Напишите уравнение реакции гидролиза целлобиозы (2 видео)

Дисахариды: целлобиоза, мальтоза, сахароза

Молекулы этих углеводов образуются из двух циклических молекул моносахаридов (одинаковых или разных) и построены по типу простых эфиров:

Из всех гидроксильных групп, содержащихся в циклических формах моносахаридов, наиболее легко подвергается замещению гликозидный гидроксид, поскольку связанный с ним атом углерода несет наибольший заряд d+ (этот углерод соединен сразу с двумя атомами кислорода, в то время как остальные лишь с одним). Поэтому в образовании дисахарида участвует гликозидный гидроксид хотя бы одного из двух исходных моносахаридов; второй моносахарид может реагировать или своим полуацетальным гидроксидом, или каким-либо из остальных (спиртовых) гидроксидов.

Сахароза представляет собой дисахарид, имеющий молекулярную формулу С₁₂Н₂₂О₁₁ и построенный из остатков a-глюкозы и b-фруктозы:

В воде сахароза растворяется хорошо, но медленно (в горячей — быстро), на вкус она сладкая. Молекула сахарозы образована при участии двух гликозидных гидроксидов, так что остатки глюкозы и фруктозы входят в состав сахарозы в виде ацеталей. Отсутствие полуацетальных групп делает невозможным равновесие с альдегидной формой. Поэтому сахароза является невосстанавливающим дисахаридом — она не дает качественных реакций на альдегидную группу (например, реакцию «серебряного зеркала»).

При нагревании сахарозы с раствором кислоты происходит ее гидролиз (с разрывом гликозидной связи) и образуется D-глюкоза и D-фруктоза:

Полученный раствор после нейтрализации кислоты дает реакцию «серебряного зеркала» (из-за наличия в нем глюкозы).

Сахароза при действии гидроксида кальция образует растворимые в воде сахараты кальция. Последние имеют характер молекулярных комплексов, а не солей. При действии на них оксида углерода (IV) выпадает осадок карбоната кальция, а сахароза вы-

деляется в свободном виде. Данную особенность используют для очистки сахарозы от соединений кислотного характера и белков в процессе ее промышленного извлечения из сахарной свеклы или сахарного тростника (названные вещества при обработке гидроксидом кальция выпадают в осадок в виде кальциевых солей, а сахароза остается в растворе в виде сахарата).

Мальтоза и целлобиоза имеют молекулярную формулу C₁₂H₂₂O₁₁ и являются изомерами сахарозы. Они образованы из двух молекул D-глюкозы за счет глюкозидного гидроксила одной молекулы и гидроксила, находящегося в положении «4» другой молекулы. В мальтозе остатки D-глюкозы соединены a-гликозидной связью, а в целлобиозе — b-гликозидной связью. Поскольку в одном из этих остатков сохранился гликозидный гидроксил, оба дисахарида могут существовать как в a-, так и в b-форме, которые в растворе находятся в равновесии с альдегидной формой. Вследствие этого мальтоза и целлобиоза являются восстанавливающими дисахаридами — они, в отличие, от сахарозы дают качественные реакции на альдегиды (звездочкой отмечен полуацетальный гидроксил):

Восстанавливающие дисахариды всеми свойствами похожи на моносахариды (см. §11.1). При гидролизе мальтозы или целлобиозы образуется глюкоза.

Существует много других дисахаридов. Например, в молоке содержится лактоза (молочный сахар), ее гидролиз приводит к глюкозе и галактозе (галактоза имеет такую же, как и глюкоза, структурную формулу, но другое пространственное расположение заместителей у одного из четырех асимметрических атомов углерода).

Практически дисахариды получают только из природных источников: из сахарной свеклы и сахарного тростника (сахароза).

