הפחתת סוכר: שיטות לקביעה, חשיבות - ביולוגיה - 2025

סוכרים לצמצום הם מולקולות ביולוגיות כי פונקציה כמו צמצום סוכנים; כלומר הם יכולים לתרום אלקטרונים למולקולה אחרת איתם הם מגיבים. במילים אחרות, הפחתת סוכר היא פחמימה המכילה קבוצת קרבוניל (C = O) במבנה שלה.

קבוצת קרבוניל זו מורכבת מאטום פחמן הקשור לאטום חמצן דרך קשר כפול. ניתן למצוא קבוצה זו בתנוחות שונות במולקולות סוכר, והתוצאה היא קבוצות פונקציונליות אחרות כמו אלדהידים וקטונים.

אלדהידים וקטונים נמצאים במולקולות של סוכרים פשוטים או מונוסכרידים. סוכרים כאמור מסווגים לקטוזות אם יש להם את הקבוצה הפחמנית בתוך המולקולה (קטון), או אלדוזות אם הם מכילים אותה במצב הסופי (אלדהיד).

אלדהידים הם קבוצות פונקציונליות שיכולות לבצע תגובות להפחתת חמצון, הכרוכות בתנועה של אלקטרונים בין מולקולות. חמצון מתרחש כאשר מולקולה מאבדת אלקטרון אחד או יותר, והפחתה מתרחשת כאשר מולקולה משיגה אלקטרון אחד או יותר.

מבין סוגי הפחמימות שקיימות, monosaccharides כולם מפחיתים סוכרים. לדוגמה, גלוקוז, גלקטוז ופרוקטוז מתפקדים כחומרים מצמצמים.

במקרים מסוימים מונוזכרידים הם חלק ממולקולות גדולות יותר כמו דיסכרידים ופוליסכרידים. מסיבה זו חלק מהדיסכרידים - כמו מלטוז - גם כן מתנהגים כמפחיתים סוכרים.

שיטות לקביעת הפחתת סוכרים

המבחן של בנדיקט

כדי לקבוע את נוכחות הפחתת הסוכרים במדגם, הוא מומס במים רותחים. בשלב הבא, הוסף כמות קטנה של המגיב של בנדיקט והמתן לפיתרון שיגיע לטמפרטורת החדר. תוך 10 דקות הפיתרון צריך להתחיל לשנות צבע.

אם הצבע משתנה לכחול, אין סוכרים מקטינים, במיוחד גלוקוז. אם קיימת כמות גדולה של גלוקוז בדגימה שתיבחן, שינוי הצבע יתקדם לירוק, צהוב, כתום, אדום ולבסוף חום.

המגיב של בנדיקטוס הוא תערובת של מספר תרכובות: הוא כולל נתרן קרבונט נטול מים, נתרן ציטראט, ונחושת (II) סולפט פנטהידראט. לאחר הוספת הפתרון עם הדגימה, התגובות להפחתת החמצון האפשריות יתחילו.

אם יש צמצום סוכרים, הם יפחיתו את גופרת הנחושת (צבע כחול) בתמיסה של בנדיקט לסולפיד נחושת (צבע אדמדם), שנראה כמו המשקעים ואחראי לשינוי הצבע.

סוכרים לא מקטינים לא יכולים לעשות זאת. מבחן מסוים זה מספק רק הבנה איכותית של נוכחות הפחתת סוכרים; כלומר, זה מציין אם יש צמצום סוכרים במדגם או לא.

המגיב של פיילינג

בדומה למבחן בנדיקט, מבחן Fehling דורש להמיס את הדגימה לחלוטין בתמיסה; זה נעשה בנוכחות חום כדי להבטיח שהוא יתמוסס לחלוטין. לאחר מכן מוסיפים את תמיסת ה- Fehling תוך ערבוב מתמיד.

אם קיימת הפחתת סוכרים, הפיתרון צריך להתחיל לשנות את צבעו כתוצאה מתחמוצת או משקע אדום. אם אין סוכרים מקטינים, הפיתרון יישאר כחול או ירוק. הפיתרון של Feling מוכן משני פתרונות אחרים (A ו- B).

