БОТАНІКА З ОСНОВАМИ ГІДРОБОТАНІКИ (ВОДНІ РОСЛИНИ УКРАЇНИ) - Б.Є. Якубенко - 2011
IV. БУДОВА РОСЛИН
Органічні речовини первинного походження
Вуглеводи. На вуглеводи припадає від 1-2 до 85-90% сухої речовини, з якої побудований рослинний організм або його окремі органи. Вони є головним поживним та опорним матеріалом для рослинних клітин, тканин і органів. Молекули вуглеводів складаються з вуглецю, водню й кисню переважно у співвідношенні 1:2:1. За своєю будовою вони поділяються на моносахариди, або монози, і полісахариди, або поліози. Останні поділяються на полісахариди першого і другого порядків.
Полісахариди першого порядку - це дисахариди (сахароза, мальтоза, целобіоза), трисахариди (рафіноза), тетрасахариди (стахіоза).
Полісахариди другого порядку - складні полімерні речовини з великою молекулярною масою. До них належать слизи, крохмаль, глікоген, інулін, клітковина (целюлоза), геміцелюлоза, пектинові речовини, агар- агар та ін.
Моносахариди - це похідні багатоатомних спиртів. За кількістю вуглецевих атомів, що входять до складу їхніх молекул, вони поділяються на тріози - С3Н6О3 (гліцериновий альдегід і диоксиацетон), тетрози - С4Н8О4 (еритроза), пентози - С5Н1О5 (ксилоза, арабіноза, рибульоза, рибоза), гексози - С6Н12О6 (глюкоза, фруктоза, галактоза, маноза), гептози - С7Н14О7 (моногептульоза, седогептульоза).
Глюкоза, або виноградний цукор, у вільному стані міститься в зелених частинах рослин, у насінні, плодах, меду. Вона входить до складу крохмалю, целюлози, геміцелюлози, глікогену, декстринів, сахарози, мальтози, рафінози, багатьох глікозидів.
Фруктоза, або фруктовий цукор, міститься в зелених частинах рослин, нектарі квіток, фруктах, є складовою частиною меду. Разом з глюкозою входить до складу сахарози, а також високомолекулярного полісахариду інуліну, який у великій кількості накопичується в рослинах з родини айстрових, зокрема в коренях оману, цикорію, бульбах топінамбуру.
Галактоза є складовою частиною молекул дисахаридів - лактози (молочний цукор), мелібіози, трисахариду рафінози, а також високомолекулярних полісахаридів - агар-агару, геміцелюлози, слизу. У вільному стані кристалізується на плодах плюща.
Маноза в рослинах входить до складу високомолекулярних полісахаридів - слизу і геміцелюлози. Отримують манозу у процесі кислотного гідролізу геміцелюлози горіхової шкаралупи.
Сорбоза утворюється внаслідок бактеріального бродіння соку плодів горобини, є важливим проміжним продуктом у синтезі вітаміну С (аскорбінової кислоти).
Арабіноза належить до пентоз. Вона міститься в рослинах як складова слизу, гумі (камеді), пектинових речовин і геміцелюлоз. Отримують арабінозу під час кислотного гідролізу вишневого клею або бурякового жому.
Ксилоза (деревний цукор) є складовою рослинного слизу, гумі, геміцелюлоз. Отримують її у процесі кислотного гідролізу висівок, соломи, деревини, кукурудзяних качанів.
Рибульоза є первинним акцептором СО2 у процесі фотосинтезу.
Рибоза і дезоксирибоза входять до складу нуклеїнових кислот, а похідний рибози рибіт - до деяких вітамінів і ферментів.
Сорбіт (С6Н12О6) - шестиатомний спирт, що міститься в плодах горобини, сливи, персика, яблуні, груші, вишні, абрикосу. За окислення може утворювати, залежно від умов, у яких протікає цей процес, глюкозу, фруктозу або сорбозу. Є замінником цукру для хворих на цукровий діабет.
Маніт - шестиатомний спирт, що виділяється на поверхні кори ясеня, а також міститься в коренях моркви, цибулі, маслинах, ананасах, грибах, найбільше його в бурих водоростях з родини ламінарієвих. За окислення маніту утворюється маноза або фруктоза.
