Consumul de fructe si importanta glucidelor in organism

Consumul de fructe si importanta glucidelor in organism

Diabetul este unul dintre cele mai raspandite sindromuri in lume. Anual numarul persoanelor diabetice creste. Intrucat efectele acestuia sunt deosebit de periculoase, exista numeroase campanii de prevenire a diabetului, inclusiv o saptamana mondiala de lupta impotriva diabetului. Pentru reducerea consumului de glucoza, numeroase persoane renunta la fructe suspectand ca acestea ar avea un nivel ridicat de zaharide (care in organism sunt descompuse pana la glucoza).

Intrucat glucoza si fructoza sunt cele mai importante zaharide din fructe, am ales sa prezentam cei doi compusi observand rolul lor in organism si sa determinam concentratia fiecaruia in compozitia catorva fructe si in mierea de albine. Pentru aceste experimente am utilizat mai multe metode (metoda iodometrica pentru determinarea glucozei, determinarea cu refractometrul si determinarea cu spectrofotometrul a glucidelor). Pentru a verifica rezultatele obtinute am determinat si activitatea optica a solutiilor obtinute din fructe (determinare cu polarimetru).

A)   Parte teoretica

I)      Glucoza

Definitie

Glucoza este aldohexoza si apartine clasei zaharidelor.

Proprietati fizice

Glucoza este o substanta solida, cristalizata, incolora si solubila in apa. Are un gust dulce. Punctul sau de topire este foarte ridicat, deoarece intre numeroasele sale grupari hidroxil se formeaza multe legaturi de hidrogen.

Obtinere

glucoza este unul dintre produsii de fotosinteza a plantelor si a unor procariote; se gaseste indeosebi in sucul fructelor dulci ale plantelor.

la animale si ciuperci, glucoza este rezultatul hidrolizei glicogenului, proces numit glicogenoliza; la plante, se obtine prin hidroliza amidonului

la animale, glucoza este sintetizata in ficat si rinichi din intermediari care nu sunt carbohidrati, proces numit gluconeogeneza

Fotosinteza, numita si asimilatia dioxidului de carbon in plante verzi are loc in frunzele verzi ale plantelor sub influenta pigmentilor numiti clorofile. Acestea absorb lumina si transmit apoi energia sistemului chimic care reactioneaza. In acest mod se formeaza din dioxid de carbon si apa, sub influenta luminii solare, monozaharide si apoi polizaharide.

6 CO₂ + 6 H₂O C₆H₁₂O₆ + 6 O₂

n C₆H₁₂O₆(C₆H₁₀O₅)_n

Canitatea de energie absorbita in cursul fotosintezei este foarte mare: caldura de combustie pentru glucoza este de 686 kcal mol^-1.

Eliberarea de energie are loc printr-un proces invers fotosintezei. El are numeroase etape catalizate de proteine specifice (enzime), care conduc intr-o prima faza la acidul piruvic in etape care se realizeaza prin procese anaerobe. In ce-a de a doua parte a procesului, aflata in muschi, se produce oxidarea totala a glucozei.

C₆H₁₂O₆ + 6 O₂6 CO₂ + 6 H₂O + Q

In realitate, energia recuperata de organism este de 460 kcal mol^-1. Randamentul este astfel de 67%, cu mult superior celor mai perfectionate motoare cunoscute pana astazi.

Rol

Sursa de energie

Glucoza este un combustibil esential in biologie. Carbohidratii reprezinta sursa principala de energie pentru corpul uman, producand 4 kilocalorii (17 kilojouli) pe gram. Descompunerea carbohidratilor (amidonul, de exemplu) produce mono si dizaharide, iar o mare parte dintre produsi o reprezinta glucoza. Prin glicoliza si prin reactiile ciclului acidului citric, glucoza este oxidata pentru a forma dioxid de carbon si apa, rezultand si energie, in principal sub forma de ATP

Ea este distribuita in toate celulele si fluidele organismului, cu exceptia urinei. In ser, concentratia de glucoza (glicemie) normala este de 80-110 mg/dL. Mentinerea glicemiei in limite constante este asigurata prin actiunea antagonista a doi hormoni ai pancreasului endocrin: insulina (hipoglicemiant) si glucagon (hiperglicemiant). Cresterea cantitaii de glucoza in sange este specifica diabetului zaharat, iar in urina (glicozurie) apare numai cand glicemia depaseste 160-180 mg/dL.

