Материал: Рогожин В.В., Рогожина Т.В. Биохимия сельскохозяйственной продукции

Глава 10. Метаболизм углеводов

10.15.БИОХИМИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ОРГАНИЧЕСКИХ КИСЛОТ

Органические кислоты являются промежуточными или конечными метаболитами ферментативных реакций, которые протекают в клетках бактерий, растений и животных. В основном органические кислоты образуются в ферментативных реакциях гликолиза (пировиноградная, молочная, фосфоенолпировиноградная и др.), цикла трикарбоновых кислот (щавелевоуксусная, лимонная, изолимонная, α-кетоглутаровая, янтарная, фумаровая, яблочная), глиоксилатном цикле (лимонная, яблочная, янтарная, фумаровая), в реакциях синтеза аскорбиновой кислоты (глюкуроновая, гулоновая, аскорбиновая), синтеза жирных кислот (уксусная, масляная) и т. д.

Органические кислоты обусловливают вкусовые качества растениеводческой и животноводческой продукции. Органические кислоты являются продуктами реакций окисления моносахаридов, спиртов и альдегидов, отличаясь от альдегидов тем, что имеют более сильную поляризацию двойной связи за счет оттягивания электронной плотности от атома кислорода ОНгруппы, проявляемого в ослаблении энергии связи в гидроксиле (О←Н), способствуя легкому отщеплению атома водорода в виде протона (Н+).

δ–

O

δ+ δ+

R — CH2 C

••

O H

δ+

Органические кислоты, в отличие от спиртов и альдегидов, имеют более высокие температуры плавления и кипения. Все органические кислоты проявляют кислую реакцию и в водном растворе способны диссоциировать лишь в малой степени, являясь слабыми кислотами.

pKа

Здесь рКа — отрицательный логарифм константы диссоциации (–lgКд).

Органические кислоты образуют более прочные водородные связи, чем спирты. Кроме того, органические кислоты легко образуют соли CH3COONa, CH3COOK, (CH3COO)2Mg и др.:

СН3СООН + NaOH → СН3СООNa + H2O;

СН3СООH + NaHCO3 → СН3СООNa + CO2 + H2O

Реагируя со спиртами, органические кислоты образуют сложные эфиры:

178

10.15. Биохимическая характеристика органических кислот

R—CООH + R′–ОH → R—C(О) О—R′ + H2О

Для большинства одноосновных органические кислот рКа ≈ 3,7…4,8, что объясняется отсутствием электродонорного эффекта алкильных групп. Органические кислоты с числом атомов углерода от 1 до 4 смешиваются с водой во всех отношениях и называются летучими жирными кислотами. Кислоты, в молекуле которых содержатся от пяти до десяти

иболее атомов углерода, представляют собой маслянистые жидкости со слабой растворимостью в воде — высшие жирные кислоты. Среди карбоновых кислот муравьиная, уксусная и пропионовая имеют резкий специфический запах, кислоты среднего ряда обладают неприятным запахом, тогда как высшие жирные кислоты запаха не имеют.

Органические кислоты в живых организмах могут образовываться в результате реакций последовательного превращения спиртов (метанол, этанол, пропанол, бутанол и др.) и альдегидов (формальдегида, ацетальдегида и др.), в частности реакций, катализируемых при участии алкоголь- и альдегиддегидрогеназ, высокое содержание которых отмечается в зародышах зерновок злаковых культур.

Алкогольдегидрогеназа (АДГ) способна катализировать реакцию окисления этанола и восстановления ацетальдегида (см. также п. 10.4). Тогда как альдегиддегидрогеназа (АльДГ) участвует в реакциях окисления ацетальдегида. Обе реакции протекают в присутствии окисленных

ивосстановленных форм НАД.

АДГ не очень специфична по отношению к субстрату и поэтому способна катализировать реакции с участием первичных и вторичных спиртов, альдегидов и кетонов. При этом спирты в клетках растений обеспечивают энергетические потребности живых систем, тогда как альдегиды способны вступать в реакции с аминосодержащими соединениями с образованием оснований Шиффа, что проявляется в модификации и нейтрализации активного действия соединений, содержащих свободные NH2-группы (белки, пептиды, аминокислоты и др.).

Основные представители карбоновых кислот в биогенных системах образуются в реакциях анаэробного и аэробного окисления углеводов (уксусная, пропионовая и масляная кислоты). Среди карбоновых кислот встречаются соединения, содержащие кето-группы (пировиноградная, щавелевоуксусная, α-кетоглутаровая кислоты). Кроме того, карбоновые

179

Глава 10. Метаболизм углеводов

кислоты образуются в результате протекания реакций дезаминирования аминокислот, а также в реакциях трансаминирования. Среди них встречаются соединения, относящиеся к высшим жирным кислотам, которые входят в состав мембран клеток, образуют мицеллярные структуры.

