13.10.2015 1 UGLJENI HIDRATI U ISHRANI Ugljeni hidrati – značaj i uloge • sastoje se iz atoma C, H i O • nastaju u procesu fotosinteze u biljkama ili glikoneogeneze u humanom organizmu • najvažniji su izvori energije za čoveka • rezerva energije kod ljudi – glikogen u biljkama – skrob • štede proteine • dijetna vlakna su neophodna za normalana rad digestivnog trakta i optimalnu mikrofloru u GIT • strukturna uloga u biljkama – celuloza, lignin kod životinja – hitin • komponente glikozida, glikolipida • učestvuju u biološkom transportu, međućelijskom raspoznavanju (krvne grupe), aktivaciji faktora rasta, modulaciji imunog odgovora, adheziji ćelija, savijanju proteinskih lanaca • zdravstveni efekti: kariogeni potencijal monosaharida dokazan • moguća uloga u etiologiji dijabeta • u hrani: sladak ukus struktura namirnica (bulk)
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
13.10.2015
1
UGLJENI HIDRATI U ISHRANI
Ugljeni hidrati – zna čaj i uloge• sastoje se iz atoma C, H i O• nastaju u procesu fotosinteze u biljkama ili glikon eogeneze u
humanom organizmu• najvažniji su izvori energije za čoveka• rezerva energije kod ljudi – glikogen
u biljkama – skrob• štede proteine• dijetna vlakna su neophodna za normalana rad digest ivnog trakta i
optimalnu mikrofloru u GIT• strukturna uloga u biljkama – celuloza, lignin
kod životinja – hitin• komponente glikozida, glikolipida• učestvuju u biološkom transportu, me đućelijskom raspoznavanju
• zdravstveni efekti: kariogeni potencijal monosahari da dokazan• mogu ća uloga u etiologiji dijabeta• u hrani: sladak ukus
struktura namirnica (bulk)
13.10.2015
2
Naziv ugljeni hidrati u hemijskom pogledu nije ispra vanBruto hemijska formula ve ćine ugljenih hidrata:
CnH2nOn ili C n(H2O)n
- ugljeni hidrati čiji se hemijski sastav razlikuje od ove opšte formule: dezoksi še ćeri, amino še ćeri, tio še ćeri
- jedinjenja čiji hemijski sastav odgovara ovoj formuli, a ne spadaju u ugljene hidrate: foemaldehid, sir ćetna i mle čna kiselina i njihovi anhidridi i dr.
Hemijska definicijaugljeni hidrati su aldehidni ili keto derivati poli hidroksilnih alkohola i njihovi kondenzacioni proizvodi
Podela prema proizvodima hidrolize pod dejstvom mineralnih kiselina:
1. Prosti ili monosaharidi koji se ne hidrolizuju
2. Složeni potpunom hidrolizom daju monosaharide:- disaharidi daju hidrolizom 2 molekula monosaharida- oligosaharidi daju hidrolizom 3-10 molekula monosa harida- polisaharidi daju hidrolizom veliki broj molekula monosaharida
13.10.2015
3
Monosaharidi (še ćeri)
Monosaharidi su polioksi aldehidi ili polioksi α-ketoni
Podela prema karakteru karbonilne grupe i prema broju C atoma :aldoze tetrozeketoze pentoze
heksozeheptoze
karakter karbonilne grupe + broj C atoma + ozaaldo-keto-
tri-, tetra-, penta-,heksa-, hepta-
-oza
Ime šećera se izvodi:
Konfiguracija monosaharida
Broj stereoizomera osnovnih monosaharida normalne g rađe
-nazivi ketoza se prave iz naziva odgovaraju će aldoze tako štp se šre nastavka –oza doda “ul”
Cikli čna struktura monosaharida
Razlike u ponašanju monosaharida i aldehida i keton a:-mutarotacija-ne boje fuksin-sumpornu kiselinu-ne daju kristalna adiciona jedinjenja sa NaHSO 3 (Schiffov reagens)-sa alkoholima daju monoacetale (gube redukcione oso bine)
Aldehidi reaguju sa alkoholima grade ći poluacetale i acetale
13.10.2015
6
Cikli čna struktura monosaharida nastaje stvaranjem poluac etala intramolekulskom reakcijom aldehidne grupe u hidrat nom obliku ili keto grupe sa alkoholnom grupom sa petog (piranoze) ili četvrtog C atoma (furanoze)
