти і потім - до ацетил-КоА і вуглекислого газу.
52.Загальна характеристика вуглеводів. Значення для живих організмів, їх класифікація.
Вуглеводи – біохімічні сполуки, які утворюються в рослинах як первинні продукти фотосинтезу та є важливою складовою частиною живих організмів.
Вуглеводи входять до складу всіх рослинних клітин. На долю вуглеводів припадає біля 80% сухої речовини рослин і біля 20% — у тваринних клітинах. Утворення вуглеводів у рослинних організмах є результатом фотосинтезу, до найважливіших продуктів якого відноситься крохмаль і сахароза (буряковий або тростинний цукор).
Функції вуглеводівв організмі людини: енергетична – забезпечують організм на 60% енергією; пластична – беруть участь у синтезі багатьох речовин, необхідних для життєдіяльності організму (нуклеопротеїди, ліпоїди, складні ферменти і ін.); регуляторна – регулюють (клітковина) функцію шлунково-кишкового тракту; специфічна – виконують (окремі представники) в організмі особливі функції, наприклад, беруть участь у проведенні нервових імпульсів, утворенні антитіл; функція харчових речовин – відкладаються в організмі у вигляді запасного вуглеводу глікогену, який витрачається в міру необхідності; захисна – в’яжучі секрети, які виділяються різними залозами і багаті на мукополісахариди, захищають стінки деяких порожнистих органів від механічних пошкоджень і від проникнення патогенних бактерій і вірусів.
Вуглеводи, особливо крохмаль та сахароза, забезпечують основну частину калорійності раціону та суттєво впливають на сенсорне оцінювання харчових продуктів. Вуглеводи вносять вагомий вклад в текстуру продуктів, оскільки вони здатні впливати на в’язкість, кристалізацію, гелеутворення, стабільність. Вони впливають на приємні відчуття у ротовій порожнині завдяки солодкості, на колір та аромат харчових продуктів завдяки їх здатності вступати в хімічні перетворення з утворенням зафарбованих та ароматичних речовин. Під час виробництва багатьох харчових продуктів вуглеводи складають один із головних сировинних ресурсів для фізичних, хімічних, біохімічних та мікробіологічних процесів, керування якими надасть можливостей отримати широкий спектр продуктів харчування різного призначення та з різними властивостями.
Класифікація вуглеводів. Прості вуглеводи - моносахариди, складні вуглеводи – низькомолекулярні (олігосахариди) та високомолекулярні полісахариди.
Моносахариди – вуглеводи, які не піддаються гідролізу; гарно розчиняються у воді з утворенням істинних розчинів, солодкі за смаком, оптично активні.
Більшість цих речовин має склад, що відповідає загальній формулі СnH2nOn.
53.Характеристика моносахаридів. Їх фізичні та хімічні властивості (явище таутомерії, мутаротації). Оксикарбонільні та циклічні форми. Представники.
Моносахариди або монози — найпростіші вуглеводи, вони не піддаються гідролізу. Це безбарвні кристалічні сполуки, добре розчинні у воді, але не розчинні у неполярних розчинниках, переважно солодкі на смак. Типова будова молекули моносахариду така: нерозгалужений карбоновий скелет, що містить від 3-ох до 9-ти атомів, до одного із яких подвійним зв'язком приєднаний атом оксигену, формуючи карбонільну групу, до решти атоми оксигену приєднані одинарними зв'язками, формуючи гідроксильні групи. Якщо карбонільна група розташована на кінці молекули — сполука є альдозою, а якщо посередині — кетозою. Найпростіші моносахариди — це тріози (містять три атоми карбону): гліцеральдегід (альдотріоза) і дигідроксиацетон (кетотріоза). Прості цукри із 4-ма атомами карбону називаються тетрозами, з 5-ма — пентозами, 6-ма — гексозами, 7-ма — гептозами і так далі. Найпоширеніші у природі гексози, до цієї групи належить глюкоза (альдогексоза) і фруктоза (кетогексоза).Моносахариди являють собою сполуки зі змішаними функціями. Так, як в розчинах вони існують в декількох таутомерних формах, зв'язаних між собою в рівновагу, в залежності від умов і природи діючого реагенту в реакцію можуть вступати або оксикарбонільна форма, або циклічні напівацетальні форми. При цьому рівновага буде безперервно посуватися в бік утворення той форми, яка вступає до взаємодії.