Precursor

Glucoza este esentiala in producerea proteinelor si in metabolismul lipidelor. De asemenea, la cele mai multe plante si animale, este un precusor pentru vitamina C (acid ascorbic).

Glucoza este folosita ca precursor la sinteza unor substante importante. Prin oxidare in ficat ea transforma in acid glucuronic, care are un rol important in glucuronoconjugare.

Utilizare

Exista mai multe forme de comercializare si folosire a glucozei, dintre care cele mai importante sunt:

sirop de glucoza - contine glucoza in concentratie de 32,40%;

glucoza tehnica - cu o concentratie de 75%;

glucoza cristalizata (tablete) - concentratie de 99%.

In medicina este folosita mai ales sub forma de solutii apoase perfuzabile. In functie de concentratiile lor, acestea au actiuni si indicatii diferite. Solutiile sub 5 % sunt utilizate pentru diluarea unor medicamente, pentru hidratare sau ca substituent energetic. Solutia de glucoza 5 % este izotona si are aceleasi utilizari, fiind folosita cel mai adesea. Solutiile de concentratii mai mari de 5 % (10, 20, 33, 40 %) sunt hipertonice si isi gasesc utilitatea ca diuretice osmotice (realizeaza deshidratare tisulara, foarte utila in edeme). Pentru a evita efectele nefaste ale hiperglicemiei, de obicei oricarei perfuzii cu glucoza i se adauga insulina.

Glucoza in cadrul metabolismului

Desfasurarea metabolismului glucidic in organism este guvernata de o conditie fiziologica esentiala: pastrarea constanta a glicemiei de 1g/ L plasma. Aceasta conditie este rezultatul unui echilibru perfect intre actiunile unor hormoni cu efecte antagonice: insulina hipoglicemianta si adrenalina, cortizonul.

Rolul glucozei in celule este dublu:

se acumuleaza sub forma de glicogen, in special in celulele hepatice si musculare. Glicogenul se hidrolizeaza la glucoza (mai ales in celulele hepatice), care se restituie lichidelor extracelulare, la nevoie, sau se poate transforma in lipide de rezerve

se degradeaza in scopuri energetice pe cale anaeroba pana la acid lactic sau pe cale aeroba pana la dioxid de carbon si apa, este folosita in scopuri plastice urmand calea pentozelor sau este folosita in procese de detoxifieri (sub forma de acid glucuronic)

Glucoza reprezinta principalul furnizor de energie pentru organism. In sange se gaseste intr-o concentratie constanta (70-110mg/dL). Aceasta se numeste glicemie. Nivelul glicemiei creste dupa mese si este cel mai scazut dimineata. Variatiile mari sunt periculoase. Daca nivelul glicemiei scade prea mult, se dezvolta hipoglicemia, potential fatala. Simptomele includ pierderea cunostintei, oboseala si iritabilitate crescuta. Daca nivelul glicemiei este prea mare, dispare apetitul pe o perioada scurta de timp. Hiperglicemia poate cauza multe din problemele asociate diabetului: distrugerea nervilor, rinichilor si a ochilor. Hiperglicemia poate cauza chiar si glicozurie (eliminarea glucozei in proportie de 5-10% prin urina). De aceea in cadrul metabolismului actioneaza un sistem de reglare foarte eficace pe doua cai:

Autoreglare fizico-chimica

Glicogenul din ficat nu este o masa amorfa. Pentru a fi consumata la periferie glucoza trebuie sa fie in prealabil fixata sub forma de glicogen. Deci glucoza utilizata de organism reprezinta fractiunea desprinsa din molecula de glicogen. Glicogenul este in permanenta sintetizat si utilizat, ritmul fiind dictat de intensitatea arderilor din organism. Acest fenomen este valabil numai pentru glicogenul hepatic nu si pentru cel depozitat in muschi. Sintetic glicogenul ia nastere din patru surse: glucoza alimentara, produsii metabolismului glucidic, proteine si lipide. In ce priveste autoreglarea, daca apare un supliment digestiv de glucoza, se va produce o sinteza crescuta de glicogen care va absorbi acest supliment. Invers, o utilizare crescuta a glucozei va fi compensata prin accelerarea depolimerizarii glicogenului. Astfel se mentine glicemia in limitele fiziologice.

Reglarea hormonala a glicemiei.

