Fermentai (enzimai) - biologinėse sistemose vykstančių reakcijų katalizatoriai.
Temperatūra veikia visas chemines reakcijas, nes didina kinetinę molekulių energiją.
Savita fermentinių reakcijų greičio priklausomybės nuo temperatūros savybė - didėjant temperatūrai, nuo tam tikros ribos fermentinių reakcijos ima lėtėti.
Temperatūra, kuriai esant fermentinės reakcijos greitis didžiausias, vadinama optimalia temperatūra Topt. Viršijus Topt, fermentų aktyvumas staiga mažėja, nes, didėjant temperatūrai, baltymai denatūruoja.
Šiltakraujų gyvūnų fermentai dažniausiai netenka aktyvumo viršijus 50-55 C temperatūrą.
Seilėse yra sacharidų hidrolizę katalizuojantys fermentai a-amilazė ir maltazė (jos seilėse yra labai nedaug).
Seilių a-amilazės veikiama medžiaga (substratas) yra krakmolas.
Tai polisacharidas, sudarytas iš gliukozės liekanų.
Seilių a-amilazė hidrolizuoja cheminius ryšius krakmolo molekulės viduje, todėl tarpiniai hidrolizės produktai yra įvairios molekulinės masės polisacharidai, vadinami dekstrinais.
Apie hidrolizės eigą galima spręsti atliekant reakciją su jodo tirpalu.
Krakmolas, reaguodamas su jodo tirpalu, sudaro mėlynos spalvos junginius (spalvos intensyvumas priklauso nuo krakmolo koncentracijos).
Dekstrinai, priklausomai nuo jų ilgio, su jodo tirpalu sudaro violetinės ar raudonai rudos spalvos junginius.
Daugelis fermentų tirpaluose nustatomi tik pagal jiems būdingą savitą katalizinį poveikį.
Bet kurios fermento E katalizuojamos reakcijos greitis vertinamas pagal reakcijoje dalyvaujančios medžiagos sunaudojimo arba reakcijos produktų kaupimosi greitį, kitaip - pagal reakcijoje dalyvaujančios medžiagos ar produkto koncentracijos pokytį per laiko vienetą.
Matavimui pasirenkama ta medžiaga, kurios koncentraciją nustatyti lengviausia.
Anaerobinis (be deguonies) fermentinis angliavandenių skaidymas vadinamas rūgimu arba fermentacija.
Fermentacijos metu gali susidaryti organinės rūgštys, etanolis.
Fermentacija naudojama maisto produktų gamybai ir konservavimui, duonos pramonėje, jogurtų, kefyro, sūrių, alkoholinių gėrimų gamybai.
Gliukozės virtimas etanoliu, kuris vyksta mielėse yra vadinamas spiritiniu rūgimu.
Mielės yra vienaląsčiai organizmai, priskiriami grybams.
Žmogaus organizmo baltymams susidaryti būtinos 20 skirtingų aminorūgščių.
Mažiau nei pusė šių amino rūgščių yra priskiriamos esminių, nepakeičiamų aminorūgščių grupei.
Kai kurias aminorūgštis žmogaus organizmas gali pasigaminti pats.
Šios aminorūgštys yra vadinamos pakeičiamomis aminorūgštimis.
Esmines nepakeičiamas aminorūgštis reikia gauti su maistu, jų pasigaminti organizmas negali.
Nepakeičiamos aminorūgštys susidaro skaidant maisto baltymus.
Absorbuotos iš kraujotakos, tačiau nepanaudotos baltymų sintezei aminorūgštys yra skaidomos, azotas šalinamas ir susidariusi energija panaudojama organizmo funkcijoms.
Pagal struktūrą, šios medžiagos iš angliavandenių turi sudėtingiausią molekulės sudėtį.
Dauguma gamtoje aptinkamų angliavandenių yra priskiriami polisacharidams.
Didžioji jų dalis yra augalinės kilmės, pvz., krakmolas (amilozė ir amilopektinas), arabinanas, celiuliozė (ląsteliena), inulinas ir kt.
