REZERVNE TVARI U STANICIusers.pbf.hr/content/download/27587/107118/version/1/file...Praktikum iz Biologije I Vježba br. 5 76 REZERVNE TVARI U STANICI Rezervne tvari u stanici su tvari

Praktikum iz Biologije I

Vježba br. 5 76

REZERVNE TVARI U STANICI

Rezervne tvari u stanici su tvari koje stanica (tj. organizam) skladišti i služe kao

energetska rezerva te stanice (organizma). Stanica (organizam) ih koristi kada su joj

potrebne, najčešće u nepovoljnim uvjetima (npr. glad, suša, nedostatak hranjivih tvari).

Rezervne tvari možemo podijeliti u tri skupine:

1. Ulja i masti: najbogatiji izvor energije za stanicu (organizam). Životinje skladište

hranjive tvari uglavnom u obliku masti (specijalizirano masno ili adipozno tkivo).

Biljke rjeđe skladište masti, a kada to čine to je uglavnom u organima koji su

odgovorni za razmnožavanje (sjemenke i plod, Slika 1b). Gospodarski najvažnije

biljke uljarice su soja, kikiriki, maslina, uljana repica, itd.

2. Ugljikohidrati: glavni izvor energije u organizmu. Biljke skladište ugljikohidrate u

obliku škroba, a životinje u obliku glikogena (Tablica 3 i Slika 6). Škrob se, kao

glavna rezervna tvar biljaka, skladišti u specijaliziranim stanicama koje čine

spremišna tkiva (npr. srčika - spremišno parenhimsko tkivo stabljike (Vježba 3)) i

spremišne organe (npr. gomolji krumpira, Slika 1a). Kod životinja, glikogen se

uglavnom pohranjuje u jetri.

3. Bjelančevine: skladište se i prvenstveno služe kao izvor aminokiselina, za kasniju

sintezu novih bjelančevina. Niti u biljnom niti u životinjskom organizmu

prvenstveno ne služe kao izvor energije (iscrpljuju se zadnji!). (O bjelančevinama

će biti više riječi u Vježbi 7).

a) b) Slika 1. (a) Gomolj krumpira

(Solanum tuberosum) – podzemni spremišni organ, modificirana stabljika u kojoj se skladišti škrob; (b) plod masline (Olea sativa) – koštunica u kojoj se skladište ulja.


Vježba br. 5 77

ULJA I MASTI

Sve spojeve koji se iz živih stanica ili tkiva mogu ekstrahirati pomoću nepolarnih

organskih otapala nazivamo lipidi ili lipidni spojevi. Lipidi su jedna od 4 osnovne skupine

biomolekula (tu ubrajamo i nukleinske kiseline, bjelančevine i ugljikohidrate). U lipide

ubrajamo: ulja, masti, voskove, steroide (npr. kolesterol), fosfolipide, itd. Svi ti spojevi,

dobiveni iz biljaka ili životinja, su netopivi u vodi (hidrofobni).

Prema svojoj kemijskoj strukturi ulja i masti su triesteri alkohola glicerola i

masnih kiselina, ili kraće rečeno trigliceridi (Slika 2). Ulja su trigliceridi koji se pri

sobnoj temperaturi nalaze u tekućem obliku, a masti u čvrstom obliku.

Masne kiseline, koje ulaze u sastav ulja i masti, čine nerazgranati lanci od 14 do

22 atoma ugljika. Veze između ugljikovih atoma mogu biti jednostruke ili dvostruke. Ako

se unutar lanca nalaze samo jednostruke veze tada tu masnu kiselinu nazivamo zasićena

(npr. palmitinska kiselina, Slika 2). Za razliku od toga, ako unutar lanca pojavljuju i

dvostruke veze (npr. unutar lanca oleinske i linolenske kiseline, Slika 2) tada takvu masnu

kiselinu nazivamo nezasićena.

Trigliceridi mogu biti esteri jednakih ili različitih masnih kiselina. Koje će masne

kiseline biti vezane za glicerol odrediti će da li će konačan produkt biti ulje ili mast.

Naime, trigliceridi s većom zastupljenošću zasićenih masnih kiselina izgrađuju masti (npr.

maslac, Tablica 1), a trigliceridi sa većom zastupljenošću nezasićenih masnih kiselina

izgrađuju ulja (npr. maslinovo ulje, Tablica 1).

Slika 2. Triglicerid. Lijevo na slici označen je glicerol, a desno se vezana za glicerol nalaze tri lanca masnih kiselina.

glicerol

palmitinska kiselina

oleinska kiselina

linolenska kiselina


Vježba br. 5 78

Tablica 1. Sastav masnih kiselina u pojedinim mastima i uljima.

Ulje ili mast % masne kiseline

zasićene nezasićene laurinska miristinska palmitinska stearinska oleinska linolna linolenska

živo

tinj

e

Maslac 2,5 11,1 29 9,2 26,7 3,6 - Loj - 1,3 28,3 11,9 47,5 6 - Jetra riba

- 5,8 8,4 0,6 29,1 29,1 -

Kitovo ulje

0,2 9,3 15,6 2,8 35,2 - -

biljke

Kakao maslac

- - 24,4 35,4 38,1 2,1 -

Kokosov orah

45,4 18 10,5 2,3 7,5 - -

Kukuruz - 1,4 10,2 3 49,6 34,3 - Maslina - - 6,9 2,3 84,4 4,6 - Kikiriki - - 8,3 3,1 56 26 Sjeme soje

0,2 0,1 9,8 2,4 28,9 50,7 6,5

Važnost masti za životinjski organizam:

• Esencijalni vitamini A, D, E i K su topivi u mastima (uljima). To znači da ti vitamini

mogu biti apsorbirani i pohranjeni jedino zajedno s mastima.

• Masti su glavni oblik rezervne tvari u životinjskim organizmima. Stanice koje su

specijalizirane za skladištenje masti čine specijalizirano masno ili adipozno tkivo.