Содержание

Экология СПРАВОЧНИК
Информация
Гидролиз целлобиозы
🎦 Видео

Видео:Гидролиз солей. Классификация солей. Решение примеров.Скачать

Экология СПРАВОЧНИК

Видео:Гидролиз солей. 9 класс.Скачать

Информация

Добавить в ЗАКЛАДКИ

Поделиться:

Видео:Гидролиз солей. 1 часть. 11 класс.Скачать

Гидролиз целлобиозы

Установлено, что процесс окисления клетчатки начинается с ее гидролиза последовательно до целлобиозы, глюкозы, а затем происходит окисление промежуточных продуктов до углекислоты и воды.[ . ]

Это аэробные и анаэробные целлюлозные бактерии (Bacillus cellulosae hydrogenicus, Clostridium Omelianskii) и миксобактерия Sorangium cellulosum.[ . ]

При культивировании грибов на растворимом производном целлюлозы /fa-КМЦ (7 ) или целлобиозе (2Í), как одном из конечных продуктов ферментативного гидролиза целлюлозы в качестве единственных источников углерода можно очевидно, предполагать наличие иных механизмов индукции компонентов целлюлазного комплекса и их активности» чем при культивировании на средах с-нерастворимыми целлюлозными субстратами. Известно, что при использовании нерастворимых субстратов в процессах индукции соответствующих ферментов значительную роль играет способность гиф гриба внедряться /в оубстрат, при использовании же растворимых — поверхность всех клеток гиф вступает в контакт с субстратам.[ . ]

Это является убедительным доказательством того, что в первоначальной целлобиозе углеродный атом 4 редуцирующей половины молекулы связан посредством кислородного мсстика с углеродным атомом 1 нередуцирующей половины ее молекулы.[ . ]

Вещество может быть охарактеризовано на основании продуктов, образующихся при его ферментативном гидролизе. Аналогичным образом можно определить наличие целлюлозы в сложной смеси, если при гидролизе последней целлю-лазой образуется целлобиоза. Однако отрицательный результат не всегда свидетельствует об отсутствии данного полимера, например целлюлозы. В некоторых случаях целлюлоза может быть экранирована другим полимером, который препятствует взаимодействию фермента с целлюлозой. Поэтому перед осуществлением ферментативной деструкции необходимо проводить измельчение препарата. Целлюлазу используют для определения целлюлозы в плодовых телах слизевиков (миксомицетов) [72] и в клеточных стенках фико-мицетов [73]. Для идентификации других полиглюканов в грибах применяют аналогичные по составу ферменты: имеются положительные результаты при использовании этих ферментов при изучении структуры сложных полисахаридов [71].[ . ]

Таким методом можно определять глюкозу, фруктозу, маннозу, галактозу, ксилозу, арабинозу. Дисахариды — сахароза, целлобиоза, лактоза, мальтоза — определяют после кислотного гидролиза; определение крахмала и некоторых других полисахаридов можно проводить после слабого кислотного гидролиза.[ . ]

Внутриклеточная > -глюкозидаза в очищенном виде получена у Sporotriohum (Chryeoeporium) thermophile. Оба компонента индуцируются целлобиозой и целлюлозой, но отличаются рядом других свойств /Т93, 269, 302, 394/.[ . ]

Полученный полисахарид не растворялся в горячей щелочи, но был растворим в 85%-ной фосфорной кислоте и высаживался из этого раствора при добавлении воды. При частичном гидролизе полисахарида концентрированной соляной кислотой было получено несколько радиоактивных олигосахаридов, по свойствам идентичных целлодекстрпнам. Из гидролизата был выделен радиоактивный дисахарид, который в двух системах растворителей обладал такой же хроматографической подвижностью, как и цел-лобиоза. При трехкратной перекристаллизации смеси этого дисахарида и целлобиозы степень радиоактивности смеси не изменилась. Единственным продуктом, образовавшимся при действии р-глюко-зидазы на олигосахариды, полученные в результате частичного кислотного гидролиза радиоактивного полисахарида, была глюкоза. Наконец, в результате ацетолиза радиоактивного полисахарида и последующего деацетилирования образовавшегося продукта было выделено вещество, хроматографически идентифицированное как целлобиоза. Все эти факты подтверждают, что образовавшийся в результате биосинтеза полисахарид —■ целлюлоза.[ . ]

