Как превратить целлюлозу в крахмал
Группе исследователей из Виргинского политехнического института (США) под руководством уже знакомого нам Персиваля Чжана удалось превратить целлюлозу в крахмал, точнее — в один из его полисахаридов под названием амилоза.
Примерно треть сырья превращалась в крахмал-амилозу, оставшееся гидролизовалось до глюкозы, которую можно было использовать для получения этанола с помощью дрожжей. По сути, созданная ферментативная цепочка позволяет более экономно (или, если угодно, более экологично) распоряжаться сельскохозяйственными растительными ресурсами. Например, зелёные части злаковых культур, которые идут на корм крупному рогатому скоту, можно использовать как в пищевой промышленности, так и для получения биотоплива. Кроме того, в крахмал можно преобразовывать и ту целлюлозу, из которой сложена бумага, что добавляет методу экологических «очков». Метод превращения целлюлозы в крахмал ещё требует доработки, чтобы его можно было использовать в промышленности, однако уже сейчас ясны его преимущества: он не требует ни каких-либо дополнительных химических реагентов, ни особо сложного оборудования, притом безопасен для окружающей среды ввиду отсутствия токсичных отходов. http://www.vtnews.vt.edu/articles/2013/04/041613-cals-zhangstarch. You have no rights to add a new comment. May be you need to register on the site. Архив новостей
|
htmlВ ходе каких реакций в природе получаются: глюкоза, фруктоза, сахароза, крахмал, целлюлоза.
Области их примененияПохожие презентации:
Сложные эфиры. Жиры
Физические, химические свойства предельных и непредельных карбоновых кислот, получение
Эндокринная система
Анатомо — физиологические особенности сердечно — сосудистой системы детей
Хронический панкреатит
Топографическая анатомия верхних конечностей
Анатомия и физиология сердца
Газовая хроматография
Мышцы головы и шеи
Хроматографические методы анализа
1. Тема: В ходе каких реакций в природе получаются: глюкоза, фруктоза, сахароза, крахмал, целлюлоза. Области их применения.
Выполнили: Отчесова Марина, Петелина Дарья,Поверенная Кристина, Лунькова Анастасия, Протасова
Юлия, Журавкова Юлия
10 А класс
2. Углеводы
Углеводы имеют общую формулу Сn(Н2О)mвходят в состав клеток и тканей всех растительных и животных
организмов и по массе составляют основную часть органического
вещества на Земле.
На долю углеводов приходится около 80%сухого вещества растений и около 20% животных. Растения
синтезируют углеводы из неорганических соединений углекислого газа и воды (СО2 и Н2О) в процессе фотосинтеза:
6СО2 + 6Н2О
свет, хлорофилл→
C6h22O6 + 6O2
Углеводы
Моносахариды
Глюкоза
Фруктоза
Рибоза
Дисахариды
Полисахариды
Сахароза
Крахмал
Лактоза
Целлюлоза
4. В процессе обмена веществ они расщепляются на отдельные молекулы моносахаридов, которые в ходе многостадийных химических
Глюкоза C6h22O6 – наиболее важный извсех моносахаридов, так как она является
структурной единицей большинства
пищевых ди- и полисахаридов.
В процессе обмена веществ они расщепляются на
отдельные молекулы моносахаридов, которые в ходе
многостадийных химических реакций превращаются в
другие вещества и в конечном итоге окисляются до
углекислого газа и воды – используются как «топливо»
для клеток. Глюкоза – необходимый компонент обмена
углеводов.
При снижении ее уровня в крови или высокойконцентрации и невозможности использования, как это
происходит при диабете, наступает сонливость, может
наступить потеря сознания (гипогликемическая кома). Она
содержится в плодах и ягодах и необходима для
снабжения энергией и образования в печени гликогена
(запасной углевод человека и животных).
5. Много глюкозы содержится в
Мёд в основном состоит изсмеси глюкозы с
фруктозой.
в виноградном соке,
поэтому глюкозу иногда
называют виноградным
сахаром.