Tijekom nepovoljnih uvjeta (glad), u masnim stanicama mast se razgrađuje na glicerol

i masne kiseline, koji tada služe kao izvor energije.

• Masno tkivo služi za privremenu pohranu "štetnih" tvari (npr. toksičnih tvari iz

hrane). Na taj način organizam štiti vitalne organe, a kasnije te "štetne" tvari mogu

biti metabolički obrađene i izlučene iz organizma (ekskrecija putem urina ili

fekalija).

• Održavanje tjelesne temperature. Smeđe masno tkivo je specijalizirani oblik masnog

tkiva u ljudi, nekih glodavaca i nekih životinja koje hiberniraju. Uglavnom je

smješteno oko vrata i velikih krvnih žila u prsnom košu. Stanice smeđeg masnog tkiva

bogate su mitohondijima, a proizvode toplinu „rasparivanjem“ respiracijskog lanca

tijekom oksidativne fosforilacije. U normalnom procesu oksidativne fosforilacije,


Vježba br. 5 79

akceptori elektrona (NADH+ i FADH2) dalje predaju elektrone lancu proteina -

prenositelja elektrona smještenih na unutrašnjoj membrani mitohondrija. Elektroni

prelaze preko lanca prenositelja prelazeći tako s više energetske razine na nižu, pri

čemu se svakim prijenosom oslobađa energija. Ovako oslobođena slobodna energija

koristi se za transport protona (H+) protivno njihovom koncentracijskom gradijentu

iz mitohondrijskog matriksa u međumembranski prostor jer prenositelji elektrona

djeluju i kao protonske crpke. Nastali elektrokemijski gradijent protona između

međumembranskog prostora (između unutarnje i vanjske membrane mitohondrija) i

matriksa mitohondrija omogućuje povratak protona u matriks mitohondrija olakšanom

difuzijom (kroz proteinski nosač – ATP-sintaza proteinski kompleks) pri čemu

nastaje ATP. U smeđem masnom tkivu, mitohondrijima se signalizira da omoguće

difuziju protona bez proizvodnje ATP-a. Naime, na unutrašnjoj membrani

mitohondrija postoje proteini (engl. „uncoupling proteins“) koji preusmjeravaju

protone da se olakšanom difuzijom ne vraćaju kroz ATP sintazu (nema proizvodnje

ATP-a), već se, prolaskom kroz te proteine, energija nastala zbog elektrokemijskog

gradijenta protona između međumembranskog prostora i matriksa mitohondrija

oslobađa kao toplina.

• Održavanje zdravlja kože i kose.


Vježba br. 5 80

UGLJIKOHIDRATI

Od 4 osnovne skupine biomolekula, u koje ubrajamo i proteine, lipide i nukleinske

kiseline, u živim organizmima ugljikohidrati su najzastupljeniji. Obavljaju mnogobrojne

funkcije, pa uz spremišnu ulogu (škrob, glikogen), mogu imati i strukturnu funkciju

(celuloza, hitin), a mogu imati i bitnu ulogu u mnogobrojnim biološkim procesima u stanici

(npr. stvaranje krvnog ugruška, imunosni odgovor, oplodnja, embrionalni razvitak).

Ugljikohidrati se još nazivaju i saharidi.

U stanicama nalazimo različite vrste ugljikohidrata. Prema kemijskoj strukturi

ugljikohidrati su organske molekule, točnije to su polihidroksi (sadrže velik broj

hidroksilnih ili –OH skupina) aldehidi ili ketoni i njihovi derivati. Polihidroksi aldehidi

sadrže aldehidnu (reducirajuću) skupinu, a ketoni sadrže keto-skupinu. Napomena:

aldehidna i keto skupina su karbonilne skupine.

a) aldehidna skupina (reducirajuća) ili b) keto-skupina (nereducirajuća)

Najjednostavnije ugljikohidrate nazivamo monosaharidi (npr. glukoza, Slika 4).

Kada se 2 monosaharida povežu zajedno tada ih nazivamo disaharidi, a ako ih je 3 ili više

polisaharidi (Slika 3). Mnogi monosaharidi, ovisno o uvjetima, mogu postojati u dva oblika:

linearnom i cikličkom. Linearni oblik sadrži slobodnu karbonilnu skupinu (aldehidnu ili

keto), a prilikom ciklizacije ta skupina zatvara monosaharidni lanac u prsten. Stoga

ciklički monosaharidi (Slika

4) ne sadrže slobodnu

karbonilnu, već samo

hidroksilne skupine.

α-1,4-glikozidna veza

α-1,6-glikozidna veza

Slika 3. Molekularna građa škroba (amilopektin).


Vježba br. 5 81

1) Monosaharidi su najjednostavniji ugljikohidrati (ne mogu se razgraditi na još

jednostavije). Njihova osnovna empirijska formula je (C•H2O)n, gdje n označava broj

ugljikovih atoma i on može biti 3 – 6 C atoma. Podijela monosaharida napravljena je

s obzirom na sljedeće značajke:

a. Koju karbonilnu skupinu imaju: monosaharidi koji sadrže aldehidnu skupinu su

aldoze (npr. gliceraldehid i glukoza), a oni koji sadrže keto-skupinu su ketoze

(npr. dihidroksiaceton i fruktoza).

b. Broj ugljikovih atoma: Tablica 2 prikazuje nazive različitih monosaharida s

obzirom na broj ugljikovih atoma koji sadrže.

Tablica 2. Nomenklatura monosaharida.

c. α i ß-anomerni oblik: Pentoze i heksoze vrlo lako cikliziraju u vodenoj otopini. C

atom za koji je u linearnom obliku vezana karbonilna (aldehidna ili keto) skupina

nazivamo anomerni C atom. U cikličkom obliku na njega je vezana hidroksilna (-

OH) skupina koja se može nalaziti ispod ili iznad razine prstena. Kod α-

anomernog oblika -OH skupina nalazi se ispod prstena (Slika 4a), a kod ß-

anomernog oblika iznad prstena (Slika 4b). Različiti prirodni polisaharidi građeni

su od različitih anomernih oblika monosaharida (primjerice celuloza je građena

od ß-glukoze, a škrob od α-glukoze).

