Wróć do informacji o e-podręczniku Wydrukuj Pobierz materiał do PDF Pobierz materiał do EPUB Pobierz materiał do MOBI Zaloguj się, aby dodać do ulubionych Zaloguj się, aby skopiować i edytować materiał Zaloguj się, aby udostępnić materiał Zaloguj się, aby dodać całą stronę do teczki
bg‑yellow

Kwasy owocowe

HydroksykwasyhydroksykwasHydroksykwasy występują w organizmach żywych. Bardzo często używa się nazw zwyczajowych, które powstały w oparciu o ich występowanie. Naturalnie istniejące hydroksykwasy to alfa‑hydroksykwasyalfa‑hydroksykwasalfa‑hydroksykwasy (alfa‑hydroksykwasy), skrótowo oznaczane AHA. Często nazywane kwasami owocowymi. Ich charakterystyczną cechą jest to, że grupa hydroksylowa jest umiejscowiona przy drugim atomie węgla (tzw. atomie α – alfa). Wśród kwasów owocowych możemy wyróżnić kwas: glikolowy, mlekowy, jabłkowy, winowy, cytrynowy czy migdałowy. Kwasy owocowe odgrywają istotną rolę biochemiczną w organizmach ludzkich, zwierzęcych i roślinnych.

bg‑yellow

Kwas mlekowy (kwas 2‑hydroksypropanowy) – C3H6O3

Kwas mlekowy występuje w soku żołądkowym człowieka oraz w jabłkach. Ponadto, kwas 2-hydroksypropanowy bierze udział w cyklu Corich, inaczej zwanym cyklem kwasu mlekowego. Sole tego kwasu – mleczany – powstają w wyniku beztlenowego spalania glukozy (glikolizaglikolizaglikoliza). Na skutek niedostatecznego zaopatrzenia w tlen, w komórkach mięśni wzrasta stężenie mleczanów, co jest powiązane z odczuwalnym bólem podczas intensywnego wysiłku fizycznego. Po około dwóch godzinach mleczany są transportowane do wątroby, gdzie przekształcają się w glukozę. Proces ten nazywa się glukoneogeneza. Produktem pośrednim obu procesów jest pirogronian.

R1HFli8wT0gP61
Cykl Corich, czyli cykl kwasu mlekowego
Źródło: Lance93, dostępny w internecie: www.en.wikipedia.org, licencja: CC BY-SA 3.0.

Kwas mlekowy powstaje w wyniku fermentacji mlekowejfermentacja mlekowafermentacji mlekowej. Podczas tego procesu bakterie kwasu mlekowego (tzw. LAB) wytwarzają enzymy, które przekształcają glukozę lub inne cukry proste do kwasu mlekowego. W zależności od warunków, podczas fermentacji mlekowej mogą powstać produkty uboczne, jak tlenek węgla(IV), etanol czy kwas octowy. Proces jest wykorzystywany do kiszenia warzyw, np. ogórków, kapusty bądź buraków.

RfyNZUfRQRjYd
Zakwas buraczany ma cenne właściwości prozdrowotne, m.in. oczyszcza organizm, wzmacnia układ odpornościowy czy odbudowuje florę bakteryjną jelit. Otrzymujemy go w wyniku fermentacji mlekowej.
Źródło: dostępny w internecie: www.pixabay.com, domena publiczna.

Fermentację mlekową wykorzystuje się także w przetwórstwie mleczarskim, m.in. przy produkcji jogurtów. Jednym ze składników mleka jest disacharyd laktoza. W fermentacji mlekowej powstaje ostatecznie kwas mlekowy, a proces przebiega w dwóch etapach.

Ro6VJ9z4hQMoI
Źródło: GroMar Sp. z o. o., licencja: CC BY-SA 3.0.

I etapie enzym, wytwarzany przez bakterie, rozkłada laktozę na cukry proste (glukozę i galaktozę). W II etapie bakterie kwasu mlekowego przekształcają glukozę w kwas mlekowy.

Fermentacja mlekowa zachodzi także przy produkcji pieczywa. Produkty poddane procesowi fermentacji mlekowej mają charakterystyczny smak, ale to nie jedyny ich walor. Przede wszystkim są naturalnymi probiotykamiprobiotykprobiotykami, które wzmacniają odporność organizmu i wspomagają leczenie niektórych jednostek chorobowych.

Ciekawostka

Przy produkcji jogurtu wykorzystuje się bakterie Lactobacillus bulgaricus lub Lactococcus thermophilus. Przeprowadza się kilkugodzinną fermentację mlekową z wykorzystaniem bakterii w temperaturze około 40-50°C. Bakterie rozmnażają się i powodują tym samym gęstnienie mleka. Następuje przekształcenie laktozy w kwas mlekowy. Dzięki temu osoby cierpiące na nietolerancję laktozy, mogą spożywać jogurty.

bg‑yellow

Kwas salicylowy (kwas 2‑hydroksybenzenokarboksylowy) -C7H6O3

Po raz pierwszy kwas salicylowy został wyodrębniony z kory wierzby. Naturalnym źródłem kwasu salicylowego jest drzewo różane, malina, liść senesu, liść brzozy, kwiaty rumianku oraz wspomniana kora wierzby.