Nors gali būti ir gyvūninės kilmės (chitinas, glikogenas, hialurono rūgštis) arba bakterijos (mureinas ar dekstranas).
Šiame straipsnyje panagrinėkime tik keletą iš jų pačių svarbiausių ir dažniausiai sutinkamų žmogaus maiste.
Homopolisacharidai (homoglikanai) - visi jame esantys monomerai yra identiški, t.y. jie sudaryti iš vienodų monosacharidų, pvz., glikogenas ar krakmolas sudaryti tik iš D-gliukozė, arba gliukanai sudaryti tik iš gliukozės, galaktanai iš galaktozės ir kt.
Heteropolisacharidai (heteroglikanai) sudaryti iš skirtingų monosacharidų.
Abu šie polisacharidų tipai gali turėti kaip ir linijinį monomerų išsidėstymą, taip ir šakotą.
Monosacharidai dažniausiai yra sujungti 1,4 ar 1,6 glikozidiniais ryšiais, bet būna sujungti ir 1,2 arba 1,3 ar net kitais ryšiais.
Be to, jie būna α- ir β- formų.
Prie viso to dar reikia pridėti ir tai, kad prie polisacharidų yra priskiriamos ir polimerinės medžiagos.
- atsarginiai (rezerviniai) polisacharidai, atlieka energetinę funkciją.
Šie polisacharidai tarnauja kaip gliukozės šaltinis, kurį organizmas naudoja pagal esamą poreikį.
Šių angliavandenių tokia rezervinė funkcija yra nulemta dėl jų polimerinės kilmės.
Polisacharidai yra mažiau tirpūs negu monosacharidai, vadinasi jie neturi poveikio osmosiniam slėgiui ir dėl to jie gali kauptis ląstelėje, pvz., krakmolas - augalų ląstelėse, glikogenas - gyvūnų ląstelėse.
Krakmolas
Krakmolas - jei ne pats svarbiausias, tai vienas iš svarbesnių žmogaus mitybos angliavandenių.
Tai augalų rezervinis polisacharidas, kurių daug yra grūduose - kviečiuose, kukurūzuose, ryžiuose ir kt. (iki 45 % iš sausos jų masės), taipogi augalų svogūnėliuose, stiebuose ir gumbuose (bulvėse apie 65 %).
Krakmolas yra polisacharidas (homoglikanas) sudarytas iš gliukozės molekulių.
- Amilozė - linijinis nešakotas polisacharidas, sudarytas iš šimtų ar net tūkstančių D-gliukozės monomerų grandinių, kur gliukozės molekulės sujungtos α-1,4-glikozidiniais ryšiais.
Gliukozinės liekanos α-konfigūracijos dėka, polisacharidinė grandinė turi spiralės konfigūraciją.
Tokios spiralės buvimą parodo krakmolo poveikis su jodu.
Po poveikio su jodu krakmolo amilozės spiralė sudaro mėlynos spalvos kompleksinį junginį.
Amilozė blogai tirpsta vandenyje.
- Amilopektinas - šakotą molekulę turintis gliukozės polimeras.
Atsišakojimo vietose gliukozės liekanos sujungtos α-1,6-glikozidiniais ryšiais.
Atsišakojimai nustatomi kas 20-30 gliukozės molekulių liekanų.
Nešakotose vietose gliukozės molekulės sujungtos tarpusavyje α-1,4-glikozidiniais ryšiais.
Kalbant bendrai apie krakmolą, tai kaip jau supratome jo struktūra susideda iš ilgos gliukozės molekulių grandinės, kuri organizme be suskaidymo negali pasisavinti.
Žmogaus organizme krakmolas yra skaidomas veikiant tam tikriems fermentams (pvz., amilazei), kurių dėka yra suardomi glikozidiniai ryšiai.
Suskaidytas krakmolas iki gliukozės yra rezorbuojamas į kraują ir pasisavinamas.
