Крахмал – формула молекулы в химии

4.5

Средняя оценка: 4.5

Всего получено оценок: 372.

4.5

Средняя оценка: 4.5

Всего получено оценок: 372.

Крахмал – растительный полисахарид, синтезируемый в хлоропластах в процессе фотосинтеза и выполняющий энергетическую функцию. Формула крахмала аналогична формуле целлюлозы – (C6H10O5)n.

Строение

Крахмал имеет сложное химическое строение, являясь смесью двух основных полисахаридов:

  • амилозы – 10-20 %;
  • амилопектина – 90-80 %.

Каждый полисахарид состоит из мономера – α-глюкозы. Звенья амилозы и амилопектина соединены в цепочки посредством α(1→4)-гликозидными связями.

Молекула амилозы имеет линейную структуру, состоящую из 200-1000 структурных единиц. Цепь закручивается в спираль. На каждый виток приходится по шесть остатков глюкозы.

Рис. 1. Структурная формула амилозы.

Амилопектин представляет собой разветвлённую цепь, включающую от шести до 40 тысяч звеньев.

Разветвление цепочки обусловлено α(1→6)-гликозидными связями через 20-25 остатков глюкозы.

Рис. 2. Структурная формула амилопектина.

Помимо полисахаридов в крахмал входят неорганические вещества (остатки фосфорной кислоты), липиды, жирные кислоты.

Нахождение в природе и получение

Крахмал образуется в процессе фотосинтеза в результате полимеризации глюкозы:

  • 6CO2 + 6H2O (свет, хлорофилл) → C6H12O6 + 6O2;
  • nC6H12O6 → (C6H10O5)n + nH2O.

Крахмал – главная составляющая семян растений. Он используется в качестве резерва энергии. Больше всего крахмала содержится в эндосперме злаков (до 85 %) и в клубнях картофеля (20 %).

Крахмал находится в клетках в виде зёрен, форма которых зависит от вида растений. Крахмальные зёрна представляют собой слоистые крупицы. Они растут за счёт наложения новых слоёв крахмала на старые слои. Зёрна откладываются в специальных клетках растений (разновидностях лейкопластах) – амилопластах.

Рис. 3. Примеры крахмальных зёрен.

В пищевой и промышленной химии крахмал чаще всего выделяют из картофеля. Для этого клубни измельчают, промывают и отстаивают. Всплывший на поверхность крахмал собирают, промывают и сушат до образования кристаллов.

Крахмал не синтезируется в организме животных. Аналогичным энергетическим веществом животных клеток является гликоген.

Свойства

Крахмал представляет собой белый кристаллический безвкусный порошок. В холодной воде порошок не растворим. При взаимодействии с горячей водой растворяется амилоза, а амилопектин разбухает, образуя клейстер. Если растереть кристаллики между пальцами, можно услышать скрип.

При нагревании крахмал подвергается гидролизу под действием катализаторов. Гидролиз протекает ступенчато. Из крахмала образуется декстрин, который гидролизуется до мальтозы. В результате гидролиза мальтозы образуется глюкоза.

Общее уравнение:

(C6H10O5)n + nH2O (H2SO4) → nC6H12O6.

Качественной реакцией является окрашивание в синий цвет под действием йода.

Реакции серебряного зеркала и восстановления гидроксида меди не идут.

Крахмал употребляют в пищу вместе с растительными продуктами – картофелем, мукой, кукурузой. Также используют для изготовления клея.

Что мы узнали?

Крахмал – сложное вещество, растительного происхождения. Состоит из органических и неорганических веществ, включает два полисахарида – амилозу и амилопектин. Каждый полисахарид состоит из одинаковых остатков глюкозы. Образуется в растениях в результате фотосинтеза и накапливается в форме зёрен. При взаимодействии с водой разбухает, образуя клейстер. Гидролизуется при нагревании в присутствии катализатора до глюкозы.

Тест по теме

Доска почёта

Чтобы попасть сюда — пройдите тест.

    Пока никого нет. Будьте первым!

Оценка доклада

4.5

Средняя оценка: 4.5

Всего получено оценок: 372.

А какая ваша оценка?

тестовый контроль | Тест по биологии (10 класс) на тему:

ТЕМА:   ХИМИЧЕСКИЙ   СОСТАВ   КЛЕТКИ

ВАРИАНТ  №  1

  • ВЫБЕРИТЕ  ОДИН  ПРАВИЛЬНЫЙ  ОТВЕТ
  1. Какое  из  перечисленных  веществ  относится  к  гидрофильным?
  1. гликоген                                                           3)  глюкоза
  2. клетчатка                                                          4)  целлюлоза
  1. Какое  число  макроэргических  связей  содержит  молекула  АТФ?
  1. одну                    2) две                             3)  три                        4)  четыре
  1. Обязательным  компонентом  биологических  мембран  клеток  являются  фосфолипиды.  Какую  функцию  они выполняют?
  1. энергетическую                                                 3)  структурную
  2. регуляторную                                                     4)  запасающую
  1. Большинство  ферментов  являются:
  1. углеводы                                                              3)  аминокислоты
  2. липиды                                                                 4)  белки
  1. Липидами  являются:
  1. растительные  масла                                           3)  полисахариды
  2. жирные  кислоты                                                4)  гидрофильные  соединения
  1. Какое  число  нуклеотидов  потребуется  для  синтеза  второй  цепи  ДНК,  если в  участке  содержится  38  тиминовых  и  42  гуаниновых  нуклеотидов?
  1. 38                         2)  42                              3)  80                         4)  70
  1. К  моносахаридам  относят  
  1. целлюлозу                                                            3)  гликоген
  2. сахарозу                                                               4)  рибозу
  1. Защитная  функция  белков  проявляется  в  том, что  они:
  1. разрушаются  при  высоких  температурах
  2. играют  роль  антител
  3. входят  в  состав  клетки
  4. транспортируют  кислород
  1. Какую  функцию  в  растительной  клетке  выполняет  клетчатка:
  1.  запасающая                                                        3)  строительная
  2. энергетическая                                                   4) регуляторная
  1.  Какое  число  нуклеотидов  содержит  фрагмент  комплементарной  цепи  ДНК,  если  известен  состав  фрагмента   исходной  нити  ГЦГГТААЦГТАААГГ:
  1. 5                              2)  10                           3)  15                          4)  20

11. Верны  ли  суждения  об  особенностях  углеводов  и  липидов?