Так как глюкоза легко усваивается организмом, её
используют в медицине в качестве укрепляющего
лечебного средства при явлениях сердечной слабости,
шоке, она входит в состав кровозаменяющих и
противошоковых жидкостей. Широко применяют глюкозу
в кондитерском деле (изготовление мармелада,
карамели, пряников и т. д.), в текстильной
промышленности в качестве восстановителя, в качестве
исходного продукта при производстве аскорбиновой
кислоты, для синтеза ряда производных сахаров и т.
д.Большое значение имеют процессы брожения глюкозы.
Так, например, при квашении капусты, огурцов, молока
происходит молочнокислое брожение глюкозы, так же
как и при силосовании кормов.
7. Глюкоза в химических реакциях в природе
Спиртовое брожение — биохимическаяреакция брожения, осуществляемая
микроорганизмами, в результате которой
углеводы, преимущественно глюкоза,
преобразуется в молекулы этанола и
углекислого газа. Реакция происходит в
бескислородной среде и является
разновидностью клеточного дыхания
Суммарное уравнение
С6Н12О6 дрожжи 2С2Н5ОН + 2СО2
9. Молочное брожение
Суммарная реакция гомоферментативногоброжения:
глюкоза + 2ФН + 2АДФ
2 лактат + 2АТФ + 2h3O
Суммарная реакция гетероферментативного
брожения:
1) глюкоза + ФН + АДФ
лактат + АТФ + этанол + СО2
2) глюкоза + 2ФН + 2АДФ + НАД+
лактат + 2АТФ + ацетат + СО2+ НАДН2
Фруктоза C6h22O6 является одним из самых
распространенных углеводов фруктов, содержится в
мёде.
В отличие от глюкозы она может без участияинсулина проникать из крови в клетки тканей. По этой
причине фруктоза рекомендуется в качестве наиболее
безопасного источника углеводов для больных
диабетом.
Сахароза С12Н22О11, образован молекулами глюкозы и
фруктозы. Содержание сахарозы в сахаре 99,5%. Сахар
часто называют «носителем пустых калорий», так как
сахар – это чистый углевод и не содержит других
питательных веществ, таких, как, например, витамины,
минеральные соли. Сахароза содержится в сахарном
тростнике и сахарной свекле, а также в сладостях.
12. Химические реакции с сахарозой
Реакция сахарозы с водой.Важное химическое свойство сахарозы
– способность подвергаться гидролизу
(при нагревании в присутствии ионов
водорода). При этом из одной молекулы
сахарозы образуется молекула глюкозы
и молекула фруктозы:
С12Н22О11 + Н2О
t, h3SO4→
С6Н12O6 + С6Н12O6
Крахмал (С6Н10О5)n природный полимер, он
накапливается в виде зерен,
главным образом в клетках
семян, луковиц, клубней, а
также в листьях и стеблях.
Крахмал — белый порошок,
нерастворимый в холодной
воде. В горячей воде он
набухает и образует клейстер.
Крахмал чаще всего получают
из картофеля. Для этого
картофель измельчают,
промывают водой и
перекачивают в большие
сосуды, где происходит
отстаивание. Полученный
крахмал еще раз промывают
водой, отстаивают и сушат в
струе теплого воздуха.
14. Крахмал в химический рекциях в природе
Крахмал – основной источникрезервной энергии в растительных
клетках – образуется в растениях в
процессе фотосинтеза и накапливается
в клубнях, корнях,
семенах:
6CO2 + 6h3O
свет, хлорофилл
→
C6h22O6 + 6O2
15. Содержание крахмала в различных продуктах
86%72%
75 — 80%
15 – 25%
16. Применение крахмала
Крахмал применяется дляотделки тканей,
накрахмаливания белья.
Получаемые с помощью
крахмала декстрины
используются в качестве
клея.
Патока, которую
применяют в
кондитерской
промышленности.
Целлюлоза или клетчатка (С6Н10О5)n , один из самых
распространённых природных полимеров; главная
составная часть клеточных стенок растений,
обусловливающая механическую прочность и эластичность
растительных тканей.
30%
75%
97—98%
75—90%
Целлюлоза используется человеком с очень
древних времен. Сначала применяли
древесину как горючий и
строительный материал; затем хлопковые,
льняные и другие волокна стали
использовать
как текстильное сырье. Первые
промышленные способы химической
переработки
древесины возникли в связи с развитием
бумажной промышленности.