Broj ugljikovih atoma u šećeru Naziv šećera 3 trioza 4 tetroza 5 pentoza 6 heksoza

Slika 4. Anomeri glukoze: (a) α-glukoza i (b) β-glukoza.

hidroksilna skupina

anomerni C atom a) b)

α glukoza β glukoza


Vježba br. 5 82

Najvažniji i najčešći monosaharid je glukoza, a ona je zapravo aldoheksoza –

ugljikohidrat koji ima 6 ugljikovih atoma s aldehidnom skupinom (Slika 4). Ostali

monosaharidi koji imaju biološku važnost su fruktoza (ketoheksoza, 6 C atoma s

keto skupinom), manoza (aldoheksoza, 6 C atoma s aldehidnom skupinom), galaktoza

(aldoheksoza, 6 C atoma s aldehidnom skupinom) i riboza (aldopentoza, 5 C atoma s

aldehidnom skupinom).

Monosaharidi predstavljaju najvažniji izvor energije za stanicu (prvenstveno

glukoza), a i sudjeluju i u biosintezi ostalih važnih biomolekula (pentoze riboza i

deoksiriboza ulaze u sastav nukleinskih kiselina; vidi Vježbe 6 i 7).

2) Disaharidi su najjednostavniji polisaharidi koji nastaju spajanjem dvaju molekula

monosaharida pri čemu se stvara glikozidna veza, uz eliminaciju molekule vode

(Slika 5). I obratno, hidrolizom se

raspadaju na dvije molekule

monosaharida. Za većinu najčešćih

i najvažnijih disaharida, zajednička

formula je C12H22O11. U disaharide

se ubrajaju maltoza (spoj 2

molekule glukoze), laktoza (spoj 1

molekule galaktoze i 1 molekule

glukoze), saharoza (spoj 1 molekule

glukoze i 1 molekule fruktoze; Slika 5) i drugi.

Monosaharidi i disaharidi se još zajedno nazivaju i šećeri. To su jednostavni, jestivi

ugljikohidrati slatkog okusa koji se svakodnevno koriste u prehrambene svrhe. U jestive

šećere koje ljudi svakodnevno konzumiraju ubrajamo fruktozu, laktozu, glukozu i

saharozu. Ti osnovni prehrambeni ugljikohidrati se dobivaju iz šećerne trske i šećerne

repe, a također ih nalazimo i u voću i medu. «Šećer» koji koristimo u kuhinji u obliku

bijelih kristalića je disaharid saharoza (Slika 5). Karakteristika svih šećera je da se

otapaju u vodi i pri tome nastaje sirup (npr. javorov sirup). Šećer prisutan u krvnoj

plazmi je glukoza, koja pohranjuje kemijsku energiju koju stanice biološkim procesima

Slika 5. Nastajanje disaharida saharoze.


Vježba br. 5 83

MitohondrijiGlikogenska zrnca

0.5 µm

b)

Glikogen

Kloroplast Škrobna zrnca

Amiloza Amilopektin

1 µm

a)

Slika 6. (a) Škrob i (b) glikogen.

pretvaraju u druge oblike energije.

3) Polisaharidi su polimeri građeni od 3 i više monosaharida. Kao i u disaharidima,

pojedini monosaharidi su u polisaharidima vezani glikozidnom vezom. Najvažniji i

najčešći polisaharidi (celuloza, škrob, glikogen i hitin) su polimeri glukoze.

Međusobno se razlikuju po prirodi glikozidnih veza.

a. Celuloza je najzastupljeniji polisaharid na Zemlji. Građevni je element stanične

stijenke biljaka. Celuloza je polimer β-glukoze (Slika 4b), linearna molekula u

kojoj su glukozni ostaci međusobno povezani β-1,4-glikozidnom vezom.

(Detaljna građa stanične stijenke obrađena je u Vježbi 3!)

b. Škrob (Slike 3 i 6a) je najvažniji pričuvni polisaharid u biljkama. Homopolimer

je α-glukoze (Slika 4a). U većini slučajeva škrob je mješavina dvaju

polisaharida, amiloze i amilopektina (Tablica 3). Kao što se vidi na Slici 6a,

amiloza je nerazgranjena, linearna molekula u kojoj su pojedini glukozni ostaci

povezani α-1,4-glikozidnom vezom. Za razliku od toga, amilopektin je

razgranjen, a ogranci nastaju α-1,6-glikozidnim vezama (Slike 3 i 6a). Dakle, u

amilozi su prisutne α-1,4-glikozidne veze, a u amilopektinu i α-1,4-i α-1,6-

glikozidne veze (Tablica 3). U sjemenkama nekih sorti ječma, kukuruza i riže


Vježba br. 5 84

škrob se sastoji gotovo isključivo od amilopektina, dok sjemenke graška i nekih

drugih sorti kukuruza imaju pričuvni škrob koji sadrži između 50 i 80% amiloze.

c. Glikogen (Slika 6b) je, kao i amilopektin, razgranjeni homopolimer α-glukoze te

sadrži i α-1,4-i α-1,6-glikozidne veze (Tablica 3). Zato se glikogen ponekad

naziva i «životinjski škrob». Za razliku od amilopektina, molekule glikogena su

razgranjenije, a ogranci kraći. Glikogen je glavni pričuvni polisaharid kod

životinja i gljiva.

Tablica 3. Razlike škroba (amiloze i amilopektina) i glikogena.