А)  Молекула  глюкозы  служит  мономером  гликогена  и  крахмала.

Б)  Сходство  функций  глюкозы  и  крахмала  состоит   в  том,  что  они  являются  

запасными  питательными  веществами.

  1. верно  только  А                                            3)  верны  оба  суждения
  2. верно  только  Б                                             4)  оба  суждения  неверны
  • ЗАПИШИТЕ  ТРИ  ВЕРНЫХ  ОТВЕТА

                  Какие  признаки  характеризуют  состав  и  функции  тРНК?

  1. молекула  представлена  одной  полипептидной  нитью
  2. состоит  из  множества  разнообразных  аминокислот
  3. хранит  наследственную  информацию
  4. нуклеотиды  включают  углевод  рибозу
  5. участвует  в  синтезе  молекул  АТФ
  6. доставляет  аминокислоту  к  рибосоме
  • УСТАНОВИТЕ  СООТВЕТСТВИЕ  

между  характеристикой  органического  соединения  и  видом молекулы

Характеристика                                                                        Вид   молекулы

А)  имеет  две  комплементарные

полинуклеотидные  нити        1)  АТФ

Б)  служит  источником  энергии        2)  ДНК

В)  является  биополимером

Г)  хранит  и  передает  наследственную

   информацию

Д)  молекула  включает  три  остатка  

  фосфорной  кислоты

Е)  при  расщеплении  1  моля  выделяет  

     80  КДж

  • ПРОЧИТАЙТЕ   ТЕКСТ

   Укажите  номера  предложений ,  в  которых  допущены  ошибки

  1.  Липиды —  обширная   группа  соединений, которые  содержатся  только  в  животных  клетках  и  отсутствуют  во  всех  других.
  2.   В  организме  животных  липиды  выполняют  энергетическую  роль.  
  3.   Общим  свойством  всех  липидов  является  их  гидрофобность.
  4. Гликоген  —  гидрофильное  вещество,  поэтому  оно  выполняет  роль  запасного  питательного  вещества.

ТЕМА:   ХИМИЧЕСКИЙ   СОСТАВ   КЛЕТКИ

ВАРИАНТ  №  2

  • ВЫБЕРИТЕ  ОДИН  ПРАВИЛЬНЫЙ  ОТВЕТ
  1. Углеводы  в  отличие  от  липидов:
  1. при  расщеплении  1  грамма  выделяют  38,9 кДж
  2. играют  роль  гормонов
  3. образуют  клеточные  стенки  растений  
  4. выполняют  энергетическую  функцию
  1. К  какой  группе  веществ  относят  липиды:
  1. Мономерам                                                     3)  гидрофобным
  2. Гидрофильным                                               4)  полимерам
  1. Между  какими  парами  азотистых  оснований  образуются  водородные  связи  в  молекуле  ДНК?
  1. цитозином  и  аденином                                3)  урацилом  и  тимином
  2. гуанином  и  тимином                                   4)  цитозином  и  гуанином
  1. Сколько  тепла  выделяется  при  окислении  1  грамма  жира?
  1. 77,8  кДж                    2)  98,9  кДж                      3)  38,9 кДж                      4)  17,6  кДж
  1.  Мономером  молекулы  белка  служит
  1.  азотистое  основание                                     3)  аминокислота
  2.  моносахарид                                                  4)  липид
  1.  Углеводы  —  это  вещества,  в  состав  молекул  которых  входит:
  1. железо                                                              3)  вода
  2. кислород                                                          4)  сера
  1.  Молекула  АТФ  —  это  
  1.  нуклеотид                                                       3)  углевод
  2. белок                                                                4)  липид
  1.  Молекула  какого  вещества  является  мономером  белка  
  1. нуклеотида                                                      3)  глюкозы
  2.  аминокислота                                                  4)  фосфолипида
  1.  Какое  вещество  запасается  в  клетках  печени, мышц  человека,  и  служит  резервным  энергетическим  веществом:
  1. крахмал                                                            3)  лизоцим
  2. глюкоза                                                            4)  гликоген
  1.  Остаток  какого  углевода  входит  в  состав  нуклеотидов  РНК:
  1. глюкозы                                                          3) лактозы
  2. рибозы                                                            4)  дезоксирибозы
  1.  Верны  ли  суждения  об  особенностях  углеводов:

А)  Полисахариды,  в  отличие  от  моносахаридов,  обладают  гидрофобными  свойствами.

Б)  Моносахариды  служат  источником  энергии  при  их  окислении  в  клетке.