Priklausomai nuo maisto rūšies krakmolo molekulės yra įvairaus dydžio ir sudėtingumo, pavidalo ir skilimo greičio.
Glikogenas
Glikogenas - polisacharidas būdingas gyvūnų ir žmogaus organizmams.
Panašiai kaip krakmolas augaluose, glikogenas gyvūnų organizmų ląstelėse atlieka rezervinę funkciją, t.y. organizmo pagrindinė gliukozės saugojimo forma.
Glikogenas struktūriškai yra panašus į krakmolą (amilopektiną), bet yra labiau šakotesnis: maždaug kas 8-12 gliukozės molekulių yra α-1,6-glikozidinis ryšys, o linijinės glikogeno grandinių dalys sujungtos α-1,4-glikozidiniu ryšiu.
Tokiu būdu susidaro glikogeno „medžio” (išsišakojusi) pavidalo struktūra.
Glikogeno molekulėje yra tik viena laisva anomerinė OH-grupė, t.y.
Daugelis organizmo audinių sintetina glikogeną kaip rezervinę gliukozės formą.
Glikogeno sintezė ir skaidymas aprūpina kraujo gliukozės koncentracijos pastovumą ir dalis jo yra sandėliuojama, kad esant būtinybei audiniai juo galėtu pasinaudoti.
Daugiausiai glikogeno yra kepenyse (iki 5 -7 % bendro svorio) ir raumenyse (iki 2 % raumenų masės).
Kepenų glikogenas svarbus tuo, kad tiekia gliukozę į kraują jos pastovios koncentracijos ten palaikymui.
Kiti organai, savo energetiniam palaikymui, iš kraujo tą gliukozę gali pasiimt.
Raumenų glikogenas yra skaidomas pačiuose raumenyse jų energijos palaikymo poreikiams, į kraują jis nėra tiekiamas.
Skaidulinės medžiagos
Skaidulinės medžiagos - angliavandeniams priskiriamos augaluose esančios medžiagos: celiuliozė, hemiceliuliozė, ligninas, pektinas, dervingosios medžiagos (dervos).
Maistinės skaidulos pagrinde yra nesuvirškinami maisto komponentai.
Taigi, nors šios medžiagos tik dalinai skaidomos arba visai neskaidomos, jos vis viena yra reikalingos organizmui.
Maistinės skaidulos negali būti energijos šaltiniu, bet turi eilę savybių, kurių dėka gali įtakoti medžiagų apykaitą.
Žmogaus paros skaidulinių medžiagų poreikis yra apie 25-30 g, jis turi sudaryti maždaug apie 10 % paros maisto davinio.
Reikia paminėti, kad skaidulinės medžiagos lėtina ne tik angliavandenių pasisavinimą, bet ir baltymų ar riebalų.
Tai gali padėti norint sulieknėti ir atvirkščiai, pakenkti norint priaugti kūno masės.
Padidina virškinamo maisto tūrį ir papildomai suteikia greitesnį sotumo jausmą (pvz., daržovės su mėsa suteiks didesnį sotumo jausmą bei geresnį virškinimą, nei viena mėsa).
Skaidulinės maisto medžiagos skirstomos į tirpias ir netirpias vandenyje.
Žinoma tai nėra vienintelis jų skirtumas, kadangi jų sudėtis taipogi gali skirtis, fiziologinis poveikis žmogaus organizmui irgi gali būti skirtingas.
Celiuliozė
Celiuliozė - pagrindinis augalų struktūrinis polisacharidas.
Tai vienas iš labiausiai paplitusių organinių junginių žemėje.
Celiuliozė - linijinis polisacharidas homoglikanas, sudarytas iš gliukozės molekulių, kurios sujungtos β-1,4-glikozidiniais ryšiais.
Žmogaus virškinimo sistemoje nėra fermentų, kurie galėtų skaidyti polisacharidų β-ryšius, todėl negali naudoti kaip energetinės medžiagos.
Celiuliozės daug yra medienoje ir medvilnėje.