Все органические кислоты хорошо растворимы в воде, а их кислотность обусловлена наличием карбоксильной группы. На процесс диссоциации карбоксильной группы влияет природа радикала. Поэтому органические кислоты в водном растворе могут различаться по вкусовым ощущениям. Так, лимонная кислота имеет кислый невяжущий вкус, у винной кислоты — кислый вяжущий, у яблочной кислоты — кислый мягкий, невяжущий. Продукты приобретают привкус этих кислот, даже если они присутствуют в малых концентрациях.

Различают активную и титруемую кислотность. Активная кислотность зависит от природы и количества кислоты. Кислый вкус начинают воспринимать при наличии в 100 см3 раствора: винной кислоты 6,0 мг, уксусной — 13,2, яблочной — 10,7, лимонной — 15,4, молочной — 20,7 мг.

Титруемая кислотность выражается количеством кубических сантиметров раствора щелочи, пошедшего на нейтрализацию кислоты во взятой навеске исследуемого образца. При титровании часть щелочи может быть связана присутствующими в продукте кислыми солями, аминокислотами, белками.

Органические кислоты, содержащиеся в определенных количествах

впродуктах, могут оказывать сильное возбуждающее действие на пищеварительные железы, инициируя выработку пищеварительного сока в различных отделах желудочно-кишечного тракта. При этом активируется процесс переваривания. Высокая растворимость и малые размеры органических кислот позволяют им легко проникать в организм и там быстро метаболизироваться. Некоторые из органических кислот инициируют синтез индуцибельных ферментов. Кроме того, многие органические кислоты используются в качестве консервантов растительных и животных тканей. Их утилизация в организме позволит организму получить дополнительный питательный ресурс.

Ежедневная потребность взрослого человека в органических кислотах составляет около 2 г и может быть полностью удовлетворена за счет употребления в пищу овощей, плодов, кисломолочных продуктов.

Показатели кислотности продуктов свидетельствуют о накоплении

вних различных органических кислот, которые синтезируются в различных биохимических процессах. Так, в основном кислотность молока зависит от деятельности кисломолочных бактерий, продукты жизнедеятельности которых приводят к его скисанию. Высокая кислотность капусты обусловлена кислотами, которые накапливаются в продукте во время его квашения. При хранении фруктов и ягод наблюдаются процессы

180

10.16. Функции углеводов

биохимического брожения, которые протекают при участии бактерий. Некоторые органические кислоты (молочная, пропионовая, масляная) образуются в соответствующих процессах брожения (молочнокислом, пропионовокислом, маслянокислом).

В виноградных винах летучие органические кислоты в концентрации 0,1% обусловливают появление специфического аромата, а при 0,2% появляется недопустимый кислый вкус из-за высокой концентрации уксусной кислоты, лимонной, виннокаменной, яблочной и др. Небольшое количество органических кислот в сырах улучшает их качество, проявляет специфический запах и приятный вкус.

При послеуборочном дозревании плодов в них может изменяться состав органических кислот. При длительном хранении в неблагоприятных условиях в плодах могут накапливаться свободные жирные кислоты, а также продукты окисления ненасыщенных жирных кислот.

10.16. ФУНКЦИИ УГЛЕВОДОВ

Углеводы в растениях выполняют следующие функции: 1) обеспечивают энергетические потребности живого организма за счет окисления в различных метаболических процессах: гликолизе, ПДК, ЦТК, окислительном фосфорилировании, глиоксилатном цикле и др.; 2) участвуют в протекании процессов синтеза стероидов за счет образования в пентозофосфатном пути НАДФН; кроме того, в результате реакций пентозофосфатного цикла превращения углеводов образуются несколько различных пентоз (рибулоза, рибоза, ксилулоза), которые входят в состав нуклеозидов, нуклеотидов и нуклеиновых кислот; образуемые в пентозофосфатном цикле триозы могут быть использованы в процессах синтеза триглицеридов, фосфолипидов или быть окисленными до СО2 и воды, обеспечивая энергетические потребности клетки; 3) отложение углеводов в форме крахмала обеспечивает их резервирование в растительной клетке; 4) многие углеводы могут входить в состав функциональных белков в результате реакций гликозилирования. Так, например, углеводы, входящие в состав пероксидазы, способны защитить фермент от инактивирующего действия свободных радикалов, образующихся при протекании оксидазных и пероксидазных реакций, обеспечивают растворимость фермента в полярных растворителях, обусловливают взаимодействие фермента с мембранами и за счет этого способствуют встраиванию фермента в определенные участки мембран органелл и клетки, защищают фермент от инактивирующего действия высоких температур и растворителей; 5) в составе мембран клеток и клеточных органелл углеводы способны индивидуализировать их поверхностные структуры, т. е. определяют свойство мембран и придают отличие

181