Одной из важнейших реакций с точки зрения состава целлюлозы является реакция, включающая в себя ацетолиз, при котором уксусный ангидрид играет такую же роль, как вода при гидролизе, и в то же время влияет на ацилирование фрагментов целлюлозы. Последний восстанавливает раствор Фелинга и гидролизуется кислотой с образованием двух молей глюкозы. Подобный гидролиз производится также эмульсином, что характеризует дисахарид, как ¡3-глюкозид.[ . ]

Он использовал модифицированную инкубационную смесь, содержавшую сахарозу и альбумин. После кислотного гидролиза синтезированного полисахарида была выделена целлобиоза и около 15% ламинарибиозы, в которой О-глюкозные остатки соединены р-(13)-глюкозидными связями. Эти результаты, по-видимому, аналогичны тем, которые получили Ордин и Халл [16] в опытах с колеоптилямн овса.[ . ]

Полученные данные показали, что в течение первых 12-18 ч -до 24 ч культивирования активность экзо- и андоглюканазы I (кривые 1 и 2, рис.26,а) резко возрастает.[ . ]

При ацетолизе хлопковой целлюлозы, если его провести в строго регулируемых условиях, можно получить 40 и белее процентов теоретического выхода октаацетата целлсбиозы. Во время ацетолиза образуются также ацетаты других олигосахаридов, и они смешиваются с тем, что было названо ацетатами целлодек-стринов. Последние явно неоднородны, но некоторые из олигосахаридов были очищены и изучены. Этот продукт был также рассмотрен Ирвином [29], Остом [301 и Хэуорсом и сотрудниками [31]. Однако можно считать, что самые глубокие исследования этой целло-триозы были проведены Фрейденбергом и его сотрудниками. Этот сахар содержит две Й-глюкозидные связи. Его [М]р в хлороформе равняется — 75°, тогда как у октаметилцеллобиозы — —68°. Если бы присутствовала a-связь, то в результате при оптическом анализе можно было бы ожидать высокое правое молекулярное вращение.[ . ]

Вместо моделей растворимых производных целлюлозы эти исследователи изучали растворимые моносахариды и дисахариды, образующиеся при гидролизе целлюлозы. Они надеялись, что, разработав методику определения положения заместителей в глюкозидах, целлобиозе и целлотетраозе при взаимодействии их с разными реагентами, они смогут исследовать продукты деструкции замещенных целлюлоз и таким косвенным путем определить реакционноспособность отдельных ОН-групп в макромолекуле целлюлозы. В настоящее время они добились некоторых успехов в исследовании незамещенных моделей, однако не применили еще полученные данные к замещенным углеводам, а тем более к целлюлозе и ее производным.[ . ]

Брожение целлюлозы. Большая группа высокоспециализированных анаэробных спорообразующих бактерий получает энергию за счет сбраживания целлюлозы. Конечными продуктами брожения являются уксусная, пропионовая, масляная и молочная кислоты, этиловый спирт, водород и углекислый газ. В качестве промежуточных продуктов при гидролизе целлюлозы образуются глюкоза и целлобиоза. И весьма удивительно, что если добавить к среде глюкозу (или другие сахара), то они очень плохо усваиваются либо совсем не используются. А если в среде имеются одновременно глюкоза и клетчатка, то сбраживается прежде всего клетчатка. Это свидетельствует о высокой специализации целлюлозоразлагающих анаэробов.[ . ]

Ордин и Халл [16] установили, что ферменты клеточных стенок колеоптилей (первые трубчатые листочки) овса катализируют биосинтез полисахарида из ГДФ- и УДФ-О-глюкозы и что второй нуклеотид более активный донор глюкозы. Если в качестве субстрата использовали ГДФ-О-глюкозу, то после проведения ферментативного гидролиза полисахарида обнаруживали только целлобиозу и целлотриозу. В другой работе Ордин и Халл [17] осуществили синтез нерастворимого в щелочи полисахарида из УДФ-О-глюкозы, использовав для этой цели ферменты колеоптилей овса.[ . ]