Aici intervin numerosi hormoni. Dintre acestia numai insulina are efect hipoglicemiant, ceilalti fiind hiperglicemianti (hormonul somatotrop hipofizar, A.C.T.H, hormonii glucocorticosteroizi, tiroidieni si catecolaminele presoare (adrenalina si noradrenalina).

Insulina este transportata de sange, fixata de unele globuline si este inactivata la nivelul ficatului. Actioneaza accelerand transportul glucozei prin membranele celulare si activeaza unele procese metabolice (sinteza de glicogen, de proteine, de lipide etc). In concluzie cand glucoza sanguina tinde sa creasca, surplusul este transformat in glicogen. Procesul se numeste glicogenogeneza. In lipsa insulinei, glucoza nu se mai transforma in glicogen, creste nivelul in sange (hiperglicemie) iar excesul este eliminat prin urina (glicozurie) aparand astfel boala denumita diabet zaharat. Cand glicemia tinde sa scada, glicogenul este descompus si echilibrul glicemiei restabilit. Arderea glucozei la nivelul celulelor, cu eliberare de energie, se face atat in prezenta oxigenului (aerobioza) cat si in absenta acestuia (anaerobioza). In caz de aerobioza, actioneaza reactii complexe, diferite enzime, iar ciclul de desfasurare este cunoscut sub numele de ciclul Krebs. La nivelul acestui ciclu se intalnesc nu numai compusi din descompunerea glucidelor, dar si cei rezultati din degradarea proteinelor si a lipidelor. Aici are loc interconversiunea dintre metabolisme. Acesta este un mecanism biochimic adaptativ, prin care un principiu alimentar poate sa se transforme in altul, pe calea unor reactii reversibile, cu produsi intermediari comuni. Astfel pot aparea sau disparea cantitati apreciabile de glucide, lipide sau proteine. De obicei exista o predominanta a proceselor de transformare a proteinelor si mai ales a lipidelor in glucide (gluconeogeneza). Procesul de eliberare a glucozei din glicogen se numeste glicogenoliza. Ciclul Krebs este cheia de bolta a metabolismului intermediar. Acesta mai poarta si numele de ciclu citric. El se caracterizeaza prin oxidarea radicalilor acetil indiferent de origine, degradand astfel glucide, lipide si proteine. Reactiile chimice ale acestui ciclu au in aerobioza, fiind astfel conectate la procesele de oxidoreducere ale lantului respirator, prin care se cupleaza cu producerea si stocarea de energie. Alaturi de ciclul Krebs intervine in principal acidul piruvic din degradarea zaharurilor, care este un acid cetonic simplu si care este degradat in produsi finiti CO₂ si H₂O. in diferite reactii intervine insa si coenzima A, care da nastere acetil coenzimei A, forma activa care participa la interconversiunea metabolismelor. Acesta este procesul aerobiotic. In conditii de anaerobioza, degradarea glucidelor duce la un compus numit acid lactic, care poate fi si el oxidat mai departe, cu eliminare de energie, apa si dioxid de carbon.

II)   Fructoza

1. Definitie

Fructoza este un monoglucid cu structura cetozica, solubila in apa.

Proprietati fizice

Fructoza este o substanta solida si cristalina cu punct de topire de 105 sC cu descompunere. Ea se dizolva usor in apa si alcool metilic. Este mai dulce decat glucoza, puterea sa de indulcire fiind considerata unitate pentru compararea gustului altor monozaharide.

Prezenta in natura

Fructoza predomina in fructele dulci si in miere. In unele fructe (mere, pere, cirese, coacaze negre) continutul de fructoza il depaseste pe cel de glucoza.

Rol

In organismul uman fructoza trece greu in stare de glucoza iar metabolizarea ei este mai inceata. Datorita acestui motiv precum si ca o consecinta a gustului foarte dulce (necesita o cantitate mai mica) se poate utiliza ca sursa naturala de 'dulce' si de catre diabetici (cu prudenta). Fructoza este singura glucida care se metabolizeaza pasiv (nu are nevoie de insulina), fara fosforilare prealabila. Considerata pana nu demult cea mai asimilabila si mai sanatoasa glucida, fructoza si-a dovedit si anumite neajunsuri. Desi prin functia cetonica initeaza arderea grasimilor, in acelasi timp stimuleaza asimilarea si sinteza unor lipide, dintre care cele mai periculoase sunt trigliceridele. Levuloza naturala din fructe prezinta efecte hipertriglicerilemiante nesemnificative, insa fructoza din solutii (sucuri industriale, produse lactate indulcite, inghetata, etc.), precum si cea din miere poate fi daunatoare acolo unde se semnaleaza tendinte crescatoare ale nivelului trigliceridelor si chiar a colesterolului.