Škrob Glikogen

Amiloza Amilopektin

Razgranjenost lanca Ne Da (α-1,6 glikozidna veza

na svakom 25. – 30. glukoznom ostatku)

Da (α-1,6 glikozidna veza na svakom 10. –

14. glukoznom ostatku)

Dužina lanca 200 – 1000

glukoznih ostataka 2000 – 22000 glukoznih

ostataka oko 60000 glukoznih

ostataka Veze između

glukoznih ostataka α-1,4-glikozidna

veza α-1,4- i α-1,6-glikozidna

veza α-1,4- i α-1,6-glikozidna veza

Relativna molekularna masa

104 – 105 Da 104 – 106 Da 106 – 107 Da

Obojenje Lugolovom otopinom (I2-KI)

Tamnoplavo do crno Slabo ljubičasto do ružičasto

Smeđe-plavo

d. Hitin (Slika 7) je polimer koji se sastoji od molekula derivata glukoze N-acetil

glukozamina međusobno spojenih β-1,4-glikozidnim vezama. Hitin je glavna

strukturna sastavnica stanične stijenke većine gljiva (Vježba 3). Također, hitin

izgrađuje egzoskelete člankonožaca, Arthropoda (kukaca i rakova).

Slika 7. Hitin.

N-acetil glukozamin


Vježba br. 5 85

Slika 8. Inulin.

fruktoza

glukoza

INULINI

U staničnom soku biljaka (stanični sok je sadržaj vakuole!) gotovo se uvijek

nalaze različiti ugljikohidrati. To su u prvom redu monosaharidi, zatim neki disaharidi i

polisaharidi. Od monosaharida su najčešće heksoze glukoza i fruktoza, a od disaharida

saharoza i maltoza.

Mnoge biljke stvaraju polisaharide koji spadaju u skupinu prirodnih vlakana

nazvanih fruktani (fruktooligosaharidi). Fruktani su polimeri fruktoze (do 200 molekula),

a lanac uvijek sadržava 1 molekulu glukoze smještenu terminalno - na kraju lanca.

Inulini (Slika 8) su linearni

fruktani kod kojih su molekule ß-

fruktoze (od 2 do 140) povezane

β-2,1-glikozidnom vezom.

Sintetiziraju se iz saharoze.

Nastaju u mnogim biljnim

vrstama (luk, poriluk, češnjak,

banana, šparoga), a posebno su

karakteristični za vrste iz

porodice glavočika (Asteraceae)

(maslačak, čičak, vodopija, artičoka, dalija). Glavočike skladište inulin kao rezervnu tvar

u podzemne organe (korijen i podzemna stabljika - rizom). Biljke koje skladište inulin kao

rezervnu tvar ne skladište škrob (škrobna zrnca).

Dijabetičari koriste inulin kao zamjenu za šećer (dijabetes je bolest uzrokovana

nedostatkom hormona gušterače – inzulina, potrebnog za prijenos glukoze iz krvi u

stanice). Ljudski enzimi amilaze razgrađuju škrob do glukoze, ali ne mogu razgraditi

inulin. Zbog toga inulin nerazgrađen prolazi kroz veći dio probavnog sustava. Također, ne

uzrokuje povećanje razine glukoze u krvi. Inulin na kraju razgrađuju bakterije u crijevu

uz oslobađanje veće količine CO2 i/ili metana (CH4) (posljedica je povećana proizvodnja

plinova tijekom probave). Također, inulin je topivo prirodno vlakno koje pomaže u

smanjivanju štetnog kolesterola u krvi. Nadalje, inulin je vrlo učinkovit prebiotik (hrana

ili tvar koja potiče rast postojećih bakterija u probavnom sustavu). Često se dodaje


Vježba br. 5 86

probioticima, tj. hrani poput jogurta, kefira i fermentiranog povrća koja sadrži žive

„korisne” mikroorganizme koji, primijenjeni u ljudi, djeluju povoljno na domaćina

mijenjajući svojstva mikroflore probavnog sustava i unutarnjeg ekosustava (smanjuju

kolesterol, smanjuju krvni tlak, preveniraju karcinom debelog crijeva, pojačavaju

imunost, smanjuju mogućnost infekcija, smanjuju dijareju uzrokovanu antibioticima i

t.d.). Najčešći rodovi bakterija koje se koriste u probioticima su Lactobacillus i

Bifidobacterium.

KVALITATIVNI TESTOVI ZA DOKAZIVANJE

UGLJIKOHIDRATA

Svrha kvalitativnih testova je dokazati prisutnost nekog ugljikohidrata u

ispitivanom uzorku (otopini, biljnom ili životinjskom materijalu). Oni nam govore ima li ili

nema ispitivane tvari u uzorku (pozitivna ili negativna reakcija, da ili ne). Za razliku od

toga, kvantitavnim testovima se može utvrditi i koliko ima te tvari u uzorku. Tijekom ove

vježbe radit ćete samo kvalitativne testove za dokazivanje ugljikohidrata.

Testovi koje ćete koristiti temelje se na tome da dodatkom određenog reagensa

u uzorak, ako su ugljikohidrati prisutni (pozitivna reakcija), dolazi do promjene boje

(reakcija bojenja) i/ili pojave netopivog taloga ili zamućenja (pojava teško topivih tvari u

otopini – reakcija taloženja).

Obradit ćemo 4 kvalitativna testa za dokazivanje ugljikohidrata: Molischovu,

Benedictovu, Tollensovu i Lugolovu reakciju.

1) MOLISCHOVA REAKCIJA

Molischovom reakcijom se dokazuje prisutnost svih ugljikohidrata: i

monosaharida i disaharida i polisaharida.

U ovome testu ugljikohidrati (npr. šećer pentoza, prikazano Shemom 1) se

dokazuju kemijskom reakcijom pomoću koncentrirane sumporne kiseline (konc. H2SO4) i

Molischova reagensa (α-naftol otopljen u etanolu). Sumporna kiselina uzrokuje

dehridataciju ugljikohidrata (gubitak H2O) što rezultira nastanakom aldehida (iz pentoze

dehidratacijom nastaje aldehid furfural) (Shema 1i). Nastali produkt – aldehid je sada

moguće dokazati pomoću Molischova reagensa pri čemu dolazi do pojave ljubičastog


Vježba br. 5 87

obojenja (Shema 1ii).