Наряду с катаболитной репрессией описано более иди менее специфическое влияние целого ряда других веществ на биосинтез ферментов. У многих видов микромицетов образование ферментов происходит по типу индукции — репрессии. Так, синтез целдюлазы у отдельных видов индуцируется не только специфическими целлюлозными субстратами, но и продуктами их ферментативного гидролиза. Целлобиоза индуцирует синтез целлюлазы у Neuroepora orassa, Verticillium albo-at-rum, Sporotrichum pulverulentum, Trioboderma viride /202, 214, 246, 295-297J.[ . ]

Следовательно» направленность и последовательность процессов биосинтеза отдельных компонентов целлюлазного комплекса в зависимости от характера целлюлозного субстрата нося неодинаковый характер. При использовании нерастворимых целлюлозных субстратов рост гриба и последующий биосинтез отдельных компонентов целлюлаз лимитируется метаболизируецой грибом глюкозой, которая образуется в результате ферментативного гидролиза субстрата. Изменение содержания внеклеточных компонентов и их активности носит волнообразный характер (спад и подъем). При росте на растворимых производных целлюлозы — Уа-КМЦ и целлобиозе — графическое изображение активности внеклеточных компонентов целлюлаз M.puicheiia ver.sulfures 001 имеет вад экспоненциальных кривых. Отмеченные особенности процессов интерпретируются нами как проявление индукторно-репрессивных механизмов, возникающих под воздействием специфических целлюлозных субстратов и продуктов их ферментативного гидролиза.[ . ]

Аналогичный полисахарид галактоглюкоманнан был выделен из древесины гинкго (Ginkgo biloba) [78] экстракцией холоцеллю-лозы водным раствором щелочи, содержавшим борат. Полисахарид состоял из остатков D-маннозы, Ь-глюкозы и D-галактозы в отношений 18:5: 1. Среднечисловая степень полимеризации его равна 96, средневесовая — 211, [a]D=—36°. Выделенный галактоглюкоманнан представлял собой порошкообразное вещество белого цвета, растворимое в водном растворе гидроокиси натрия.[ . ]

Полученные им данные подтверждают, что в результате жизнедеятельности клеток A. xylinum происходит превращение экзогенного субстрата в целлюлозу и двуокись углерода, причем исходным веществом для синтеза целлюлозы, вероятно, является фосфат гексозы. Глязер [9] впервые осуществил биосинтез целлюлозы в бесклеточной системе из A. xylinum. Нерастворимый фермент, осажденный центрифугированием (lOOOOOg), катализировал перенос остатков D-глюкозы от УДФ-D-глюкозы, меченной изотопом 14С. В результате образовывался радиоактивный полисахарид, нерастворимый в воде и щелочи. Методом ферментативного гидролиза в присутствии целлюлазы Myrotheciurn verrucaria, а также методом частичного кислотного гидролиза и выделения целлобиозы, обладавшей постоянной радиоактивностью, было установлено, что синтезированный полисахарид является целлюлозой. Образованию нерастворимой целлюлозы способствовало добавление высокомолекулярных, растворимых целлодекстринов. Ферменты, ответственные за синтез целлюлозы, были отделены от ферментов, катализирующих образование УДФ-Б-глюкозы из a-D-глюкозо-1 -фосфата. Однако содержание в целлюлозе радиоактивной глюкозы составляло только 1—2% того количества, которое содержится в образующейся целлюлозе, когда субстратом является УДФ-0-глюкоза-14С. При использовании УДФ—глюкозы-иС в целлюлозе содержалось приблизительно такое же количество радиоактивной глюкозы, как и в целлюлозе, синтезировапиой Глязером. Барбер также установил, что донором D-глюкозы-НС при биосинтезе целлюлозы может служить и ТДФ-0-глюкоза-14С, но она менее активна, чем УДФ-0-глкжоза-14С. Целлюлоза не образовалась, когда в качестве субстрата применили другие нуклеотиды.[ . ]