Структурата и свойствата на нишестето и целулозата
Нишестето не е химично индивидуално вещество. В допълнение към полизахаридите, съставът му включва минерали, представени главно от фосфорна киселина, липиди и високомолекулни мастни киселини - палмитинова, стеаринова и някои други съединения, адсорбирани от въглехидратната полизахаридна структура на нишестето. В клетките на ендосперма нишестето е под формата на нишестени зърна, чиято форма и размер са характерни за този растителен вид. Формата на нишестените зърна улеснява разпознаването на нишестетата на различни растения под микроскоп, който се използва за откриване на смес от едно нишесте в друго, например при добавяне на царевично, овесено или картофено брашно към пшеница. В складовите тъкани на различни органи - грудки, луковици, по-големите нишестени зърна се отлагат в амилопласти като вторично (резервно) нишесте. Нишестените зърна имат слоеста структура.
Структура на въглехидратните компоненти на нишестетоВъглехидратната част на нишестето се състои от два полизахарида: 1. амилоза; 2. Амилопектин.1 Структурата на амилозата.В молекулата на амилозата глюкозните остатъци са свързани чрез гликозидни a1 ® 4 връзки, образувайки линейна верига (фиг. 8,a). Амилозата има редуциращ край (A) и нередуциращ край (B). Линейните амилозни вериги, съдържащи от 100 до няколко хиляди глюкозни остатъка, могат да се навиват и по този начин да придобият по-компактна форма (фиг. 8,b). Амилоза във водаразтваря се добре, образувайки истински разтвори, които са нестабилни и способни наретроградация- спонтанно утаяване.
Ориз. 8. Нишесте, неговата структура. Амилоза и амилопектин:
а— схема на свързване на глюкозни молекули в амилоза;b— пространствена структура на амилозата;cе диаграма на свързването на глюкозни молекули в амилопектин;rе пространствена молекула на амилопектин
2 Структура на амилопектин
Амилопектинът е разклонен компонент на нишестето. Съдържа до 50 000 глюкозни остатъка, свързани помежду си главно чрез a1 ® 4 гликозидни връзки (линейни участъци от молекулата на амилопектина). Във всяка точка на разклонение глюкозните молекули (a-D-глюкопиранози) образуват a1 ® 6 гликозидна връзка, което е около 5% от общия брой гликозидни връзки на амилопектиновата молекула (фиг. 8,c, d).
Всяка амилопектинова молекула има един редуциращ край (A) и голям брой нередуциращи краища (B). Структурата на амилопектина е триизмерна, разклоненията му са разположени във всички посоки и придават на молекулата сферична форма. Амилопектинът не се разтваря във вода, образувайки суспензия, но при нагряване или под налягане образува вискозен разтвор - паста. С йод суспензията на амилопектин дава червено-кафяв цвят, докато йодът се адсорбира върху молекулата на амилопектина, така че цветът на суспензията се дължи на цвета на самия йод.
Съдържание на амилоза и амилопектин в нишестето
^ Ензимна хидролиза на нишесте
Хидролизата на нишестето се катализира от ензими, наречени амилази. Амилазите принадлежат към класа на хидролазите, подклас - карбохидраза. Има α- и b-амилази. Това са еднокомпонентни ензими, състоящи се от протеинови молекули. Те играят ролята на активен центъргрупи – NH2 и – SH.
^ Характеризиране на α-амилазата
α - Амилазата се намира в слюнката и панкреаса на животните, в плесенните гъби, в покълналите зърна от пшеница, ръж, ечемик (малц).
α-Амилазата е термостабилен ензим, неговият оптимум е при температура 70 0 С. Оптималната стойност на рН е 5,6-6,0, при рН 3,3-4,0 се разрушава бързо.
Характеристика b - амилаза
b - амилазата се намира в зърното на пшеница, ръж, ечемик, соя, сладки картофи. Въпреки това, активността на ензима в зрели семена и плодове е ниска и активността се увеличава по време на покълването на семената.
Целулозата (C6H10O5)е полизахарид от втори ред, е основният компонент на клетъчните стени. Целулозата се състои от b-D-глюкозни остатъци, свързани помежду си чрез b1 ® 4гликозидна връзка (фиг. 9,a). Сред другите полизахариди, които изграждат клетъчната стена на растенията, той принадлежи към микрофибриларните полизахариди, тъй като в клетъчните стени целулозните молекули се комбинират в структурни единици, наречени микрофибрили. Последният се състои от сноп от целулозни молекули, разположени успоредно една на друга по дължината му.^ Структура на целулозата
а– свързване на молекулите на глюкозата;b– структура на микрофибрилите;c– пространствена структураРазпределение на целулозатаСъдържанието на целулоза в растенията варира в широки граници: памучни влакна 90%, дърво 50%, тютюневи листа 10%, зърнени семена 3…5%, слънчоглед 2%, гроздови плодове 1%. Средно има около 8000 глюкозни остатъка на целулозна молекула. Хидроксилите при въглеродните атоми С2, С3 и С6 не са заместени. Повтарящата се единица в целулозната молекула е дизахаридният остатък на целобиозата.
Свойства на целулозата
Целулозата не се разтваря във вода, а набъбва в нея. Свободните хидроксилни групи могат да бъдат заменени с радикали - метил -СН3 или ацетал с образуването на проста или естерна връзка. Това свойство играе важна роля в изследването на структурата на целулозата, а също така намира приложение в промишлеността при производството на изкуствени влакна, лакове, изкуствена кожа и експлозиви.
Хидролиза.
Образуване на естер.
Елементарната единица на целулозната молекула има три хидроксилни групи, които могат да участват в образуването на естери с киселини.
3. Реакция на нитриране на целулоза. (Слайд #12)
4. Реакция на целулозен ацетат.
1. РобъртсJ., Casserio M. Основи на органичната химия. Т. 1, 2. М.: Мир, 1978.
2. Хауптман 3. Органична химия. Москва: Химия, 1979.
3. Несмеянов A.N. Несмеянов Н.А. Началото на органичната химия. Т. 1, 2. М.: Химия, 1970.
4. Морисън Р., Бойд Р. Органична химия. М.: Мир, 1974.
5. Ненитеску К. Органична химия. Т. 1, 2. М., 1963 г.
6. Органикум. Семинар по органична химия. Т.1, 2. М.: Мир, 1979.
7. Нийланд О.Я. Органична химия. М.: Висш.шк., 1990.
1. Бекер Г. Въведение в електронната теория на органичните реакции. М.: Мир, 1977.