Postupak je sljedeći:

1. U ispitivani uzorak dodaje se Molischov reagens (α-naftol otopljen u etanolu) i

uzorak se promiješa.

2. Pažljivo (bez miješanja!) dodaje se koncentrirana sumporna kiselina. Sumporna

kiselina se dodaje poslije dodavanja Molischova reagensa jer se radi o

koncentriranoj i vrlo reaktivnoj kiselini!

3. Pozitivna reakcija (u slučaju da su u ispitivanom uzorku prisutni ugljikohidrati) je

vidljiva pojavom ljubičastog prstena na mjestu gdje se dodiruju gušći sloj kiseline

(dolje) i ostatak otopine (gore) (Slika 10)!

Umjesto α-naftola mogu se koristiti i timol, autron, rezorcinol ili orcinol, s tim

da se tada dobije drugačije obojenje.

2) BENEDICTOVA REAKCIJA

Benedictova reakcija služi za dokazivanje prisutnosti reducirajućih šećera. Tu

spadaju svi monosaharidi i neki disaharidi (ali ne saharoza). Reducirajući šećeri su:

• oni koji imaju slobodnu aldehidnu skupinu.

Tu ubrajamo sljedeće ugljikohidrate:

monosaharidi glukoza, galaktoza, manoza, te disaharidi laktoza (koju

često nalazimo u mokraći žena koje doje) i maltoza.

i) C5H10O5 (pentoza) + H2SO4 (konc.) → C5H4O2 (aldehid furfural) + 3 H2O

ii) C5H4O2 + 2 C10H8OH (α-naftol) → obojeni produkt!

Shema 1. Molischova reakcija šećera pentoze.

Slika 10. Uzorak daje pozitivnu Molischovu reakciju što se vidi po pojavi ljubičasto obojenog prstena s α-naftolom. To je dokaz prisutnosti ugljikohidrata.


Vježba br. 5 88

• tzv. α-hidroksi ketoni koji imaju karbonilnu skupinu uz hidroksilnu skupinu.

Tu pripada ketoza fruktoza (monosaharid) koja se

tijekom reakcije pretvara u aldoze manozu i glukozu

koje zatim daju pozitivnu reakciju.

U ovom kvalitativnom testu koristi se Benedictov reagens - alkalna otopina koja

sadrži bakar(II) ione (Cu2+) u kompleksu sa citratnim ionima (C6H6O72-). Otopine Cu2+ iona

su tipično plave boje, pa je i otopina samog reagensa plava (Slika 11a).

Test se temelji na reakciji Cu2+ iona iz Benedictova reagensa sa reducirajućim

šećerima pri čemu dolazi do redukcije bakar(II) iona (Cu2+) u bakar(I) ione (Cu+) (sami

šećeri se u toj reakciji oksidiraju). Cu+ ion se spaja sa kisikom i nastaje bakar(I)-oksid

(Cu2O) koji se taloži (netopiv je u vodi) i ciglasto-crvene je boje.


1. U vodenu otopinu ispitivanog uzorka dodaje se plava otopina Benedictova reagensa.

2. Dolazi do redoks reakcije između Cu2+ iona iz reagensa i reducirajućih šećera iz

uzorka.

3. Kao krajnji produkt reakcije nastaje netopivi bakar(I)-oksid. Boja reakcijske

smjese se promjeni iz plave u zelenu, žutu, narančastu do ciglasto crvene, što ovisi

o količini reducirajućih šećera u otopini, odnosno o količini taloga bakar(I)-oksida

(Slika 11). Stoga ovaj test nije samo kvalitativan (ima ili nema reducirajućih šećera

u uzorku), već je i donekle kvantitativan (boja taloga pokazuje koliko ima

reducirajućih šećera u uzorku). Primjerice kod škroba (polimer α-glukoze) s

CH2 C R

OHO

α-ugljik

Slike 11. Sadržaj epruveta s lijeva na desno: (a) Benedictov reagens (BnR); (b) ekstraktkrumpira + BnR; (c) ekstrakt crvenog luka + BnR; (d) 5% otopina glukoze + BnR.

a) b) c) d)


Vježba br. 5 89

Benedictovim reagensom reagiraju molekule glukoze koje se nalaze na samim

krajevima polisaharidnog lanca i kao rezultat nastaje slaba pozitivna reakcija –

zeleno obojenje (Slika 11b). U uzorku ekstrata crvenog luka (Slika 11c) se nalaze

manja količina saharida glukoze, saharoze, fruktoze i fruktana iz staničnog soka

vakuole stanica, a rezultat je pozitivna reakcija vidljiva kao pojava narančastog

obojenja (Slika 11c). Jaka pozitivna reakcija je pojava ciglasto crvenog obojenja u

5% otopini glukoze (Slika 11d).

Benedictova reakcija je osnova raznih kvantitativnih i kvalitativnih kliničkih

testova na ugljikohidrate, kao što je test na glukozu u mokraći ili krvi. Pozitivan test je

onaj u kojem se boja promijenila iz plave u crvenu. (Prisutnost povećane količine glukoze

u krvi je simptom hiperglikemije i dijabetesa.)

3) TOLLENSOVA REAKCIJA ili REAKCIJA SREBRNOG ZRCALA

Tollensova reakcija se koristi za dokazivanje aldoza, odnosno svih monosaharida s

aldehidnom skupinom. Aldehidna skupina je, kao što je već spomenuto, reducirajuća i

može reducirati Ag+ ione iz reagensa do elementarnog srebra. Za razliku od toga, ketoze

imaju nereducirajuću keto skupinu koja ne može reducirati Ag+ ione (reakcija će biti

negativna).

Neke od aldoza koje možemo dokazati ovom reakcijom su:

o trioze: gliceraldehid

o pentoze: riboza, arabinoza

o heksoze: glukoza, manoza, galaktoza

Koristimo Tollensov reagens - amonijalkaličnu otopinu srebrnog nitrata (otopina

AgNO3 u NH3) koja sadrži diaminosrebro-ione, Ag(NH3)2+. Ioni srebra djeluju kao slabi

oksidansi koji oksidiraju aldozu, primjerice glukozu u glukonsku kiselinu (Shema 2).