struktura pirana struktura furana
OH
OH
+ H2O - H2O
D-(+)glukoza D-(+)glukopiranoza
nov hiralni centar
*
D-(+)glukofuranoza
α-D-glukopiranoza
Pri ciklizaciji nastaje nov hiralni centar na prvom C atomu kod aldoza i na drugom C atomu kod ketoza
cikli čna Fišerova formula cikli čna Haworthova formula
13.10.2015
7
α-oblik – kad je OH grupa: sa desne strane u Fisherov oh formuliispod ravni prstena u Haworthovoj formuli
β-oblik – kad je OH grupa: sa leve strane u Fisherovo h formuliiznad ravni prstena u Haworthovoj formuli
α-D-glukoza β-D-glukoza
α- i β- oblici su anomeri – razlikuju se po konfiguraciji s amo na jednom C atomu
13.10.2015
8
α-D-glukopiranoza β-D-glukopiranoza
acikli čni aldehidni oblik
α i β cikli čni oblici i acikli čni oblik stoje u dinami čkoj ravnoteži čime se objašnjava pojava mutarotacije i redukcione osobine
Mutarotacija je pojava da sveže pripremljeni rastvor nekih monosaharida menja ugao skretanja polarizovane svetlosti, što se objašnjava postizanjem ravnotežnog stanja izme đu α i β anomera
rastvor u stanjuravnoteže
Mala koli čina kiseline ili baze trenutno završava mutarotacij u
13.10.2015
9
Važna jedinjenja dobijena iz še ćera
Aldoze redukcijom daju jedan še ćerni alkoholi, a ketoze dva
Slatkog ukusa, zamene za še ćer u dijetetskim namirnicama
Glikozidi
Glikozidna OH grupa je poluacetalna OH grupa na 1C atomuO-glikozidi nastaju zamenom H atoma na glikozidnoj grupi prosti m ili složenim ostatkom, aglukonom (digitalis glikozidi, amigdalin itd.)S-glikozidi – glikozidna veza je uspostavljena preko atoma S (si nigrin)N-glikozidi – glikozidna veza je uspostavljena preko atoma N (ad enozin, uridin)
Aglukoni: alkoholi, fenoli, antrahinoni, derivati f enilbenzopirena, steroli, merkaptoli, jedinjenja sa CN grupom, še ćeri
-nemaju redukcione osobine-hidrolizuju kiselinama i enzimima ( α-glikozidaze, β-glikozidaze)
Prisustvo u namirnicama:-slačica, beli luk, badem, prirodne boje (antocijanske, flavonske, flavonolske), karotenoidi, tanini
13.10.2015
10
Šećeri anomalne gra đe
- aminoše ćeri- dezoksiše ćeri- šećeri razgranatog niza
Aminoše ćeri
Jedna OH grupa je zamenjena amino grupom
glukozamin ulazi u sastav hitina galaktozamin ulazi u sastav hondroproteina hrskavic e
13.10.2015
11
Dezoksi še ćeri
Imaju jedan atom kiseonika manje nego ugljenikau prirodi postoje 2-dezoksi še ćeri i ω-dezoksi še ćeri
aktoza
Šećeri razgranatog niza
Bočni niz zamenjuje H ili OH grupu
SLOŽENI UGLJENI HIDRATI
• Sastoje se iz monosaharida u cikličnom obliku povezanihglikozidnim vezama.
• Dejstvom razblaženih mineralnih kiselina ili enzima hidrolizuju domonosaharida
• Podela prema broju monosaharidnih jedinica:
- disaharidi (2)
- oligosaharidi (3-10)
- polisaharidi (10- više hiljada)
13.10.2015
12
DISAHARIDI
• Složeni ugljeni hidrati koji hidroliozom daju dva monosaharida.• Veza između dva ista ili različita osatatka monosaharida ostvaruje
se na dva načina:
1. maltozni tip veze (redukcioni disaharidi) uspostavlja se reakcijomglikozidne (poluacetalne) grupe jednog i alkoholne grupe drugogmonosaharida. Imaju slobodnu glikozidnu grupu i sve osobinekarakteristične za nju (redukcione osobine, mutarotaciju, građenjehidrazona, ozazona i dr.)
2. trehalozni tip veze (neredukcioni disaharidi) uspostavlja sereakcijom glikozidnih grupa oba monosaharida. Nemaju slobodnuglikozidnu grupu i ne pokazuju osobine karakteristične za nju.