פתרון A מכיל נחושת (II) סולפט פנטהידראט מומס במים, ופתרון B מכיל נתרן אשלגן טרטראט טרטראט (מלח רושל) ונותר הידרוקסיד במים. שני הפתרונות מעורבבים בחלקים שווים בכדי להפוך את פיתרון הבדיקה הסופי.

בדיקה זו משמשת לקביעת מונוסכרידים, במיוחד אלדוזות וקטוזות. אלה מתגלים כאשר האלדהיד מתחמצן לחומצה ויוצר תחמוצת כוסות.

במגע עם קבוצת אלדהיד הוא מצטמצם ליון כוסות, המהווה את המשקעים האדומים ומעיד על נוכחות צמצום סוכרים. אם לא היו מדוכאים סוכרים מקטינים, הפתרון היה נשאר כחול, מה שמצביע על תוצאה שלילית לבדיקה זו.

מגיב לטולנס

מבחן טולנס, המכונה גם מבחן מראה הכסף, הוא מבחן מעבדה איכותי המשמש להבחנה בין אלדהיד לקטון. היא מנצלת את העובדה שאלדהידים מתחמצנים בקלות ואילו קטונים אינם.

בבדיקת טולנס משתמשים בתערובת המכונה מגיב טולנס המהווה פיתרון בסיסי המכיל יוני כסף המתואמים עם אמוניה.

מגיב זה אינו זמין מבחינה מסחרית בגלל אורך חיי המדף הקצר שלו, ולכן עליו להכין אותו במעבדה בעת השימוש בו.

הכנת ריאגנטים כוללת שני שלבים:

שלב 1

חנקת הכסף המימית מעורבבת בנתרן הידרוקסיד מימי.

שלב 2

אמוניה מימית מוסיפה טיפה עד להמסת לחלוטין תחמוצת הכסף המשופעת.

המגיב Tollens מחמצן את האלדהידים שנמצאים בסוכרים המקטינים המקבילים. אותה תגובה כוללת צמצום יוני כסף מהגיב של טולנס, שממיר אותם לכסף מתכתי. אם הבדיקה מתבצעת בצינור מבחן נקי נוצר משקע כסף.

לפיכך, תוצאה חיובית עם המגיב Tollens נקבעת על ידי התבוננות במראה "כסף" בתוך צינור המבחן; אפקט המראה הזה אופייני לתגובה זו.

חֲשִׁיבוּת

קביעת נוכחות הפחתת סוכרים בדגימות שונות חשובה מכמה בחינות כולל רפואה וגסטרונומיה.

החשיבות ברפואה

בדיקות להפחתת סוכרים משמשות כבר שנים לאבחון חולי סוכרת. ניתן לעשות זאת מכיוון שמחלה זו מאופיינת בעלייה ברמות הגלוקוז בדם, בעזרתה ניתן לקבוע את אלה בשיטות חמצון אלו.

על ידי מדידת כמות חומר החמצון המופחת על ידי גלוקוז, ניתן לקבוע את ריכוז הגלוקוז בדגימות דם או שתן.

זה מאפשר לקבל הוראות של המטופל לגבי הכמות המתאימה לאינסולין להזרקה להחזרת רמות הגלוקוז בדם לטווח הרגיל.

התגובה של מילארד

תגובת Maillard כוללת קבוצה של תגובות מורכבות המתרחשות בעת בישול של מזונות מסוימים. ככל שטמפרטורת המזון עולה, קבוצות הפחמימות של הפחתת הסוכרים מגיבות עם קבוצות האמינו של חומצות האמינו.

תגובת בישול זו מייצרת מוצרים שונים ועל אף שרבים מועילים לבריאות, אחרים רעילים ואף מסרטנים. מסיבה זו חשוב לדעת את הכימיה של הסוכרים המפחיתים הכלולים בתזונה הרגילה.