Krajnji rezultat ove redoks reakcije je nastanak elementarnog srebra (Ag) i to u obliku

srebrnog taloga (srebrno zrcalo) (Slika 12). Ova se kemijska reakcija koristi pri

proizvodnji zrcala.

Shema 2. Reakcija srebrnog zrcala (Tollensova reakcija).

Ag(NH3)2+ + glukoza + OH- → glukonska kiselina + Ag + NH3 + H2O


Vježba br. 5 90


1. U otopinu željenog ispitivanog uzorka dodaje se Tollensov reagens.

2. Kao krajnji produkt na stijenkama epruvete nastaje srebrno zrcalo = istaloženo

elementarno srebro (Slika 12).

4) LUGOLOVA REAKCIJA

Lugolova reakcija se koristi za razlikovanje škroba i glikogena od drugih

polisaharida.

U ovoj reakciji koristi se Lugolova otopina – žućkasta otopina joda u kalij-jodidu

(I2-KI). Tijekom reakcije žućkasta boja Lugolove otopine se u prisutnosti škroba mijenja

u tamnoplavu do crnu (Slika 13), a prisutnosti glikogena smeđe-plavu boju. Ostali

polisaharidi i monosaharidi ne daju pozitivnu reakciju (otopina ostaje žućkasto-smeđe

boje). Smatra se da škrob i glikogen tvore stukturu uzvojnice u koju se ugradi

(inkorporira) jod. Škrob u obliku amiloze i amilopektina je manje razgranjen od

glikogena, odnosno ima duže uzvojnice pa veže više joda. Zato je boja škrob-jod

kompleksa intenzivnija od boje glikogen-jod kompleksa.

Slika 12. Nastanak srebrnog zrcala (Tollensova reakcija).

Slika 13. Sadržaj epruveta: a) Lugolova otopina; b) otopina škroba; c) otopina škroba + Lugolova otopina.

a) b) c)


Vježba br. 5 91


1. U ispitivani uzorak dodaje se nekoliko kapi Lugolove otopine.

Ako je uzorku prisutan škrob ili glikogen doći će do promjene boje uzorka iz

žućkaste u tamnoplavu, odnosno smeđe-plavu.

Zadatak 1: Izvođenje kvalitativnih reakcija za dokazivanje ugljikohidrata.

Materijal:

• 4 epruvete s nepoznatim otopinama (po 1 ml)

Biljni materijal:

• plod jabuke (Malus sp.), porodica Rosaceae, i gomolj krumpira (Solanum

tuberosum), porodica Solanaceae

Reagensi:

• α-naftol (15%-tna alkoholna otopina)

• sulfatna kiselina (H2SO4, konc.)

• Benedictov reagens

• amonijalkalična otopina srebrnog nitrata, AgNO3

• Lugolova otopina

Pribor:

• Petrijeve zdjelice

• žilet

• iglica

• pinceta

• epruvete

• kapaljke

Postupak:

Cilj ovoga zadatka je, izvodeći 4 različita testa za dokazivanje ugljikohidrata,

pretpostaviti koje ugljikohidrate sadrže:

• otopine uzoraka koji se nalaze u epruvetama (zadatak A);

• plod jabuke i gomolj krumpira (zadatak B).


Vježba br. 5 92

Testove izvedite na sljedeći način:

1) Molischova reakcija

A) U epruvete s uzorcima dodajte po 1 kap alkoholne otopine α-naftola (Molischov

reagens), promiješajte i polako dokapavajte oko 2 ml koncentrirane sulfatne kiseline

pažljivo uz stijenku epruvete.

• Kako su se obojili uzorci? Nacrtajte i objasnite reakciju!

B) Načinite plošne prereze ploda jabuke i gomolja krumpira te u Petrijevoj zdjelici

napravite reakciju s α-naftolom.

• Kakvo se obojenje pojavilo? Nacrtajte i objasnite obje reakcije!

2) Benedictova reakcija

A) U svaku epruvetu dodajte 5 kapi Benedictovog reagensa (jednaki broj u svaku

epruvetu!) i promiješajte potresanjem. Lagano promućkajte epruvete, postavite ih natrag

na stalak i pričekajte 5-10 minuta.

• Što primjećujete? Nacrtajte i objasnite!

B) Načinite tanke prereze ploda jabuke i gomolja krumpira (debljine oko 0,5 mm),

stavite ih u Petrijevu zdjelicu i nakapajte ih Benedictovim reagensom. Pričekajte 5-10

minuta da se razvije pozitivna reakcija.

• Što primjećujete? Nacrtajte i objasnite! Od kojih ugljikohidrata potječe nastalo

obojenje?

3) Tollensova reakcija

A) Dodajte 5 kapi (jednaki broj u svaku epruvetu!) amonijalkalične otopine srebrnog

nitrata u epruvete s uzorcima. Lagano promućkajte epruvete, postavite ih natrag na

stalak i pričekajte 5-10 minuta.


4) Lugolova reakcija

A) Dodajte 1-2 kapi Lugolove otopine u epruvete s uzorcima.



Vježba br. 5 93

B) Načinite plošne prereze ploda jabuke i gomolja krumpira te u Petrijevoj zdjelici

napravite reakciju s Lugolovom otopinom.


Na osnovu rezultata sva 4 različita testa za dokazivanje ugljikohidrata odredite

sadržaj nepoznatih otopina koje se nalaze u epruvetama! U bilježnicu precrtajte

sljedeću tablicu i ispunite ju:

Uzorak #: Test za dokazivanje ugljikohidrata Ispitivana

otopina: Molisch Benedict Tollens Lugol

1.

2.

3.

4.

5.

Oznakom (+) označite pozitivnu reakciju izvršenog testa, s time da nastojite naglasiti i

intezitet reakcije: jaku reakciju označite (+++), srednju reakciju (++), a slabu reakciju

(+). Negativnu reakciju označite (/). Utvrdite sadržaj epruveta!