1. REDUKCIONI DISAHARIDI• Nomenklatura: disaharid dobija osnovno ime po komponenti sa
redukujućim osobinama (završava se sa -oza), dok se ostatak smatrasupstituentom (završava se sa -il)
4-O-(α-D-glukopiranozil)-D-glukopiranoza
- nastaje dejstvom biljnih amilaza na skrob u namirnicama (žitarice,krompir) naročito tokom klijanja.
- slatkog ukusa, dobro rastvorljiva u vodi, dejstvom kvaščevihgljivica previre u alkohol (proizvodnja piva).
13.10.2015
13
• nastaje dejstvom enzima celulaze na celulozu• nema praktični značaj u ishrani
4-O-(β-D-glukopiranozil)-D-glukopiranoza
• mleko je jedina namirnica koja sarži laktozu, kravlje4.5%, humano 6-7%
• slabo slatkog ukusa, lako kristališe u obliku monohidrata, teško se rastvara u vodi
• ne previre dejstvom kvaščevih gljivica
4-O-(β−D-galaktopiranozil)-D-glukopiranoza
13.10.2015
14
2. NEREDUKCIONI DISAHARIDI
• Nomenklatura: monosaharid koji se smatra supstituentom ima nastavak -il a drugi monosaharid nastavak –id.
α-D-glukopiranozil-a-D-glukopiranozid
- Nađena je u šampinjonima i kvascu. - Nema značaja u ishrani
• široka upotreba u svakodnevnoj ishrani• nalazi se u voću i povrću u manjoj količini nego
glukoza i fruktoza• industrijski se dobija iz šećerne repe i šećerne trske
(16-20%)• lako kristališe, dobro je rastvorna u vodi, zagrevanjem
na oko 200oC prelazi u karamel• nema redukcione osobine, određuje se posle hidrolize
- invertni šećersaharoza [α]T
D = +66.5o, invertni šećer [α]T
D = -19.8o, (fruktoza [α]T
D = -93o, glukoza [α]TD = +52.5o)
• previre dejstvom kvaščevih gljivica posle prethodnehidrolize
β-D-fruktofuranozil-a-D-glukopiranozid
saharoza
13.10.2015
15
OLIGOSAHARIDI• Neasimilirajući tri-, tetra- i pentasaharidi se sreću u zrnu graška,
Životinjski svet glikogen hitinhondroitinsulfatimukopolisaharidi
SKROB
• glavni rezervni ugljeni hidrat biljaka • Skrobna zrnca pretstavljaju velike agregate molekula
skroba (2-10 mm), različitog oblika (sverična, ovalna, sočivasta, izdužena ili nepravilna), a satoje se iz koncentrično ili ekscentrično poređanih slojeva.
13.10.2015
17
• Skrob se sastoji iz dve polisaharidne jedinice:
1. amiloza� polisaharid linearnog niza
� 600-1600 ostataka α-D-glukopiranoze međusobno povezanih 1-4 α-glikozidnom vezom.
� M = 2x105 - 2x106
neredukujući kraj redukujući kraj
- većina skrobova sadrži 20-25% amiloze.- skrob graška sadrži oko 60% amiloze, a neke vrste kukuruza je uopšte ne sadrže.