1)   верно  только  А                                          3)  верны  оба  суждения

2)  верно  только  Б                                           4)  оба  суждения  неверны

  • ЗАПИШИТЕ  ТРИ  ВЕРНЫХ  ОТВЕТА

        В  состав  молекулы  ДНК  входят  остатки  молекул:

1).  фосфорной  кислоты                                                 4)  дезоксирибозы

2)  аденина                                                                        5)  урацила

3)  рибозы                                                                         6)  катиона  железа

  • УСТАНОВИТЕ  СООТВЕТСТВИЕ  

между  характеристикой  органического  соединения  и  видом молекулы

Характеристика                                                            Органическое  соединение 

А)  состоит  из  остатков аминокислот

Б)  содержит  атомы  азота        1)  белок

В)  выполняет  ферментативную  функцию        2)  углевод

Г)  состоит  из  простых  сахаров

Д)  не  содержит  атомы  азота

Е)  является  биокатализатором

  •         ПРОЧИТАЙТЕ   ТЕКСТ

   Укажите  номера  предложений ,  в  которых  допущены  ошибки

  1. Крахмал, целлюлоза, гликоген  —  это  полисахариды.
  2.  Молекулы  крахмала  и  гликогена  построены  путем соединения  между  собой  огромного  числа  молекул  биополимеров.
  3.   Крахмал  и  гликоген  выполняют  в  клетке  регуляторную  функцию.
  4.  Главная  функция  углеводов  состоит  в  том, что  они  служат  источником  энергии в  клетке, необходимой  для  реакций  обмена  веществ.

ТЕМА:   ХИМИЧЕСКИЙ   СОСТАВ   КЛЕТКИ

ВАРИАНТ  №  3

  • ВЫБЕРИТЕ  ОДИН  ПРАВИЛЬНЫЙ  ОТВЕТ
  1. Согласно  принципу  комплементарности  аденин  в  ДНК  соединяется  двумя  водородными  связями  с 
  1. цитозином                                                                         3)  гуанином
  2. урацилом                                                                           4)  тимином
  1. Транспортная  РНК, в  отличие  от  рибосомальной   РНК,  способна  к  соединению с
  1. аминокислотой                                                            3)  АТФ
  2. белком                                                                          4)  и-РНК
  1. Какое  количество  энергии  выделяется  при  окислении  1  грамма  углевода
  1. 40,5 кДж                                                                       3)  34,6 кДж
  2. 38,5 кДж                                                                       4)  17,6 кДж
  1.  Какое  число  нуклеотидов  потребуется  для  репликации  второго  фрагмента  ДНК, если  в состав  одного  фрагмента  входит  85 цитозиновых  и  14  гуаниновых  нуклеотидов
  1.   99                             2)  95                                 3)  85                           4)  14  
  1.  Белки ,  в  отличие  от  углеводов,  обладают  способностью  к
  1.  растворимости                                        3)  накоплению  большого  количества  энергии
  2. проведению   нервного  импульса                         4)  денатурации
  1.  Мономером  крахмала  является:
  1. сахароза                                                                   3)  мальтоза
  2. глюкоза                                                                   4)  гликогена
  1. Молекула  нуклеотида  состоит  из  соединенных  между  собой  остатков  азотистого  основания, углевода  и
  1.  фосфолипида                                                         3) аминокислоты
  2. белка                                                                       4) фосфорной   кислоты
  1. Витамины  А, Д, Е  по  своим  физико  —  химическим  свойствам  представляют  собой   липиды. Какова  их  функция?
  1.  энергетическая                                                      3)  запасающая
  2.  строительная                                                         4)  регуляторная
  1. Чем  представлена  вторичная  структура  белка
  1. глобулой                                                                 3) аминокислотой
  2. спиралью                                                                4)  двумя  нитями
  1.  Какое  число  нуклеотидов  содержит  фрагмент  комплементарной  цепи  ДНК,  если  известен  состав  фрагмента  исходной  нити  АААГЦГГТААЦГТАААГГ
  1.  12                             2)  18                                3)  24                                4)  48
  1. Верны   ли  суждения  о характеристиках  молекул  углеводов  и  липидов

А)  Молекула  углевода,  в  отличие  от  молекулы  липида, включает  кислород  и  водород.

Б)  Азот   служит  обязательным  элементом  для  образования  молекул  липидов.

1)  верно  только  А                                                      3) верны  оба  суждения

2)  верно  только  Б                                                      4)  оба  суждения  неверны

  • УСТАНОВИТЕ ,  В  КАКОЙ  ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТИ 

Происходит  денатурация  молекул  гемоглобина

  1. глобула, или  клубок
  2. полипептидная  цепь
  3. полипептидная  спираль
  4. структура  из  нескольких  субъединиц
  • УСТАНОВИТЕ  СООТВЕТСТВИЕ  

между  характеристикой  процесса  и функцией  белка, которая  его  иллюстрирует

Характеристика                                                                                  Функция  белка

А)  обеспечение  постоянства  сахара  в  крови

Б)  растаскивание  к  полюсам клетки  хроматид        1)  регуляторная

микротрубочками  веретена  деления        2)  двигательная

В)  сокращение  нитей   актина  и  миозина

Г)  управление  активностью  ферментов

Д)  участие  в  образовании  гликогена

Е)  влияние  гормонов  на  рост  организма

  • ПРОЧИТАЙТЕ   ТЕКСТ

   Укажите  номера  предложений ,  в  которых  допущены  ошибки

  1.  Липидами  называют  соединения, построенные  из  атомов  азота,  водорода  и фосфора.
  2. Все  липиды  объединяет  их  гидрофильность.
  3.  Самая  обширная  группа  липидов   —   это  жиры.
  4. Молекула  жира  построена  путем  соединения  между собой  остатков  молекул  глицерина  и  жирных  кислот.