1) Окислення. В реакції окислення моносахариди вступають в оксикарбінільній формі, по альдегідній групі. Використовують м'які окислювачі, тому що під дією сильних окислювачів утворюються більш складні продукти. Наприклад, при окисленні Д-глюкози бромною водою, утворюється Д-глюконова кислота. Окислювач НОBr (кислота), яка утворюється в водному розчині брому:
Д-глюкоза Д-глюконова кислота
Якісними реакціями на моносахариди є реакції окислення аміачним розчином оксиду срібла та рідиною Фелінга. При цьому утворюється осад металевого срібла в першому випадку або цегляного – червоний осад Cu2O у другому випадку:
2) Відновлення. При відновленні D-глюкози воднем при наявності kat (Ni) утворюється шестиатомний спирт – Д-сорбіт:
Д-глюкоза Д-сорбіт
Цю реакцію також дає і фруктоза. Сорбіт використовують, як замінник сахарози в харчуванні людей, хворих на цукровий діабет.
3) Утворення простих ефірів. Завдяки присутності в молекулах моносахаридів декількох гідроксильних груп, моносахариди проявляють властивості багатоатомних спиртів. Найбільше значення мають реакції етерифікації (утворення складних ефірів).
Серед гідроксильних груп моносахаридів найбільш активний в реакціях напівацетальний гідроксил, висока рухомість атома водню в цьому гідроксилі обумовлена здібністю перетворення напівацетальних форм у оксикарбонільні.
При взаємодії моносахаридів зі спиртами утворюються неповні прості ефіри – глікозиди. В цій реакції приймає участь лише напівацетальний гідроксил, який називають глікозидним гідроксилом. Інші спиртові гідроксильні групи в цих умовах ці спиртами не взаємодіють:
α-Д-глюкопіраноза метил-α-Д-глюкопіраноза
Глюкозиди широко розповсюджені в природі і мають велике біологічне значення. В природних глікозидах моносахариди часто з'єднані з різноманітними не сахарними складними речовинами (барвники, алкалоїди). Не сахарний компонент, з'єднаний з глікозидом називають агліконом.
При дії на моносахариди йодистих алкілів можна замістити алкільними радикалами водень не тільки напівацетальної, але й всіх інших гідроксильних груп. При цьому утворюються повні прості ефіри моносахаридів:
α-Д-глюкопіраноза пентаметил-α-Д-глюкопіраноза
4) Утворення складних ефірів. При дії на глюкозу оцтового ангідриду утворюються її пентаацетальні похідні – повні складні ефіри.
α-Д-глюкопіраноза пентаацетил-α-Д-глюкопіраноза
В природі зустрічаються і мають велике значення неповні складні ефіри ортофосфорної кислоти і моносахаридів. Фосфати Д-глюкози і Д-фруктози утворюються як проміжні продукти при спиртовому бродінні. Фосфати беруть участь в утворенні нуклеїнових кислот.
6-фосфат-α-Д-глюкопіранози
5) Бродіння моносахаридів. Бродінням називають розщеплення цукрі під впливом біологічних каталізаторів – ферментів. Процеси бродіння відбуваються складними шляхами через ряд проміжних продуктів. Існують різні види бродіння, основні з них:
а) спиртове бродіння:
С6Н12О6→2СН3-СН2-ОН+2СО2↑
б) маслянокисле:
С6Н12О6→СН2-СН2-СН2СООН+2Н2+2СО2↑
в) молочнокисле:
ОН
|
| |
|
|
|
С6Н12О6→2СН3-СН-СООН
г) лимоннокисле:
ОН
С6Н12О6+3О→НООС-СН2-С-СН2-СООН+2Н2О
|
| |
|
|
|
СООН