Atrajojančių gyvūnų virškinimo žarnyne yra bakterijų gaminančių reikiamą fermentą, kuris gali hidrolizuoti celiuliozę ir susidariusią gliukozę organizmas panaudoja.
Žmogaus organizme celiuliozė yra nesuvirškinama; ji vandenyje yra netirpi; sugeria vandenį; skatina žarnyno peristaltiką; didina išmatų tūrį; skatina ir palengvina storosios žarnos veiklą (t.y. išmatos greičiau pereina storąją žarną, kas užkerta kelią ne tik vidurių užkietėjimui, bet ir saugo nuo divertikuliozės, spazminio kolito, hemorojaus, storosios žarnos vėžio ir nuo varikozinio venų išsiplėtimo).
Hemiceliuliozė
Hemiceliuliozė - tai didelės molekulinės masės šakotųjų polisacharidų mišinys, kuris yra augalų ląstelės sienelėje.
Hemiceliuliozė yra vandenyje netirpi, sugeria vandenį, šiek tiek apvirškinama.
Kai kurios jos savybės panašios į celiuliozės, pvz., skatina žarnyno peristaltiką, didina išmatų tūrį ir kt.
Žmogaus maiste ji randama rupioje duonoje, kai kuriuose vaisiuose ir daržovėse, sėlenose, javuose.
Ligninas
Ligninas - jį sunku pavadinti angliavandeniu, nors jis ir yra augalų sienelėse, bet jis yra tam tikrų medžiagų (kumarilio, koniferilo ir sinaptilio alkoholio) polimeras.
Pakankamai kietas ir patvarus, vandenyje netirpus, nesuvirškinamas, sugeria organinius junginius.
Šios skaidulos aptinkamos augaluose, sėlenose, grūduose, baklažanuose, žaliuosiuose žirneliuose, žirniuose, ridikėliuose ir kt.
Ilgai sandėliuojant daržoves lignino kiekis jose gali padidėti ir jis tada dar blogiau pasisavinamas.
Ligninas gali mažinti kitų skaidulų pasisavinamumą, sugeria cholesterolį, didina išmatų tūrį ir greitina maisto praėjimą pro žarnyną.
Dervingosios medžiagos (dervos)
Dervingosios medžiagos (dervos) - vandenyje tirpios, gličios ir suvirškinamos.
Jos aptinkamos avižose ir produktuose iš jų, džiovintose pupelėse.
Pektinai
Pektinai - iš dalies suvirškinami ir tirpūs vandenyje.
Tirpūs pektinai yra augalų sultyse, o netirpūs sudaro tarpląstelines medžiagas.
Pektinai prisijungdami vandenį sudaro gelius, tampa glitus.
Aptinkami vaisiuose (oboliuose, citrusiniuose), morkose, kopūstuose, džiovintuose žirniuose, pupose, bulvėse, braškėse, žemuogėse, vaisių gėrimuose ir kt.
Protopektinai
Protopektinai - netirpus pektinų kompleksas su celiuliose ir hemiceliulioze, kurie aptinkami neprinokusiuose vaisiuose ir daržovėse.
Amilazė
Amilãzės (gr. amylon - krakmolas), hidrolazių klasės fermentai, katalizuojantys α‑1,4‑glikozidinių ryšių hidrolizę oligosachariduose ir polisachariduose (krakmole, glikogene, dekstrinuose).
Skiriasi savo struktūra, veikimu ir paplitimu.
Pagal poveikį substratui skiriamos α, β ir γ amilazės.
- α amilazė (endoamilazė) skaido glikozidinius ryšius molekulės viduje, jos veikiami susidaro dekstrinai, maltozė ir nedidelis kiekis gliukozės; α amilazės randama gyvūnų seilėse, kasos sekrete, augaluose.
- β amilazė (egzoamilazė) skaido polisacharidus iki maltozės ir didelės molekulinės masės dekstrinų; yra augalų sėklose.
- γ amilazė (egzoamilazė) katalizuoja gliukozės ir dekstrinų susidarymą; randama kepenyse, augaluose.