ТЕМА:   ХИМИЧЕСКИЙ   СОСТАВ   КЛЕТКИ

ВАРИАНТ  №  4

  • ВЫБЕРИТЕ  ОДИН  ПРАВИЛЬНЫЙ  ОТВЕТ
  1. Молекулы  транспортной  РНК, в  отличие  от  информационной  РНК
  1. содержат  тиминовые  нуклеотиды
  2.  являются  биополимерами
  3. доставляют  аминокислоты  к  рибосомам
  4. переносят  информацию  о  белке  из  ядра  в  цитоплазму
  1. Для  полисахаридов  и  липидов  характерна  функция
  1. регуляторная                                                     3) терморегуляторная
  2. структурная                                                       4)  растворителя  гидрофильных  веществ
  1.  Какой   элемент  не  участвует  в  образовании  молекул  углеводов:
  1. углерод                                                               3)  водород
  2.  кислород                                                           4)  азот
  1. Какое соединение  служит  основным  запасным  веществом  в  растительной  клетке
  1.   гликоген                                                           3)  крахмал
  2.   хитин                                                                4)  клетчатка
  1. Какое  вещество  относится  к  моносахаридам
  1. сахароза                                                              3)  лактоза
  2. рибоза                                                                 4)  клетчатка
  1. Какую  структуру  молекулы  белка  образуют  пептидные  связи
  1.  первичную                                                         3)  третичную
  2.   вторичную                                                        4)  четвертичную
  1.  Жиры, содержащиеся  в  семенах  растений,  выполняют   функцию
  1. терморегуляции                                                  3)  защитную
  2.  запасающую                                                       4)  регуляторную
  1. Какой  белок  крови  выполняет  защитную  функцию  в  организме
  1. гемоглобин                                                          3) иммуноглобулин
  2.  актин                                                                   4)  гепарин
  1. Жировая  клетчатка  плохо  проводит  тепло, что  позволяет  ей  выполнять  функцию
  1.  терморегуляции                                                  3)   теплоизоляции
  2.   теплопроводности                                             4)  теплоемкости
  1.  Информация  о  первичной  структуре  белка  заключена  в  молекулах  
  1.  ДНК                                                                     3)  АТФ
  2. т РНК                                                                    4) полипептидов
  1.  Верны  ли  суждения  о  характеристиках  углеводов  и  липидов

А)  У  человека  наибольшее  количество  гликогена  содержится  в  печени.

Б)  Углеводы ,  в  отличие  от  липидов,  выполняют  энергетическую  функцию.

1)  верно  только  А                                                   3)  верны  оба  суждения

2)  верно  только  Б                                                   4)  оба  суждения  неверны

  • ЗАПИШИТЕ  ТРИ  ВЕРНЫХ  ОТВЕТА

    В  состав  молекулы  РНК  входят  остатки  молекул

  1.  рибозы                                                                  4)  дезоксирибозы
  2.  гуанина                                                                 5)  аминокислот
  3.   катионы  магния                                                 6)  фосфорной  кислоты
  • УСТАНОВИТЕ  СООТВЕТСТВИЕ  

Между  признаком  нуклеиновой  кислоты  и  видом, для  которого  он  характерен

Признак                                                                                   Вид  нуклеиновой  кислоты

            А)  двойная  спираль

           Б)  одинарная  спираль        1)  ДНК

           В)  содержит  урацил        2)  РНК

           Г)  представлена  тремя  видами  молекул

          Д)  хранит  наследственную  информацию

          Е)  в  составе  —  дезоксирибоза  

  • ПРОЧИТАЙТЕ   ТЕКСТ

   Укажите  номера  предложений ,  в  которых  допущены  ошибки

  1.  Полисахарид  целлюлоза,  как  и  гликоген ,  выполняет  в  клетке  резервную  функцию.
  2. Накапливаясь  в клетках,  углеводы  главным  образом  выполняют  энергетическую  функцию.
  3. У  животных  хитин, имеющий углеводную  природу, выполняет  в  клетке  механическую  функцию, так  как  входит  в  состав  наружного  скелета  членистоногих.
  4. У  растений  опорную, механическую  функцию  выполняет  крахмал.

5.1: Крахмал и целлюлоза — Химия LibreTexts

  1. Последнее обновление
  2. Сохранить как PDF
  • Идентификатор страницы
    30355

    • Полисахариды являются наиболее распространенными углеводами в природе и выполняют множество функций, таких как хранение энергии или компоненты клеточных стенок растений. Полисахариды представляют собой очень крупные полимеры, состоящие из десятков и тысяч моносахаридов, соединенных вместе гликозидными связями.

    Тремя наиболее распространенными полисахаридами являются крахмал, гликоген и целлюлоза. Эти три называются гомополимеров , потому что каждый из них дает только один тип моносахаридов (глюкозу) после полного гидролиза. Гетерополимеры могут содержать сахарные кислоты, аминосахара или неуглеводные вещества помимо моносахаридов. Гетерополимеры широко распространены в природе (камеди, пектины и другие вещества), но в данном учебнике они рассматриваться не будут. Полисахариды представляют собой невосстанавливающие углеводы, не имеют сладкого вкуса и не подвергаются мутаротации.

    Крахмал

    Крахмал является наиболее важным источником углеводов в рационе человека и составляет более 50% потребляемых нами углеводов. Он встречается в растениях в виде гранул, особенно много их в семенах (особенно в зернах злаков) и клубнях, где они служат запасной формой углеводов. Расщепление крахмала до глюкозы питает растение в периоды снижения фотосинтетической активности. Мы часто думаем о картофеле как о «крахмалистом» продукте, однако другие растения содержат гораздо больший процент крахмала (картофель 15%, пшеница 55%, кукуруза 65% и рис 75%). Крахмал технический представляет собой белый порошок.