Дисахариди складаються із залишків молекул двох моносахаридів. Найважливіші дисахариди - сахароза, лактоза, мальтоза, трегалоза, гентибіоза, целобіоза.
Сахароза (С12Н22О11) - тростинний цукор, буряковий цукор - міститься в листках, стеблах, коренях, бульбах, насінні, плодах. Під час її гідролізу утворюється суміш глюкози та фруктози.
Лактоза, або молочний цукор (С12Н22О11), міститься в молоці і пилкових трубках деяких рослин. Під час гідролізу лактози утворюється галактоза і глюкоза.
Мальтоза, або солодовий цукор (С12Н22О11), утворюється у процесі гідролізу крохмалю ферментом діастазою (амілазою). Фермент мальтаза розщеплює мальтозу на дві молекули глюкози.
Трегалоза, або грибний цукор (С12Н22О11), міститься в грибах - дріжджах, склероціях клавіцепса (ріжки жита). Під час її гідролізу утворюється дві молекули глюкози.
Гентибіоза (С12Н22О11) - дисахарид, містить дві молекули глюкози. Входить до складу багатьох глікозидів, зокрема амігдаліну та кроцину. У зв’язаному стані гентибіоза міститься в коренях тирлича.
Целобіоза (С12Н22О11) є основною будівельною одиницею целюлози. У вільному стані трапляється в пасоці деяких дерев. Розщеплюється на дві молекули глюкози.
Трисахариди представлені рафінозою (С18Н32О16). Вона міститься в коренеплодах цукрового буряка, мелясі, насінні бавовнику. У процесі гідролізу рафінози утворюється глюкоза, фруктоза і галактоза.
Дотетрасахаридів належить стахіоза (С24Н42О21), яка міститься в коренях чистецю, насінні люпину жовтого, сої, гороху, сочевиці. Розщеплюється на дві галактози, глюкозу і фруктозу.
Полісахариди - широко представлені серед вуглеводів. До них належить зокрема крохмаль (С6Н10О5)п. У клітинах він знаходиться у вигляді зерен, що відрізняються за своїми властивостями і хімічним складом у різних частинах тіла однієї рослини, а особливо в різних рослинах. Крохмальні зерна мають концентричну або ексцентричну форму і просту, складну або напівскладну будову. У воді крохмаль не розчиняється, а лише набрякає. Крохмаль на 96-98% складається з полісахаридів, які у процесі кислотного гідролізу утворюють глюкозу; на 0,2-0,7% - із мінеральних речовин, головним чином фосфорної кислоти; на 0,6% - з високомолекулярних жирних кислот (пальмітинова, стеаринова та інші). Вуглеводна частина крохмалю складається з двох полісахаридів - амілози й амілопектину. Під час ферментативного гідролізу крохмалю спочатку утворюються декстрини, які мало чим вирізняються від крохмалю за розмірами молекули і властивостями. У подальшому розщепленні з них утворюються мальтоза, а потім глюкоза. Крохмаль і декстрини сприяють холестериновому обміну, поліпшують травлення. їхні колоїдні розчини є основою для багатьох лікарських сумішей.
Інулін - високомолекулярний запасний полісахарид, який розчиняється у воді. Міститься у великій кількості в бульбах топінамбура, жоржини, коренях кульбаби і цикорію. Фермент інулаза, який міститься в дріжджах та деяких рослинах, розщеплює інулін з утворенням фруктози.
Глікоген - запасний полісахарид, що міститься в тканинах тіла тварин і людини, в грибах, а також у зерні цукрової кукурудзи. У процесі кислотного гідролізу утворює глюкозу. За своєю будовою глікоген схожий на амілопектин, але вирізняється від нього більшою молекулярною масою.
Ліхенін - запасний полісахарид лишайників, вміст якого в них може становити до 50% від сухої речовини. У разі гідролізу розщеплюється до глюкози.