Бумага – это тонкий слой волокон клетчатки, спрессованных
и проклеенных
для создания механической прочности, гладкой поверхности, для
предотвращения
растекания чернил. Первоначально для изготовления бумаги
употребляли растительное сырье, из
которого чисто механически можно было получить необходимые
волокна, стебли риса (так
называемая рисовая бумага),хлопка, использовали также изношенные
ткани.
19. Химические реакции с целлюлозой
Целлюлоза при нагревании сразбавленными кислотами подвергается
гидролизу. Гидролиз целлюлозы
происходит при нагревании в кислой
среде. Конечным продуктом гидролиза
является глюкоза.
При длительном нагревании с
минеральными кислотами или под
действием ферментов (у жвачных
животных) идет ступенчатый гидролиз
целлюлозы
Гидролиз целлюлозы
Ступенчатый гидролиз целлюлозы
Источники информации:
1. http://www.kristallikov.net
2. https://doc4web.ru/himiya/urok-po-temeglyukoza-saharoza-vazhneyshie-predstaviteliuglevod.html
3. https://vladyal.ru/nahozhdenie-v-prirodeglyukoza-saharoza-krahmal-cellyulozahimicheskie
4. https://himija-online.ru/organicheskayaximiya/uglevody/cellyuloza.html
22. СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ!
English Русский Правила
1d Полисахариды — Углеводы — Содержание MCAT
Полисахариды представляют собой длинные цепи моносахаридов, соединенных вместе гликозидными связями .
Цепь полисахарида может быть разветвленной или неразветвленной, и она может содержать различные типы моносахаридов. Общие полисахариды включают крахмала , гликогена и целлюлозы .
Растения способны синтезировать глюкозу, а избыток глюкозы откладывается в виде крахмала в различных частях растения, включая корни и семена. Крахмал – это запасенная форма сахаров в растениях. В крахмале мономеры глюкозы находятся в α-форме (с гидроксильной группой углерода 1, расположенной ниже кольца), и они связаны в основном α-1-4 гликозидные связи (т.е. связи, в которых атомы углерода 1 и 4 двух мономеров образуют гликозидную связь). Амилоза полностью состоит из неразветвленных цепей мономеров глюкозы, соединенных 1-4 связями. Амилопектин представляет собой разветвленный полисахарид. Хотя большинство его мономеров связаны 1-4 связями, периодически возникают дополнительные 1-6 связей, что приводит к точкам ветвления.
Вы можете увидеть это на рисунке ниже:
Гликоген — это форма хранения глюкозы у людей и других позвоночных. Он похож на крахмал, за исключением того, что в нем больше α-1-6 гликозидных связей (примерно 1 на каждые 10 молекул глюкозы), что делает его сильно разветвленным соединением. Гликоген является животным эквивалентом крахмала и представляет собой сильно разветвленную молекулу, обычно хранящуюся в клетках печени и мышц. Всякий раз, когда уровень глюкозы в крови снижается, гликоген расщепляется с высвобождением глюкозы в процессе, известном как гликогенолиз.
Целлюлоза является наиболее распространенным природным биополимером . Клеточная стенка растений в основном состоит из целлюлозы; это обеспечивает структурную поддержку клетки. Древесина и бумага в основном целлюлозные по своей природе. Целлюлоза состоит из мономеров глюкозы, связанных β -1-4 гликозидные связи .
Эти цепи группируются вместе, образуя параллельные пучки, удерживаемые вместе водородными связями между гидроксильными группами. Это придает целлюлозе жесткость и высокую прочность на разрыв.
Целлюлоза специфична для растений, но полисахариды также играют важную структурную роль в нерастительных видах. Например, членистоногие (такие как насекомые и ракообразные) имеют твердый внешний скелет, называемый экзоскелетом, который защищает их более мягкие внутренние части тела. Этот экзоскелет состоит из макромолекулы хитин , напоминающий целлюлозу, но состоящий из модифицированных единиц глюкозы, несущих азотсодержащую функциональную группу.
Ключевые моменты
• Полисахариды образуются в результате гликозидной связи углеводов, а такие полимеры, как целлюлоза, крахмал и гликоген, чаще всего встречаются в природе.