2. amilopektin– polisaharid razgranatog niza – osnovni niz sastoji se od ostataka α-D-glukopiranoze povezanih 1-4 α-
glikozidnom vezom, – bočni nizovi (20-25 jedinica glukoze) povezani su 1-6 α-glikozidnim
vezama. – 4-5% ostataka glukoze povezano je α-1-6 glikozidnom vezom– M = 5x105-5x106
– Amilopektin daje sa jodom ljubičasto obojenje jer su kod njega bočni nizovi kraći
13.10.2015
18
Enzimska hidroliza skroba� β-amilaza cepa 1-4 α-glikozidne do mesta račvanja → granični
dekstrin� α-amilaza hidrolizuje1-4 α−gikozidne veze u unutrašnjosti dekstrina• Izoamilaza hidrolizuje 1-6 α-glikozidne veze
enzimska hidroliza amilopektina
FIZIČKE OSOBINE SKROBA
• Ne rastvara se u hladnoj vodi
• Zagrevanjem:
– na 55-70oC bubri i prelazi u koloidni rastvor
– preko 100oC raste viskozitet i nastaje gusta masa – skrobni lepak
Retrogradovanje skroba• stajanjem koloidnog rastvora skroba uz
hlađenje dolazi do taloženja amiloze
13.10.2015
19
GLIKOGEN
• rezervni polisaharid u jetri i mišićima životinja
• u mesu ga skoro uopšte nema jer tokom zrenja mesa prelazi u mlečnu kiselinu
• struktura glikogena je ista kao amilopektina samo su molekule razgranatije (ima više 1-6 glikozidnih veza)
• sa jodom se boji tamno crveno
• [α]TD = +197o
CELULOZA• najrasprostranjeniji polisaharid u biljnom svetu• sastavni je deo ćelijskih zidova, pamuk (98%), konoplja,
lan• sa ligninom i hemicelulozom glavni je sastojak drvene
mase.• sastoji se iz dugačkih nizova β-D-glukopiranoze
povezanih 1-4 glikozidnom vezom (M = 104-107)
13.10.2015
20
• osnovni disaharid je celobioza
• nerastvorna u vodi, hidrolizuje dejstvom koncentrovanih kiselina, neboji se sa jodom
• bakterije u digestivnom traktu preživara luče enzim celulazu kojihidrolizuje celulozu do glukoze
• u ljudskoj ishrani ima ulogu kao sastavni deo dijetarnih vlakana
• sirovina u industriji hartije, veštačkih vlakana (rejon, viskoza),celuloida, plastičnih masa, nitrolakova i dr.
• dugi nizovi celuloze su međusobno povezani vodoničnim vezama ustabilnu vlaknastu strukturu
HETEROPOLISAHARIDI
HEMICELULOZE
• pratioci celuloze u biljkama• heterogeni sasatav, kraći molekulski nizovi, često
razgranati• uglavnom rastvorljive u vodi• dele se na tri grupe:
1. ksilani, 2. glukomanani i 3. galaktani
13.10.2015
21
PEKTIN
• nalaze se u plodovima voća• u prisustvu šećera i razblaženih kiselina prelaze u
želatinoznu masu (žele)• postoje dva tipa pektina: pektinska i pektininska kiselina
1. pektinska kiselina
• sastoji se iz ostataka D-galakturonske kiseline (α-1-4)
13.10.2015
22
2. pektininska kiselina
• pektinska kiselina koja je metilovana u različitom stepenu
• Moć želiranja zavisi od stepena metoksiliranja (DM -degree of metoxylation)
• DM < 50% - nisko metoksilirani pektini (LM), za njihovoželiranje potrebno je prisustvo Ca2+ jona
• DM > 50% - visoko metoksilirani pektini (HM), brzoželiraju u prisustvu malih količina šećera pri pH 3
13.10.2015
23
INULIN• linearni oligosaharid,
• 2–70 (~32–34) ostataka D-fruktofuranoze (β-1,2)
• niz se završava neredukcionim ostatkom glukoze povezanim saposlednjim molekulom fruktoze 1,2-glikozidnom vezom kao kodsaharoze.
• Inulin je rezervni oligosaharid biljaka iz familija Liliaceae,Amarillidaceae, Gramineae, Compositae i dr.
• industrijski se dobija iz cigure (Cichorium intybus).
• beo prašak bez mirisa i ukusa, rastvorljiv u toploj vodi, molekulskemase oko 5000.
• Levogiran je, nema redukcione osobine i ne boji se sa jodom.
• Nije digestibilan u ljudskom digestivnom traktu
• spada u grupu rastvorljivih dijetarnih vlakana.