Nevoile organismului in fructoza sunt mai ridicate la barbati, deoarece acesta cetohexoza are un important rol in spermatogeneza. Deoarece intretine metabolismul anaerob, se recomanda  introducerea  unei cantitati sporite de levuloza personelor care depun eforturi musculare sustinute si de scurta durata.

B)   Parte experimentala

I)       Dozarea glucozei prin metoda iodometrica (Wilstter Schull)

Mod de lucru

se cantaresc 10g din fiecare material vegetal, se mojoreaza si se dizolva in apa formand o solutie cu un volum de 100 mL; aceasta se filtreaza

peste probele obtinute se adauga 10 mL solutie de iod in iodura de potasiu de concentratie 0.1 N cu factorul f₁ si 15 mL hidroxid de sodiu de concentratie 0.1 N; probele se lasa la intuneric, la temperatura camerei pentru 15 minute dupa care se adauga 3 mL de acid sulfuric de concentratie 1 N si amidonul

se face titrarea fiecarei probe pana la decolorare cu tiosulfat de sodiu de concentratie 0.1 N si factorul

se noteaza volumul de tiosulfat de sodiu consumat si se calculeaza procentul de glucoza dupa formula %glucoza=(V₁∙f₁-V₂∙f₂) ∙ 0.09

Solutiile pregatite pentru determinari au avut factorii 1.

V₁=volumul solutiei de iod in iodura de sodiu introdus in reactie

V₂=volumul solutiei de tiosulfat consumat la titrare

Reactiile chimice care au loc

I₂ + 2 NaOH = NaIO + NaI + H₂O

NaIO + C₆H₁₂O₆ = NaI + C₆H₁₂O₇ (acid gluconic)

NaIO + NaI + H₂SO₄ = I₂ + Na₂SO₄ + H₂O

I₂ + 2 Na₂S₂O₃ = 2NaI + Na₂S₄O₆ (tetrationat de sodiu)

Determinari

S-au facut 2 determinari pentru fiecare material vegetal, iar rezultatele sunt cuprinse in tabelul 1 (in care am notat cu I prima determinare si cu II a doua determinare)

Tabelul 1. Determinari pentru dozarea glucozei prin metoda iodometrica

Se observa diferente intre valorile obtinute prin cele 2 determinari. Sursele de erori posibile sunt unitatea mare de masura a biruetei (0,1 cm³, citirea gresita a nivelului solutiei din birueta, pierderea unei cantitati de glucoza prin filtrare si titrarea.

II) Determinarea concentratiei de glucide cu refractometrul Abb

Refractometrul este un instrument analog ce determina indicele de refractie si lucreaza pe principiul reflexiei totale. Fenomenul se produce la suprafata de separare dintre doua medii optice.

Mod de lucru

se pregatesc solutiile de material vegetal si se curata prismele refractometrului cu apa distilata inainte de fiecare determinare

se adauga cateva picaturi din solutia pregatita pe prisma inferioara si se uniformizeaza picaturile astfel incat toata suprafata prismei sa fie acoperita, se inchid cele doua prisme si se regleaza refractometrul astfel incat linia dintre partea luminoasa si cea intunecata sa se intersecteze cu cele 2 linii trasate pe lentila (in forma de X); se citeste pe scala concentratia glucidelor

Determinari

S-au realizat doua determinari pentru o precizie mai mare a rezultatelor obtinute. Rezultatele sunt cuprinse in tabelul 2.

Tabelul 2. Determinarea concentratiei glucidelor cu ajutorul refractometrului

In cazul celei de-a patra proba (mierea) se observa o diferenta intre concentratiile obtinute. Sursele de erori posibile sunt citirea eronata de pe scala, pierderea unei cantitati de glucide prin filtrare, unitatea de masura mare a scalei si lipsa uniformitatii stratului de solutie.

III) Determinarea concentratiei de glucide cu spectrofotometrul

Spectrofotometrul este un fotometru (un aparat care masoara intensitatea luminii) care poata masura intensitatea ca o functie a culorii, mai exact ca o lungime de unda.