    Крахмал представляет собой смесь двух полимеров: амилозы и амилопектина. Природные крахмалы состоят примерно на 10-30% из амилазы и на 70-90% из амилопектина. Амилоза представляет собой линейный полисахарид, полностью состоящий из звеньев D-глюкозы, соединенных α-1,4-гликозидными связями, которые мы видели в мальтозе (часть (а) рис. 5.1.1). Экспериментальные данные показывают, что амилоза не является прямой цепью глюкозных звеньев, а скручена, как пружина, с шестью глюкозными мономерами на виток (часть (b) рис. 5.1.1). Свернутая таким образом, амилоза имеет достаточно места в своем ядре для размещения молекулы йода. Характерная сине-фиолетовая окраска, появляющаяся при обработке крахмала йодом, обусловлена ​​образованием амилозо-йодного комплекса. Этот цветовой тест достаточно чувствителен, чтобы обнаруживать даже незначительное количество крахмала в растворе.

    Рисунок 5.1.1: Амилоза. (а) Амилоза представляет собой линейную цепь звеньев α-D-глюкозы, соединенных друг с другом α-1,4-гликозидными связями. (б) Из-за водородных связей амилоза приобретает спиральную структуру, состоящую из шести звеньев глюкозы на виток.

    Амилопектин представляет собой полисахарид с разветвленной цепью, состоящий из единиц глюкозы, связанных в основном α-1,4-гликозидными связями, но иногда с α-1,6-гликозидными связями, которые ответственны за разветвление. Молекула амилопектина может содержать многие тысячи глюкозных звеньев с точками ветвления примерно через каждые 25–30 звеньев (рис. 5.1.2). Спиральная структура амилопектина нарушается разветвлением цепи, поэтому вместо глубокого сине-фиолетового цвета, который амилоза придает йоду, амилопектин дает менее интенсивный красновато-коричневый цвет.

    Рисунок 5.1.2 : Представление ветвления амилопектина и гликогена. И амилопектин, и гликоген содержат точки ветвления, которые связаны α-1,6-связями.

    Эти точки ветвления чаще встречаются в гликогене.

    Декстрины представляют собой полисахариды глюкозы среднего размера. Блеск и жесткость, придаваемые одежде крахмалом, обусловлены наличием декстринов, образующихся при глажке одежды. Из-за характерной липкости при смачивании декстрины применяют в качестве клея на марках, конвертах и ​​этикетках; в качестве связующего для скрепления пилюль и таблеток; и как пасты. Декстрины усваиваются легче, чем крахмал, и поэтому широко используются в коммерческом приготовлении детского питания.

    Полный гидролиз крахмала дает на последовательных стадиях глюкозу:

    крахмал → декстрины → мальтоза → глюкоза

    В организме человека несколько ферментов, известных под общим названием амилазы, последовательно расщепляют крахмал до пригодных для использования единиц глюкозы.

    Гликоген

    Гликоген – энергетический резервный углевод животных. Практически все клетки млекопитающих содержат некоторое количество запасных углеводов в виде гликогена, но особенно много его в печени (4-8% от массы ткани) и в клетках скелетных мышц (0,5-1,0%). Подобно крахмалу в растениях, гликоген находится в виде гранул в клетках печени и мышц. При голодании животные используют эти запасы гликогена в течение первого дня без пищи, чтобы получить глюкозу, необходимую для поддержания метаболического баланса.

    Примечание

    Около 70% всего гликогена в организме хранится в мышечных клетках. Хотя процент гликогена (по весу) выше в печени, гораздо большая масса скелетных мышц хранит большее общее количество гликогена.

    Гликоген структурно очень похож на амилопектин, хотя гликоген более разветвлен (8–12 единиц глюкозы между ветвями), а ветви короче. При обработке йодом гликоген дает красновато-коричневый цвет. Гликоген может быть расщеплен на субъединицы D-глюкозы путем кислотного гидролиза или с помощью тех же ферментов, которые катализируют расщепление крахмала. У животных фермент фосфорилаза катализирует расщепление гликогена до фосфатных эфиров глюкозы.

    Целлюлоза

    Целлюлоза, волокнистый углевод, содержащийся во всех растениях, является структурным компонентом клеточных стенок растений. Поскольку земля покрыта растительностью, целлюлоза является самым распространенным из всех углеводов, на ее долю приходится более 50% всего углерода, содержащегося в растительном царстве. Хлопковые волокна и фильтровальная бумага почти полностью состоят из целлюлозы (около 95%), древесина состоит примерно на 50% из целлюлозы, а сухая масса листьев составляет примерно 10–20% целлюлозы. Наиболее широко целлюлоза используется в производстве бумаги и бумажных изделий. Хотя использование нецеллюлозных синтетических волокон увеличивается, вискоза (изготовленная из целлюлозы) и хлопок по-прежнему составляют более 70% текстильного производства.

    Подобно амилозе, целлюлоза представляет собой линейный полимер глюкозы. Однако он отличается тем, что единицы глюкозы соединены β-1,4-гликозидными связями, образуя более протяженную структуру, чем амилоза (часть (а) на рис. 5.1.3). Эта крайняя линейность позволяет образовывать большое количество водородных связей между ОН-группами на соседних цепях, заставляя их плотно упаковываться в волокна (часть (b) рис. 5.1.3). В результате целлюлоза мало взаимодействует с водой или любым другим растворителем. Хлопок и древесина, например, совершенно нерастворимы в воде и обладают значительной механической прочностью. Поскольку целлюлоза не имеет спиральной структуры, она не связывается с йодом с образованием окрашенного продукта.

    Рисунок 5.1.3 : Целлюлоза. а) В структуре целлюлозы имеются обширные водородные связи. (б) На этой электронной микрофотографии клеточной стенки водоросли стенка состоит из последовательных слоев целлюлозных волокон, расположенных параллельно.