Целюлоза (клітковина) - структурний полісахарид, який є головною складовою частиною оболонок рослинних клітин. У воді клітковина не розчиняється, а лише набрякає. Під час гідролізу спочатку утворюється дисахарид целобіоза, яка потім розщеплюється на дві молекули глюкози. Молекули целюлози містять 1400-10000 глюкозних залишків. На відміну від розгалужених молекул полімерів глюкози - крохмалю і глікогену, целюлоза має ниткоподібну нерозгалужену молекулу. За допомогою водневих зв’язків по 50-100 молекули целюлози об’єднуються в міцели, а останні - формують волокна мікрофібрил. Целюлоза (клітковина) не розщеплюється в травному каналі людини. Вона перетравлюється жуйними тваринами, шлунок яких містить мікроорганізми, що гідролізують клітковину за допомогою властивого їм ферменту целюлази. Целюлоза стимулює перистальтику кишечника, сприяє виведенню холестерину, позитивно впливає на артеріальний тиск та обмінні процеси в печінці, бере участь у синтезі вітамінів групи В.
Геміцелюлози (напівклітковина) - це група високомолекулярних полісахаридів, які не розчиняються у воді, але розчиняються в лужних розчинах. їх багато в здерев’янілих частинах рослин - деревині, кукурудзяних качанах, соломі, насіннєвих шкірках, шкаралупі горіхів, висівках. Під час кислотного гідролізу з геміцелюлози утворюються маноза, галактоза, арабіноза або ксилоза, тому вони мають відповідні назви - манани, галактани, арабани, ксилани.
Слиз і гумі - це група колоїдних водорозчинних полісахаридів, що утворюють в’язкі і липкі розчини. Гумі можна побачити у вигляді «клею» на пошкоджених гілках вишні, абрикоса, сливи. До складу гумі входять залишки галактози, манози, арабінози, ксилози, глюкуронової кислоти. Слизу багато в насінні льону й жита, корені алтеї, листках підбілу тощо. До його складу входять залишки ксилози, арабінози і галактози. Слизисті речовини використовують для лікування запалень верхніх дихальних шляхів, травного каналу, бо вони сприяють епітелізації ушкоджених слизових оболонок.
Пектинові речовини - високомолекулярні сполуки вуглеводної природи, які входять до складу оболонок рослинних клітин. Особливо багато їх в оплодні соковитих плодів, бульбах, коренеплодах і стеблах рослин. У рослинах пектинові речовини знаходяться у двох формах: нерозчинного протопектину і розчинного пектину. Так, під час формування плодів яблук, груш, слив у клітинних стінках відкладається протопектин, який по достиганні плодів під дією ферменту протопектинази перетворюється на пектин. У рослинах пектинові речовини (протопектин) у складі серединних пластинок склеюють між собою клітинні оболонки і клітини, які вони оточують.
У процесі гідролізу пектинових речовин відбувається мацерація - роз’єднання рослинних клітин у рослинних тканинах унаслідок руйнування міжклітинної речовини. Розчинний пектин - полісахарид, побудований із залишків галактуронової кислоти. Пектин у присутності кислоти (рН 3,13,5) і цукру (65-70%) утворює желе, що використовується в кондитерському виробництві. У кишечнику пектини здатні адсорбувати й виводити з організму отруйні речовини, радіонукліди, солі важких металів, посилювати процес травлення. Пектин зменшує вміст холестерину в крові.
Агар-агар - високомолекулярний полісахарид матриксу клітинних оболонок червоних водоростей. Він не розчиняється у холодній воді, але добре розчиняється при нагріванні, перетворюючись на желе при охолодженні. Агар-агар - полімер переважно галактози. Він застосовується для приготування поживного середовища лабораторних культур бактерій, грибів, водоростей, спор і пилку рослин, а також у медицині, кондитерському і харчовому виробництвах
Альгінова кислота - полісахарид клітинних стінок бурих водоростей є аналогом пектинових кислот. Складається із залишків мануронової кислоти. У водоростях альгінова кислота присутня у вигляді солей, на неї припадає 30% їхньої сухої речовини. Альгінат натрію - добрий емульгатор, тому застосовується як стабілізатор у виробництві морозива, фарб для тканин і технічних емульсій.
Хітин - полімер, складається із декількох сот залишків ацетилглюкозоаміну. Він не розчиняється у воді й органічних розчинниках. Гідролізується концентрованою соляною кислотою. З хітину побудовані мікрофібрили в оболонці грибної клітини. Гриби містять фермент хітиназу, який розщеплює хітин до глюкозоаміну.