• Крахмал представляет собой молекулу глюкозы, соединенную связью α-1-4; это запасенная форма сахаров в растениях.
• Гликоген такой же, как крахмал, но с дополнительными связями α-1-6 для разветвления; это запасенная форма сахаров у животных (хранится в печени).
• Целлюлоза состоит из молекул глюкозы, связанных β-1-4 гликозидными связями; это основной структурный компонент клеточных стенок растений и основной источник клетчатки в рационе человека.
Ключевые термины
Полисахариды : Длинные цепи моносахаридов, соединенные вместе гликозидными связями.
Гликозидные связи (связи) : Тип ковалентной связи, которая соединяет две молекулы углеводов.
Крахмал : Накопленная форма сахаров в растениях; амилоза неразветвлена и состоит из α-1-4 связей, в то время как амилопектин разветвлен и также включает α-1-6 связи.
Гликоген : Форма хранения глюкозы у человека и других позвоночных; имеет много α-1-6 гликозидных связей и сильно разветвлен.
Целлюлоза : основной компонент клеточных стенок растений; β -1-4 гликозидных связей, обеспечивающих прочность биополимера.
α-1-4 гликозидные связи : Связи, в которых атомы углерода 1 и 4 двух мономеров образуют гликозидную связь.
Амилоза : неразветвленный растительный крахмал, состоящий из моносахаридов, соединенных α-1-4 связями.
Амилопектин : разветвленный растительный крахмал, изготовленный из моносахаридов, соединенных связями α-1-4 и α-1-6.
α-1-6 гликозидные связи : Связи, в которых атомы углерода 1 и 6 двух мономеров образуют гликозидную связь.
Биополимер : Любая макромолекула живого организма, которая образуется в результате полимеризации более мелких объектов.
β -1-4 гликозидные связи : Связи, в которых атомы углерода 1 и 4 двух мономеров глюкозы в их β-форме соединяются посредством гликозидной связи.
Хитин : Аналогично целлюлозе, за исключением того, что мономеры глюкозы имеют азотсодержащую функциональную группу; составляет экзоскелет насекомых.
Молекулярная структура крахмала и целлюлозы
В этой статье мы подробно обсудим молекулярную структуру крахмала и целлюлозы. Итак, давайте начнем.
Знакомство с крахмалом
Крахмал является основным соединением для хранения глюкозы в растениях. По своей природе это полисахарид и биополимер, состоящий из нескольких (тысяч) повторяющихся звеньев глюкозы. Полисахариды относятся к макромолекулам, которые представляют собой полимеры, образованные несколькими моносахаридами, соединенными гликозидными связями в реакции конденсации с образованием цепей. Эти цепи могут быть как разветвленными, так и неразветвленными. Они могут быть прямыми или складными. Крахмал считается полисахаридом, потому что он компактен и нерастворим. Нерастворимость означает, что они не обладают осмотическим эффектом. Поскольку крахмал состоит из нескольких мономеров, для его переваривания требуется больше времени, чем для глюкозы.
На следующей диаграмме показаны различные типы полисахаридов.
Животные не могут синтезировать крахмал; тем не менее, это основной источник питания для животных. Богатые крахмалом растения являются основным источником питания не только для животных, но и для человека. Давайте теперь обсудим молекулярную структуру крахмала
Лучшие доступные репетиторы
Поехали
Компоненты крахмала
Крахмал содержится в растениях в виде гранул крахмала. Он состоит из следующих двух компонентов, которые имеют различные структуры:
- Амилоза
- Амилопектин
Амилоза
Иногда его также называют амилозным крахмалом. Этот полисахарид состоит из мономеров альфа-D-глюкозы и составляет от 10% до 30% крахмала. Амилоза представляет собой неразветвленную спиралевидную цепь, которая имеет 1,4 гликозидные связи между молекулами α-глюкозы. Спиралевидная форма амилозного крахмала позволяет ему быть более компактным и, следовательно, его трудно переваривать.
Амилопектин (70–90% крахмала)
Амилопектин составляет от 70 до 90% крахмала и имеет 1,4 гликозидных связи между молекулами α-глюкозы, но он также создает 1,6 гликозидных связи между молекулами глюкозы, образуя разветвленную молекулу.