    Целлюлоза дает D-глюкозу после полного кислотного гидролиза, однако люди не способны метаболизировать целлюлозу как источник глюкозы. В наших пищеварительных соках отсутствуют ферменты, которые могут гидролизовать β-гликозидные связи, содержащиеся в целлюлозе, поэтому, хотя мы можем есть картофель, мы не можем есть траву. Однако некоторые микроорганизмы могут переваривать целлюлозу, поскольку они вырабатывают фермент целлюлазу, катализирующую гидролиз целлюлозы. Присутствие этих микроорганизмов в пищеварительном тракте травоядных животных (таких как коровы, лошади и овцы) позволяет этим животным расщеплять целлюлозу из растительного материала до глюкозы для получения энергии. Термиты также содержат микроорганизмы, выделяющие целлюлазу, и поэтому могут питаться древесной пищей. Этот пример еще раз демонстрирует крайнюю стереоспецифичность биохимических процессов.

    5.1: «Крахмал и целлюлоза» распространяется под лицензией CC BY-NC-SA 4.0, автором, ремиксом и/или куратором является LibreTexts.

    1. Наверх
      • Была ли эта статья полезной?
      1. Тип изделия
        Раздел или Страница
        Лицензия
        CC BY-NC-SA
        Версия лицензии
        4,0
        Показать страницу TOC
        № на стр.
      2. Теги
        1. целлюлоза
        2. крахмал

      Структура, свойства, биосинтез и метаболизм

      Быстрая навигация

       [скрыть]

      Введение

      Крахмал является основным соединением для хранения глюкозы, присутствующим в растениях. Он относится к категории биополимеров и по своей природе является полисахаридом. Он состоит из тысяч повторяющихся единиц глюкозы.

      Крахмал представляет собой соединение, которое по происхождению принадлежит растениям. Он не может быть синтезирован у животных. Тем не менее, он является основным источником пищи для животных. Культуры, богатые крахмалом, являются основным источником питания для людей и других животных. В этой статье мы обсудим структуру, свойства, синтез и метаболизм крахмала. Мы также обсудим его значение в жизни человека.

      Структура

      Как упоминалось ранее, это полимер молекул глюкозы. Он присутствует в растениях в виде гранул крахмала. Крахмал состоит из двух компонентов, каждый из которых имеет разную структуру;

      • Амилоза
      • Амилопектин

      Амилоза

      Его также иногда называют амилозным крахмалом. Это полисахарид, состоящий из мономеров альфа-D-глюкозы. Амилоза составляет около 20-30% крахмала. Это неразветвленное соединение, имеющее линейные цепи молекул глюкозы. эти молекулы глюкозы связаны альфа 1-4 гликозидными связями.

      Крахмал амилозы представляет собой линейную цепь субъединиц альфа-D-глюкозы, которая обычно содержит от 300 до 3000 глюкозильных остатков или даже больше.

      Эта цепь амилозы может существовать в одной из трех форм;

      • Неупорядоченная аморфная цепь
      • Формы A или B
      • Форма V

      Формы A и B имеют спиральную или спиралевидную форму. Обе эти формы имеют сходную структуру. Это левые спирали, содержащие около d шести молекул глюкозы в каждом витке. Термин «левосторонний» означает, что при вращении спирали по часовой стрелке она поворачивается к наблюдателю. Эти спиральные спирали амилозы также могут закручиваться друг вокруг друга, образуя двойную спираль.

      Форма V амилозы образуется при взаимодействии с некоторыми гидрофобными или неполярными соединениями, такими как жирные кислоты, липиды, йод или амилопектин.

      Амилоза в крахмале находится в V-форме после взаимодействия с амилопектином.

      Амилопектин

      Его также называют амилопектиновым крахмалом. Амилопектин составляет около 70-80% крахмала. Это разветвленный полимер субъединиц альфа-D-глюкозы, которые связаны теми же 1-4 гликозидными связями, что и амилоза. Однако амилопектин также имеет альфа-1-6 гликозидные связи между молекулами глюкозы в точках разветвления.

      Амилопектин показывает разветвление после каждых 24-30 субъединиц глюкозы. Каждая ветвь также содержит примерно одинаковое количество субъединиц глюкозы. Все субъединицы глюкозы в одной ветви присоединены через альфа 1-4 гликозидные связи, кроме первой. Первая субъединица глюкозы каждой ветви связана с исходной цепью посредством альфа-1-6-гликозидной связи.

      Внутри гранул крахмала амилопектин взаимодействует с амилозой в V-форме.

      Молекулы крахмала в растениях присутствуют в виде полукристаллических гранул. Размер гранул крахмала варьируется от одного вида к другому. Например, гранулы крахмала в рисе составляют около 2 микрометров, а в картофеле — до 100 микрометров.

      Свойства

      Из-за разной структуры два компонента крахмала также обладают разными свойствами. Свойства крахмала представляют собой смесь свойств этих двух компонентов, амилозы и амилопектина.

      Амилоза

      Крахмал амилозы обладает следующими свойствами:

      • Амилоза более кристаллическая по своей природе
      • Нерастворима в холодной воде
      • Амилоза более устойчива к пищеварению из-за отсутствия разветвления
      • Амилоза снижает прочность геля крахмала

      Амилопектин

      Свойства амилопектина следующие:

      • Растворяется как в холодной, так и в горячей воде
      • Амилопектин легко усваивается благодаря наличию обширных разветвлений
      • Повышает прочность геля и растворимость крахмала, так как молекулы воды могут проникать из-за разветвления

      Коллектив свойства крахмала следующие;

      • Подвергается гидролизу с образованием составляющих сахаров
      • Становится нерастворимым в воде и образует гель
      • Подвергается разложению при нагревании с образованием декстрина
      • Придает синюю окраску раствору йода в растительных клетках. Ферменты для синтеза крахмала отсутствуют в клетках животных. Этот процесс происходит в хлоропластах растительных клеток.