כאשר מבשלים אוכלים עשירים בעמילן - כמו תפוחי אדמה - בטמפרטורות גבוהות מאוד (גבוה מ- 120 מעלות צלזיוס), התגובה של המילארד מתרחשת.

תגובה זו מתרחשת בין חומצת האמינו אספרגין להפחתת סוכרים, ויוצרת מולקולות אקרילמיד, המהווה נוירוטוקסין ומסרטנים אפשריים.

איכות אוכל

ניתן לעקוב אחר איכות מזונות מסוימים תוך הפחתת שיטות לגילוי סוכר. לדוגמא: ביינות, מיצים וקני סוכר נקבעת רמת הפחתת הסוכרים כאינדיקציה לאיכות המוצר.

לצורך קביעת הפחתת סוכרים במזון, המגיב של פיילינג עם כחול מתילן משמש בדרך כלל כמדד להפחתת תחמוצת. שינוי זה ידוע בדרך כלל כשיטת ליין-איינון.

ההבדל בין הפחתת סוכרים לסוכרים שאינם מפחיתים

ההבדל בין הפחתת סוכרים ללא הפחתה הוא במבנה המולקולרי שלהם. פחמימות שמולקולות אחרות מפחיתות עושות זאת על ידי תרומת אלקטרונים מקבוצות האלדהיד או הקטון החינמיות שלהם.

לכן, בסוכרים שאינם מקטינים אין מבני אלדהידים או קטונים בחינם. כתוצאה מכך הם נותנים תוצאות שליליות בבדיקות לגילוי הפחתת הסוכרים, כמו בדיקות פהלינג או בנדיקט.

הפחתת הסוכרים כוללת את כל המונוסכרידים וכמה דיסכרידים, ואילו הסוכרים הלא מפחיתים כוללים כמה דיסכרידים וכל הפוליסכרידים.

הפניות

1. בנדיקט, ר '(1907). האיתור וההערכה להפחתת הסוכרים. כתב העת לכימיה ביולוגית, 3, 101-117.
2. ברג, ג ', טימוצ'קו, ג', גאטו, ג' ו סטרייר, ל '(2015). ביוכימיה (מהדורה 8). WH פרימן וחברה.
3. Chitvoranund, N., Jiemsirilers, S., & Kashima, DP (2013). השפעות הטיפול במשטח על הדבקה של סרט כסף על מצע זכוכית המופק באמצעות ציפוי חסר חשמל. Journal of the Society for Ceramic Society, 49 (1), 62–69.
4. הילדת ', א', בראון, ג '(1942). שינוי שיטת ליין-איינון לקביעת סוכר. איגוד כתב העת לכימיקאים אנליטיים רשמיים 25 (3): 775-778.
5. Jiang, Z., Wang, L., Wu, W., & Wang, Y. (2013). פעילויות ביולוגיות ותכונות פיסיקו-כימיות של מוצרי תגובת מילארד במערכות מודלים של פפטיד קוגין מסוכר. כימית מזון, 141 (4), 3837-3845.
6. נלסון, ד., קוקס, מ 'ולהינגר, א' (2013). עקרונות Lehninger לביוכימיה (6 ^th ). WH פרימן וחברה.
7. Pedreschi, F., Mariotti, MS, and Granby, K. (2014). נושאים אקטואליים באקרילאמיד תזונתי: גיבוש, הפחתה והערכת סיכונים. כתב העת למדעי המזון והחקלאות, 94 (1), 9-20.
8. Rajakylä, E., & Paloposki, M. (1983). קביעת סוכרים (ובטאין) במולסה באמצעות כרומטוגרפיה נוזלית בעלת ביצועים גבוהים. כתב העת לכרומטוגרפיה, 282, 595–602.
9. Scales, F. (1915). קביעת הפחתת הסוכרים. כתב העת לכימיה ביולוגית, 23, 81-87.
10. Voet, D., Voet, J. & Pratt, C. (2016). יסודות הביוכימיה: החיים ברמה המולקולרית (מהדורה חמישית). וויילי.