Амилопектин разветвляется после каждых 20–30 субъединиц глюкозы. Каждая ветвь амилопектина также имеет одинаковое количество субъединиц глюкозы. Все субъединицы глюкозы в одной ветви связаны альфа-1,4-гликозидными связями, кроме первой. Первая субъединица каждой ветви соединена с исходной цепью через 1,6-гликозидную связь.
Ответвления дают несколько терминальных молекул глюкозы, которые легко гидролизуются для использования в процессе клеточного дыхания. Эти ветви также помогают амилопектину легко храниться.
Свойства амилозы и амилопектина
Поскольку оба компонента обладают разной молекулярной структурой, они обладают разными свойствами. Свойства крахмала представляют собой смесь свойств двух его компонентов, то есть амилозы и амилопектина.
Свойства амилозы
Свойства амилозы перечислены ниже:
- Она характеризуется своей кристаллической природой
- Амилоза нерастворима в холодной воде и обладает большей устойчивостью к пищеварению из-за отсутствия разветвления
- Благодаря амилозе прочность геля
Свойства амилопектина перечислены ниже:
- Растворяется не только в холодной, но и в горячей воде
- Поскольку имеет сильное разветвление, поэтому легко усваивается
- Повышает усвояемость крахмала благодаря разветвлению
Свойства крахмала
До сих пор мы обсуждали индивидуальные свойства компонентов крахмала. Остановимся теперь на коллективных свойствах крахмала.
- Крахмал гидролизуют для получения составляющих сахаров
- Образует гель и становится нерастворимым в воде
- При нагревании разлагается с образованием декстрина
- В растворе йода окрашивается в синий цвет
Биосинтез крахмала
Крахмал биосинтезируется только в растительных клетках.
Ферменты, синтезирующие крахмал, у животных отсутствуют. Процесс биосинтеза крахмала происходит в хлоропластах растительных клеток.
Синтез АДФ-глюкозы является первой стадией биосинтеза крахмала. Эта АДФ-глюкоза играет роль предшественника всех субъединиц глюкозы, присутствующих в крахмале. Синтез АДФ-глюкозы связан с циклом фотосинтеза Кальвина.
Важность крахмала
Крахмал является жизненно важным полисахаридом не только для растений, но также для животных и человека.
В растениях:
- Крахмал в растениях является основным запасным соединением. Растения запасают дополнительную глюкозу в виде крахмала в дневное время и используют ее в качестве энергии в ночное время, когда процесс фотосинтеза прекращается.
- Накопленный крахмал обеспечивает энергию для зародыша растения
У животных:
- Крахмал является основным источником углеводов для животных
- Является источником энергии для животных.
- Животные получают свой углеродный скелет из крахмала.
Этот углеродный скелет можно использовать в синтезе различных других соединений в их телах.
Этот углеродный скелет можно использовать в синтезе различных других соединений в их телах.У человека:
- Как и у животных, крахмал является основным источником углеводов для человека.
- Люди потребляют крахмал в виде злаков, зерен, картофеля и риса.
До сих пор мы обсуждали молекулярную структуру и свойства крахмала. Теперь мы обсудим молекулярную структуру и функции другого важного полисахарида — целлюлозы.
Целлюлоза
Целлюлоза представляет собой полисахарид, подобный крахмалу и гликогену. Это полимер, состоящий из длинных цепей β-глюкозы, соединенных 1,4-гликозидными связями. Поскольку β-глюкоза является изомером α-глюкозы для создания 1,4-гликозидных связей, поэтому последовательные β-глюкозы должны быть повернуты на 180 градусов друг к другу. Между длинными цепями образуется несколько водородных связей из-за инверсии молекул β-глюкозы. Это придает прочность целлюлозе.
Функции целлюлозы
- Целлюлоза является основным структурным компонентом клеточных стенок благодаря своей прочности, которая является следствием наличия нескольких водородных связей между параллельными цепями микрофибрилл
- Целлюлоза характеризуется высокой прочностью на растяжение, что позволяет ей больше растягиваться без ломать.