        Первым этапом биосинтеза крахмала является синтез АДФ-глюкозы. Эта АДФ-глюкоза действует как предшественник всех субъединиц глюкозы, обнаруженных в крахмале. Синтез АДФ-глюкозы связан с циклом фотосинтеза Кальвина.

        Глюкозо-6-фосфат, образующийся в цикле Кальвина, сначала превращается в глюкозо-1-фосфат под действием фермента фосфоглюкомутазы. На следующем этапе глюкозо-1-фосфат и АТФ превращаются в АДФ-глюкозу ферментом глюкозо-1-фосфатаденилтрансферазой. В этом процессе также высвобождается один пирофосфатный фермент. Пирофосфат подвергается гидролизу до фосфатных групп, что делает процесс необратимым.

        Этот синтез АДФ-глюкозы считается лимитирующей стадией биосинтеза крахмала.

        После образования АДФ-глюкозы в действие вступает фермент синтаза крахмала. Этот фермент использует молекулы АДФ-глюкозы в качестве предшественников и переносит их глюкозильные остатки в цепь амилозы или амилопектина.

        Фермент синтазы крахмала может переносить глюкозу только от молекул АДФ-глюкозы к невосстанавливающему концу уже существующей глюкозильной цепи. Его функция заключается в создании альфа-1-4 гликозидных связей и удлинении цепи.

        Последним этапом синтеза крахмала является введение ответвлений в линейную молекулу для образования амилопектина. Этот процесс осуществляется ферментом разветвления крахмала. Он очень похож на фермент разветвления гликогена.

        Подобно ферменту разветвления гликогена у животных, фермент разветвления крахмала в растениях имеет две активности;

        • Глюкозидазная активность альфа 1-4: разрывает концевую гликозидную связь альфа 1-4 амилозной цепи и высвобождает свободный остаток глюкозила глюкозильный остаток путем образования альфа 1-6 гликозидной связи

        Структура и синтез крахмала амилопектина и гликогена выглядят сходными. Однако в них есть два ключевых отличия;

        • В гликогене остатки глюкозы образуются из УДФ-глюкозы, а в крахмале – из АДФ-глюкозы.
        • В гликогене есть одна ветвь после каждых десяти альфа-1-4-связей, в то время как в амилопектине одна ветвь возникает примерно через 30 альфа-1-4-связей.

        Производство крахмала в промышленности

        В крахмальной промышленности термин «производство крахмала» используется для обозначения процесса извлечения и очистки крахмала из листьев, корней, клубней и т. д. 

        Возникновение

        Крахмал вырабатывается всеми растениями для хранения избыточной глюкозы. Он в основном хранится в строме растительных клеток. В некоторых растительных клетках он хранится в специализированных органеллах, называемых амилопластами. Крахмал в изобилии присутствует в корнях, клубнях и корневищах. Он также присутствует в больших количествах в зародышах и плодах растений.

        Метаболизм

        Метаболизм крахмала можно рассматривать под двумя заголовками: разложение в растениях и разложение в организме животных.

        Разложение в растениях

        Крахмал является основным соединением для хранения энергии в растениях, как и гликоген в организме животных. Растения производят крахмал в дневное время, когда производство глюкозы превышает потребность клеток в глюкозе. Излишняя глюкоза хранится в виде крахмала.

        Ночью, когда фотосинтетический механизм растений не работает, производство глюкозы в растительных клетках равно нулю. Они используют запасенную глюкозу и получают ее путем разложения крахмала.

        Чтобы сделать крахмал доступным для ферментов деградации, его необходимо сначала фосфорилировать. Фосфорилирование крахмала осуществляется двумя ферментами;

        • Глюкан, водная дикиназа (GWD): фосфорилирует C-6 остатков глюкозы
        • Фосфоглюкан, водная дикиназа (PWD): фосфорилирует C-3 остатков глюкозы

        После фосфорилирования начинается разложение крахмала . Осуществляется тремя ферментами;

        • Бета-амилаза: действует на невосстанавливающий конец цепи амилозы и высвобождает мальтозу в качестве продукта. Он может действовать, только если длина цепи больше трех субъединиц.
        • Диспропорционирующий фермент-1 (DPA-1): Этот фермент соединяет две цепи мальтотриозы (цепи, содержащие три остатка глюкозы) и высвобождает молекулу воды. Затем бета-амилаза действует на эту цепь и высвобождает дополнительные молекулы мальтозы.
        • Изоамилаза: Бета-амилаза не действует на фосфорилированные остатки. Эти фосфорилированные остатки расщепляются ферментом изоамилазой.

        Хотя некоторые молекулы глюкозы также высвобождаются, основным продуктом разложения крахмала является мальтоза. Это дисахарид, состоящий из двух субъединиц глюкозы. Обе эти молекулы транспортируются в цитоплазму растительной клетки, где могут быть использованы для синтеза сахарозы. Затем сахароза используется для получения энергии.

        Разложение у животных

        Крахмал является основным источником углеводов для человека и других животных. Он входит в рацион человека в виде пшеницы, риса, картофеля и т. д. Он присутствует во всех основных продуктах питания. Другие животные потребляют крахмал, поедая листья и другие зеленые части растений.

        Разложение крахмала у животных означает его переваривание. Крахмал легко переваривается в пищеварительном тракте животных.

        У человека переваривание крахмала начинается в ротовой полости. Фермент амилаза, присутствующий в слюне, расщепляет крахмал до мальтозы.

        Переваривание крахмала в желудке останавливается из-за кислого pH. Он снова продолжается в тонкой кишке.

        Фермент амилаза, присутствующий в кишечном соке, полностью переваривает весь крахмал, присутствующий в пище, в мальтозу. Молекулы мальтозы расщепляются ферментом мальтазой с высвобождением молекул глюкозы.