Mod de lucru

se prepara solutiile de material si se dilueaza 0.9 mL reactiv in 0.1 mL solutie de material vegetal iar solutia obtinuta se adauga intr-o cuva spalata cu apa distilata si se incubeaza 15 minute la 37 sC intr-un termostat

se creeaza o proba etalon formata din 0.1 mL solutie glucoza de concentratie 1 si 0.9 mL reactiv

cuvele se introduc in rotorul de cuve al spectrofotometrului si se incepe citirea cu etalonul astfel incat fiecarea cuva sa treaca prin fanta filtrului de 492 nm

Determinari

S-a realizat cate o determinare pentru fiecare din cele 5 probe. Rezultatele sunt curpinse in tabelul 3.

Tabelul 3. Determinarea concentratiei glucidelor cu ajutorul spectrofotometrului

IV) Determinarea activitatii optice cu polarimetrul

Polarimetrul determina unghiul de rotatie al planului de vibratie al luminii polarizate. Un fascicul de lumina este trecut printr-o prisma si apoi printr-o cuva in care se afla substanta a carei activitate optica vrem sa o determinam. La celalalt capat se afla un senzor care determina unghiul de rotatie.

Mod de lucru

se curata cuva cu apa distilata inainte de fiecare proba si se adauga solutia de material vegetal filtrata in cuva astfel incat sa nu apara bule de aer in cuva; cuva se aseaza in in polarimetru si se asteapta o perioada de timp astfel incat acesta sa determine unghiul de rotatie

Determinari

S-au realizat cate doua determinari pentru fiecare material vegetal. Rezultatele sunt cuprinse in tabelul 4.

Tabelul 4. Determinarea activitatii optice a materialului vegetal

Se observa o diferenta intre rezultatele obtinute pentru acelasi material vegetal. Sursele de erori posibile sunt aparitia unor bule de aer in cuva, lipsa de putere a fascicolului de lumina trecut prin cuva, lipsa de claritate a solutiei si inexactitatea aparatului folosit. Unghiul obtinut pentru miere are o valoare mare, astfel incat putem deduce ca raportul fructoza glucoza este mai mare decat 1 in aceasta proba.

C)   Concluzii

Se observa un nivel scazut de glucoza la 4 din cele 5 probe. Fructele alese provin din import si transportul lor presupune adaugarea unor substante chimice, ceea ce poate modifica compozitia fructului. Totodata, fructele nu au fost proaspete. Din aceasta cauza nivelul de zaharide poate fi diferit fata de cel initial.

Pentru toate probele se observa un nivel scazut de glucoza in raport cu celelalte glucide. Acest lucru este confirmat si de unghiul de rotatie al imaginii determinat cu ajutorul polarimetrului.

O concentratie mare de glucide apare la miere (de salcam). Ea este astfel bogata in zaharuri si trebuie consumata cu atentie pentru a nu se depasi doza de glucoza necesara metabolismului.

Din toate probele se poate observa ca principala cantitate de glucoza necesara organismului nu provine din glucoza din fructe, ci din celelalte glucide. Acestea sufera numeroase transformari si sunt reduse pana la glucoza.

Se remarca faptul ca fructele exotice au o cantitate mai mare de glucide. In zonele de unde provin fructele exotice exista o cantitate mai mare de energie solara pe perioada anului si astfel cantitatea de glucide inmagazinata in fruct creste.

Din determinarile realizate se remarca faptul ca niciun fruct nu este periculos pentru nivelul glicemiei organismului. Persoanele care doresc sa tina o dieta sau chiar cele diabetice nu trebuie sa renunte la fructe pentru a-si pastra glicemia intre limitele normale. Desi exista o cantitate de glucide in fructe, nu trebuie uitat ca ele sunt o sursa importanta de vitamina C, cu un rol deosebit in organism.

D)   Bibliografie

Chimie organica Volumul 2 Margareta Avram; Editura Academiei Republicii Socialiste Romania, Bucuresti, 1993

Biochimie medicala G. Otetea; Institutul de medicina Timisoara, 1977

Chimie manual pentru clasa a X-a Constantin D. Albu, Ileana Cosma, Olga Petrescu; Editura didactica si pedagogica, Bucuresti, 1980

Chimie si probleme de chimie organica P. Arsene, St. Popescu; Editura tehnica, Bucuresti, 1979

Chimie manual pentru clasa a XII-a Paraschiva Arsene, Cecilia Marinescu; Editura didactica si pedagogica, Bucuresti, 2002

Chimie manual pentru clasa a XI-a-Sorin Rosca, Lina Chiru, Mihaela Rosca; Editura Humanitas, Bucuresti, 2006