Ispod tablice objasnite svoje zaključke!


Vježba br. 5 94

ŠKROBNA ZRNCA

Kao što je već naglašeno, škrob (Slika 3) je glavni pričuvni izvor energije u

biljnom organizmu. U biljkama ga u najvećoj količini nalazimo u spremišnim organima

(gomolji, sjemenke) i spremišnim tkivima (primjerice spremišni paremhim tkiva srčike u

stabljici, Vježba 3) i to u obliku škrobnih zrnaca.

Škrob je, kao što je već rečeno, polimer α-glukoze (Slika 4a). α-glukoza nastaje

kao primarni produkt procesa fotosinteze. Taj proces se odvija tijekom dana u zelenim

listovima biljke kada se α-glukoza sintetizira na tilakoidama kloroplasta (fotosintetski

aktivni plastidi, vidi Vježbu 4). Ona se zatim u stromi kloroplasta polimerizira u primarni

ili asimilacijski škrob. Dakle, asimilacijski škrob nastaje danju, za vrijeme fotosinteze, u

kloroplastima listova.

Noću, kada nema fotosinteze i provodni putovi za asimilate nisu preopterećeni,

asimilacijski škrob se pomoću enzima amilaze razgrađuje ponovo u α-glukozu. Ona

predstavlja transportni oblik ugljikohidrata u biljkama (molekule amiloze i amilopektina

koje izgrađuju škrob su prevelike da bi se nesmetano prenosile transportnim sustavom

biljke) i prenosi se do spremišnih organa (gomolja ili korijena) gdje se ponovo

polimerizira u sekundarni ili pričuvni škrob.

Pričuvni škrob se skladišti u leukoplastima (fotosintetski neaktivni i bezbojni

plastidi, Vježba 4). Kada se leukloplast u potpunosti ispuni škrobom nazivamo ga škrobno

zrnce. Oblik, veličina i građa škrobnih zrnaca mogu biti vrlo različiti i karakteristični su

za svaku biljnu vrstu, pa se zbog toga uzimaju kao jedna od značajki za determinaciju

biljnih rodova i vrsta (Slika 14).

Škrobno zrnce nastaje u leukoplastima tako da prvo nastane tzv. centar

formiranja, a oko njega se zatim naizmjenično talože slojevi škroba s nejednakim

sadržajem vode. Naime, pričuvni (sekundarni) škrob se postupno, u slojevima skladišti u

leukoplastima, ovisno o intenzitetu dotoka α-glukoze. U početku nastajanja svakog novog

sloja škroba u lekoplastu prvo se taloži gušći dio tog sloja koji sadrži puno novonastalog

škroba i jako malo vode (velik dotok α-glukoze). Kako taj određeni sloj raste, sve više se

troši α-glukoza, iz koje nastaje polimer škrob, pa sloj postaje sve rijeđi, odnosno sadrži


Vježba br. 5 95

više vode, a manje škroba. Zbog naizmjeničnog taloženja prvo gušćeg (puno škroba, malo

vode), a zatim sve rjeđeg (malo škroba, puno vode) dijela sloja škrobne mase dolazi do

različitog loma svjetlosti. Pri tome su slojevi sa slabijim lomom svjetla bogatiji vodom.

Taloženjem škroba škrobno zrnce raste, pa se slojevi nazivaju još i zone rasta. Kod

škrobnih zrnaca nekih vrsta biljaka slojanje je jače izraženo, kod nekih slabije, a kod

nekih u potpunosti izostane (npr. kod kukuruza, Slika 14b). Ako je centar formiranja

škrobnog zrnca u središtu leukoplasta te se oko njega ravnomjerno stvaraju slojevi

škroba takvo slojanje nazivamo koncentričnim. Ukoliko je centar formiranja škrobnog

zrnca bliže jednom kraju leukoplasta slojanje je ekscentrično. Kod nekih škrobnih zrnaca

se na mjestu gdje se nalazio centar formiranja javljaju pukotine (npr. kod kukuruza,

Slika 14b). Škrobna zrnca se boje Lugolovom otopinom, i na taj način dokazujemo

prisutnost škroba. Nakon dodavanja Lugolove otopine škrobna zrnca postaju prvo plava,

zatim plavo-ljubičasta i konačno gotovo crna.

Zadatak 2: Škrobna zrnca iz kukuruza i gomolja krumpira.

Biljni materijal:

• gomolj krumpira (Solanum tuberosum, porodica Solanaceae)

• kukuruzno brašno (Zea mays, porodica Poaceae)

• grah (Phaseolus vulgaris, porodica Fabaceae)

Slika 14. Škrobna zrnca a) krumpira (Solanum tuberosum), b) kukuruza (Zea mays), c) graha (Phaseolus vulgaris);. Povećanje: 400 ×.


Vježba br. 5 96

Reagensi:

• Lugolova otopina (otopina joda u kalij-jodidu, I2-KI)

Pribor:

• predmetna i pokrovna stakalca

• filtar papir

• iglica

• žilet

Postupak:

A) Sa svježe narezane površine gomolja krumpira pomoću žileta ostružite malo biljnog

soka i prenesite ga na predmetnicu u kap vode. Prekrijte pokrovnicom i promatrajte

škrobna zrnca pod velikim povećanjem. Škrobna zrnca krumpira su karakteristično

ovalnog oblika i na njima se dobro uočava centar formiranja i slojevi (Slika 14a).

Zatim oprezno uz rub pokrovnice kapnite kap-dvije Lugolove otopine. Uz pomoć

komadića filtar papira koji ćete prisloniti uz suprotni rub pokrovnice, uvucite

Lugolovu otopinu pod pokrovnicu i uočite što se dogodilo sa škrobnim zrncima.