VLAKNA U ISHRANI
- ugljeni hidrati (biljnog i životinjskog porekla) i lignin- ne digestiraju se u ljudskom organizmu1. Nerastvorna vlakna
� Celuloza� Lignin – nije ugljeni hidrat (polimer fenil-propana,
Maksimalan dnevni unos– 45 g (smanjuju apsorpciju mineralnih materija)
DIGESTIJA UGLJENIH HIDRATA
• U ustima se delimično hidrolizuje skrob pod dejstvom ptijalina izpluvačke - otcepljuju se dekstrini i mali polisaharidni fragmenti.Dejstvo ptijalina se prekida u kiseloj sredini želudca
• U tankom crevu se svi digestibilni ugljeni hidrati cepaju do mono-saharida koji se apsorbuju
- α-amilaza hidrolizuje a-1-4 glikozidne veze do glukoze
- izoamilaza hidrolizuje a-1-6 glikozidne veze do glukoze
- invertaza hidrolizuje saharozu do glukoze i fruktoze
- laktaza hidrolizuje laktozu do glukoze i galaktoze
- trehalaza hidrolizuje trehalozu do glukoze
• U debelo crevo prelaze nedigestibilni ugljeni hidrati. Oligosaharidileguminoza: rafinoza, stahioza i verbaskoza fermentiraju pod dej-stvom bakterija pri čemu se oslobađaju gasovi
13.10.2015
26
APSORPCIJA UGLJENIH HIDRATA
• Monosaharidi se apsorbuju u tankom crevu:1. aktivnim transportom (uz utrošak energije) nasuprot koncentracionom gradijentu2. difuzijom u pravcu koncentracionog gradijenta
• Neophodna konfiguracija za aktivni transport:- na 2C atomu konfiguracija kao kod glukoze i galaktoze
- piranozni prsten- 6C atoma
• - glukoza najbrže prelazi u krv (do 120 g/h)
• Preko portalnog venskog krvotoka apsorbovani monosaharidi prelaze u jetru
• U jetri se najveći deo galaktoze i fruktoze pretvara u glukozu koja je glavni monosaharid krvi.
- deo glukoze se oslobađa u cirkulaciju
- deo se konvertuje u glikogen i skladišti
- deo se pretvara u druge supstance potrebne organizmu
- deo se oksiduje uz osobađanje energije
• Pik nivoa glukoze u krvi od 120-140 mg/100ml se postiže posle 60 minuta od unošenja hrane
• Glukoza iz krvi ulazi u ćelije gde daje energiju, a delom se konvertuje u glikogen u mišićnom tkivu
13.10.2015
27
3. Glikemijski odgovor UH – glikemijski indeksGlikemijski indeks je parametar koji je prvi put p omenut 1981. godine i koji predstavlja meru odgovora organizma u smislu porast a nivoa glukoze u krvi na unos ugljenih hidrata hrane
GI hrane je definisan kao površina ispod krive pro mena nivoa glukoze u krvi nakon unošenja 50 g ugljenih hidrata iz neke namirn ice/obroka u odnosu na površinu ispod krive dobijene unošenjem iste koli čine standardnog ugljenog hidrata/obroka (u procentima se izražava)
FAO/SZO, 1998
Nikolić M i sar., Medicinska revija, 2013
Novi parametri:Glikemijsko optere ćenje – uzima u obzir koli činu UH u namirniciUkupno glikemijsko optere ćenje ishranom
2. heksozo-monofosfatni šant - alternativni put, sinteza NADPH i riboze
3. Oksidacija piruvata u acetil-CoA - neophodna faza pre ulaska produkata glikolize u ciklus limunske kiseline (ireverzibilna)
4. ciklus limunske kiseline (Krebs-ov ciklus trikarbonskih kiselina) -krajnji zajednički put oksidacije ugljenih hidrata, masti i proteina, pri čemu se acetil-CoA metaboliše do CO2 i H
5. respiratorni lanac - transport H iz Krebs-ovog ciklusa do O sa kojim gradi H2O, pri čemu se sintetiše velika količina ATP
6. glikogenoliza - razlaganje glikogena do glukoze (jetra) ili piruvata i laktata (mišići)
7. glikogeneza - sinteza glikogena iz glukoze
8. glukoneogeneza - nastajanje glukoze iz glikogena ili ne-ugljeno hidratnih izvora (laktat, glicerol i aminokiseline)
• Najveći deo glukoze se koristi za obezbeđivanje energije kroz trostepeni proces: glikoliza, ciklus limunske kiseline i respiratorni lanac.
• U kalorimetru 1 mol glukoze sagorevanjem do CO2 i H2O oslobodi 2870 kJ kao toplotu.
• U tkivima deo energije se ne gubi u obliku toplote, već se akumulira u obliku visiokoenergetskih fosfatnih veza. Po molekulu glukoze oksidisane do CO2 i H2O stvori se 38 ~P veza.
• 38 x 36.8 kJ = 1398 kJ/mol glukoze
• 48,7% ukupne energije pri sagorevanju glukoze je akumulirano u ~P vezama
13.10.2015
29
UGLJENI HIDRATI I BOLESTI1. zubn і kar іjeѕ• Rafіnіѕanі ugіjenі hіdratі, poѕebno ѕaharoza, іmaju vіѕok karіogenі