        Высвобождение молекул глюкозы завершает переваривание крахмала у человека. Затем эти молекулы глюкозы всасываются в кровь и переносятся в печень для дальнейшей обработки.

        Важность

        Крахмал является важным полисахаридом для растений, животных и человека. Его важность можно обсудить под следующими заголовками.

        Растения

        • В растениях крахмал выступает в качестве основного соединения-аккумулятора энергии. Они запасают избыток глюкозы в дневное время в виде крахмала и используют его в качестве источника энергии ночью.
        • Обеспечивает эмбрион энергией.

        Животные

        • Крахмал является основным источником углеводов для животных.
        • Дает энергию животным.
        • Он обеспечивает животных углеродным скелетом, который может использоваться в синтезе различных других соединений в их телах.

        Люди

        • Как и другие животные, он является основным источником углеводов для человека.
        • Он присутствует в рационе человека в виде зерен, злаков, риса, картофеля и т. д.  

        Промышленность

        Крахмал нашел широкое применение в пищевой и бумажной промышленности.

        Пищевая промышленность

        • Крахмал используется в качестве подсластителя в напитках
        • Он используется в качестве наполнителя для волшебных продуктов
        • Он используется в мороженом, так как снижает температуру его замерзания
        • карамель
        • Добавляется в качестве консерванта в джемы

        Бумажная промышленность

        • Крахмал используется для повышения прочности бумаги
        • Используется в качестве вяжущего порошка для картона
        • Используется в клеях и адгезивах для повышения их связующей способности
        • Используется в производстве биопластика

        Кроме того, крахмал также является сырьем для производства этанола.

        Резюме

        Крахмал представляет собой полисахарид, состоящий из повторяющихся субъединиц глюкозы.

        Состоит из двух компонентов: амилозы и амилопектина.

        Амилоза состоит из линейной цепи молекул глюкозы, соединенных альфа-1-4-гликозидными связями. Он составляет 20-30% крахмала и может существовать в одной из трех форм;

        • Аморфная цепь
        • Спираль А или В
        • Форма V

        Амилопектин состоит из разветвленных полимерных цепей глюкозы, имеющих альфа-1-4 и 1-6 гликозидные связи. Он занимает около 70-80% крахмала.

        Оба эти компонента наматываются друг на друга, образуя полукристаллические гранулы крахмала.

        Оба компонента обладают разными свойствами и вместе определяют общие свойства крахмала.

        Крахмал содержится в листьях, корнях, клубнях, плодах и зародышах растений.

        Синтезируется в хлоропластах растений при солнечном свете.

        Биосинтез крахмала связан с циклом Кребса и включает следующие этапы;

        • Синтез АДФ-глюкозы
        • Удлинение цепи крахмалсинтазой
        • Введение ветвей ферментами разветвления крахмала

        Крахмал расщепляется в растениях в течение ночи для получения глюкозы для энергии. Он включает в себя следующие шаги;

        • Фосфорилирование
        • Высвобождение мальтозы под действием фермента амилазы
        • Присоединение мальтотриозы и разложение образующегося соединения
        • Высвобождение фосфорилированных остатков

        Крахмал легко усваивается животными. У людей он переваривается в мальтозу амилазой в ротовой полости и тонком кишечнике. Затем мальтоза переваривается в глюкозу ферментом мальтазой в тонком кишечнике.

        Крахмал находит важное применение в;

        • Рацион для животных
        • Рацион человека
        • Пищевая промышленность
        • Бумажная промышленность

        Часто задаваемые вопросы

        Что такое крахмал в продуктах питания?

        Крахмал — это углевод, содержащийся в ряде пищевых продуктов, таких как пшеница, рис, картофель и т. д. Это один из основных источников энергии для человека. Это полимер, состоящий из сотен или тысяч молекул глюкозы.

        Какова структура крахмала?

        Крахмал — это полисахарид, состоящий из молекул глюкозы. Он состоит из большого количества молекул глюкозы, которые соединены гликозидными связями в прямые или разветвленные цепи с образованием крахмала.

        Какой фермент расщепляет крахмал в вашей слюне?

        Слюна человека содержит фермент под названием амилаза. Этот фермент расщепляет крахмал до молекул мальтозы. Мальтоза — дисахарид, состоящий из двух молекул глюкозы.

        Является ли крахмал запасной молекулой?

        Крахмал – запасной углевод растений. Молекулы глюкозы в растениях запасаются в виде крахмала. Он в основном хранится в строме растительных клеток.

        Ссылки

        1. Zeeman, Samuel C.; Коссманн, Йенс; Смит, Элисон М. (2 июня 2010 г.). «Крахмал: его метаболизм, эволюция и биотехнологическая модификация в растениях». Ежегодный обзор биологии растений. 61  (1): 209–234. doi : 10.1146/annurev-arplant-042809-112301 . PMID   20192737 .
        2. Линдебум, Ньенке; Чанг, Питер Р .; Тайлер, Роберт Т. (1 апреля 2004 г.). «Аналитические, биохимические и физико-химические аспекты размера крахмальных зерен с акцентом на мелкие гранулы крахмала: обзор». Крахмал-Штерке. 56  (3–4): 89–99. doi : 10.1002/стар.200300218 .
        3. Englyst, H.N.; Кингман, С.М.; Каммингс, Дж.Х. (октябрь 1992 г.). «Классификация и измерение питательно важных фракций крахмала». Европейский журнал клинического питания. 46  (Прил. 2): S33-50. PMID   1330528 .
        4. Локьер, С.; Ньюджент, AP (5 января 2017 г.). «Влияние резистентного крахмала на здоровье». Бюллетень по питанию. 42  (1): 10–41. doi : 10.1111/nbu.12244 .
        5. Нельсон, Д. (2013) Ленингерские принципы биохимии, 6-е изд.