B) Pomoću iglice stavite malo kukuruznog brašna u kap vode na predmetno stakalce,

prekrijte pokrovnicom i promatrajte pod velikim povećanjem. Škrobna zrnca

kukuruza su nepravilnog oblika i na njima se dobro uočava centar formiranja

(centralna pukotina), ali ne i sama slojevitost (Slika 14b). Zatim oprezno uz rub

pokrovnice kapnite kap-dvije Lugolove otopine. Uz pomoć komadića filtar papira

koji ćete prisloniti uz suprotni rub pokrovnice, uvucite Lugolovu otopinu pod

pokrovnicu i uočite što se dogodilo sa škrobnim zrncima.

C) Prepolovite sjemenku graha žiletom i sastružite malo hranjivog staničja

(endosperma) u kap vode na predmetno stakalce, prekrijte pokrovnicom i

promatrajte pod velikim povećanjem. Škrobna zrnca graha su ovalnog oblika i na

njima se dobro duguljasta centralna pukotina, ali ne i sama slojevitost (Slika 14c).

Zatim oprezno uz rub pokrovnice kapnite kap-dvije Lugolove otopine. Uz pomoć

komadića filtar papira koji ćete prisloniti uz suprotni rub pokrovnice, uvucite

Lugolovu otopinu pod pokrovnicu i uočite što se dogodilo sa škrobnim zrncima.

Nacrtajte nekoliko škrobnih zrnaca krumpira, kukuruza i graha prije i poslije dodavanja

Lugolove otopine i označite:

• centar formiranja (označiti na crtežu škrobnog zrnca krumpira!)


Vježba br. 5 97

• slojevi (označiti na crtežu škrobnog zrnca krumpira!)

• centralna pukotina (označiti na crtežu škrobnog zrnca kukuruza i graha!)

• obojenje nastalo djelovanjem Lugolove otopine

Napomene:

1. Kada sa žiletom ostružete biljni sok krumpira ili sjemenku graha time ste

mehanički rastrgali biljne stanice (pokidali ste staničnu stijenku i membranu).

Zbog toga su iz pokidanih stanica ispala mnogobrojna i relativno velika škrobna

zrnca (jer se radilo o stanicama koje čine spremišno parehimsko tkivo gomolja

krumpira). Stoga pod mikroskopom ne možete vidjeti stanice, već samo

škrobna zrnca. Ostale stanične organele ne vidite jer je moć razlučivanja

svjetlosnog mikroskopa preslaba!

2. U slučaju kukuruznog brašna: brašno je dobiveno mljevenjem zrna kukuruza.

Znači stanice koje su gradile tkivo zrna kukuruza pokidane su mehanički. Ono

što se nalazilo u tim stanicama je upravo veliki broj škrobnih zrnaca koje sada

i čine samo brašno.

IZVORI SLIKA

Slika 1. (a) Spremišni organ biljaka: gomolj krumpira; (b) rasplodni organ biljke: plod maslina. http://www.biodiversityexplorer.org/plants/solanaceae/images/eos07892_327w.jpg http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/1/10/Olive-tree-fruit-august-0.jpg Slika 2. Triglicerid. Lijevo na slici označen je glicerol, a desno vezana za glicerol se nalaze tri

lanca masnih kiselina. http://en.wikipedia.org/wiki/File:Fat_triglyceride_shorthand_formula.PNG

Slika 3. Molekularna građa škroba (amilopektin). http://www.rsc.org/Education/Teachers/Resources/cfb/Carbohydrates.htm Slika 4. Anomeri glukoze: (a) α-glukoza i (b) β-glukoza. http://chemstory.files.wordpress.com/2013/06/dokeo1.png

Slika 5. Nastajanje disaharida saharoze.

http://www.tbuskruid.be/images/kristallen.jpg

Slika 6. (a) Škrob i (b) glikogen.

Campbell&Reece: Biology 5th ed. Copyright © 2005 Pearson Education, Inc. publishing as Benjamin Cummings


Vježba br. 5 98

http://kentsimmons.uwinnipeg.ca/cm1504/Image73.gif Slika 7. Hitin.

http://www.faunistik.net/DETINVERT/MORPHOLOGY/GEWEBE/IMAGES/chitin01.gif Slika 8. Inulin.

• http://www.scientificpsychic.com/fitness/inulin.gif Slika 9. Maslačak (Taraxacum officinale).

http://www.danish-schnapps-recipes.com/images/dandelion-plant-with-yellow-flowers-200.jpg

Slika 10. Uzorak daje pozitivnu Molischovu reakciju što se vidi po pojavi ljubičasto obojenog prstena (α-naftol). To je dokaz prisutnosti ugljikohidrata.

http://www.harpercollege.edu/tm-ps/chm/100/dgodambe/thedisk/carbo/molisch/2.jpg Slike 11. Sadržaj epruveta s lijeva na desno: (a) Benedictov reagens (BnR); (b) ekstrakt

krumpira + BnR; (c) ekstrakt crvenog luka + BnR; (d) 5% otopina glukoze + BnR. http://www.nku.edu/~whitsonma/Bio120LSite/Bio120LReviews/Bio120LRevMolec.html Slika 12. Nastanak srebrnog zrcala (Tollensova reakcija). http://www.walkingitaly.com/tuserg/tuserg_metallo/D-Tollens-e.htm Slika 13. Sadržaj epruveta s lijeva na desno: (a) Lugolova otopina; (b) otopina škroba; (c) otopina

škroba + Lugolova otopina. http://www.nku.edu/~whitsonma/Bio120LSite/Bio120LReviews/Bio120LRevMolec.html Slika 14. Škrobna zrnca a) kukuruza (Zea mays), b) krumpira (Solanum tuberosum), c) graha

(Phaseolus vulgaris). a) i b) http://elfshotgallery.blogspot.com/2013_05_01_archive.html c) http://mikrosvijet.wordpress.com/2010/12/02/skrobna-zrnca/

Documents

REZERVNE TVARI U STANICIusers.pbf.hr/content/download/27587/107118/version/1/file...Praktikum iz Biologije I Vježba br. 5 76 REZERVNE TVARI U STANICI Rezervne tvari u stanici su tvari