R1NokeWTE1VVA
Na zdjęciu są dwie maliny wiszące na gałązce. maliny, Na zdjęciu jest kilka wierzb bez liści rosnących przy polnej drodze. kora wierzby, Na zdjęciu są gałęzie z brzozowymi liśćmi, w tle jezioro. liście brzozy, Na zdjęciu jest zbliżenie na kwiaty rumianku - kwiaty zebrane w koszyczek. kwiaty rumianku
Naturalne źródła kwasu salicylowego
Źródło: dostępny w internecie: www.pixabay.com, domena publiczna.

Kwas salicylowy uczestniczy w rozwoju roślin jako hormon. Wpływa na takie procesy, jak fotosynteza, transpiracja oraz pobieranie i transport jonów. Bierze udział w obronie roślin przeciwko owadom i patogenom, np. wirusom. Kwas salicylowy jest syntetyzowany w miejscu zranienia (infekcji), gdzie wzrasta jego stężenie, sukcesywnie rozprzestrzeniając się po całej roślinie. Uczestniczy w przenoszeniu sygnałów, które uruchamiają syntezę białek, biorących udział w zwalczaniu infekcji, a także w informowaniu sąsiednich roślin o zagrożeniu.

R1rjZ702znZgw1
Objawy wirusa mozaiki tytoniowej na liściach storczyka
Źródło: dostępny w internecie: www.pixabay.com, domena publiczna.

Zaatakowana roślina wirusem mozaiki tytoniowej wydziela lotną substancję – metylosalicylan, która jest pochodną kwasu salicylowego. Substancja ta rozprzestrzenia się do pozostałych roślin, pobudzając je do produkcji białek antywirusowych

bg‑yellow

Kwas cytrynowy (kwas 2‑hydroksypropano‑1,2,3‑trikarboksylowy) – C6H8O7

Kwas cytrynowy występuje w postaci bezbarwnych kryształów, rozpuszczalnych w wodzie. Jego naturalnym źródłem są owoce cytrusowe, ale także truskawki, porzeczki, ananasy, borówka czerwona, kwaśne mleko oraz igły drzew iglastych.

RuPuuxdN7JIe9
Na zdjęciu są cytryny i limonki. cytrusy, Na zdjęciu są dwie truskawki. truskawki, Na zdjęciu są kiście czarnych porzeczek na krzaczku. porzeczka, Na zdjęciu znajdują się okrągłe, czerwone owoce na sztywnych, krótkich łodyżkach z drobnymi liśćmi. borówka czerwona, Na zdjęciu zsiadłe mleko w szklance znajdującej się na stole nakrytym obrusem. zsiadłe mleko, Na zdjęciu są gałązki świerku z krótkimi igłami. igły świerku
Naturalne źródła kwasu cytrynowego
Źródło: dostępny w internecie: www.pixabay.com, domena publiczna.

Kwas cytrynowy pełni ważną rolę biochemiczną w organizmach żywych. Pochodne kwasu cytrynowego – cytrynian i izocytrynian – uczestniczą w jednym z etapów oddychania komórkowego, mianowicie cyklu Krebsa, inaczej cyklu kwasu cytrynowego, który przebiega w mitochondrium komórki. Dzięki oddychaniu komórkowemu pozyskiwana jest energia niezbędna do prawidłowego funkcjonowania organizmów. Na cykl kwasu cytrynowego składa się kilka reakcji, które w konsekwencji prowadzą do uzyskania związków o mniejszej liczbie atomów węgla i wodoru.

RvBkeIBilPqSV1
Cykl kwasu cytrynowego
Źródło: GroMar Sp. z o. o. na podstawie https://bnd.ibe.edu.pl/tool-page/589, licencja: CC BY-SA 3.0.

Część kwasu cytrynowego wchodzi w skład niektórych enzymów. Takim przykładem jest kofaktorkofaktorkofaktor nitrogenazy NifV, który w postaci cytrynianu jest składnikiem kości. Odpowiada za regulację wielkości kryształów związków wapnia. Spożywanie kwasu cytrynowego w niewielkich ilościach wpływa pozytywnie na tkankę kostną, pobudzając przyswajalność jonów wapnia. Niewielkie ilości kwasu cytrynowego znajdują się także we krwi ludzkiej.

bg‑yellow

Inne hydroksykwasy

Kwas jabłkowy (kwas 2‑hydroksybutanodiowy) – C4H6O5

Jest białym, krystalicznym, rozpuszczalnym w wodzie ciałem stałym. Naturalnym źródłem kwasu jabłkowego są przede wszystkim owoce, m.in. jabłka, rabarbar, pigwa, agrest, jagody, a także występuje w jarzębinie i berberysie.

RgmzI6wG4HPWe
Na zdjęciu widoczne gęste podbaldachy jarzębiny. jarzębina, Na zdjęciu są zielone owoce agrestu wiszące na krzaku. agrest, Na zdjęciu znajdują się małe, czerwone kulki na gałązce z kolcami i z drobnymi liśćmi. berberys, Na zdjęciu są jabłka zerwane z drzewa. jabłka, Na zdjęciu są łodygi rabarbaru związane w pęczki po kilka sztuk. łodygi są czerwone, rabarbar ma duże, zielone liście. rabarbar, Zdjęcie przedstawia zerwane jagody leżące na drewnianej powierzchni. jagody, Na zdjęciu owoce pigwy wiszą na gałęzi, owoce przypominają jabłka. pigwa
Naturalne źródła kwasu jabłkowego
Źródło: dostępny w internecie: www.pixabay.com, domena publiczna.

Pochodna kwasu jabłkowego, jabłczan, pełni kluczową rolę w cyklu Krebsa oraz jest jednym z procesów fotosyntezy (tzw. szlak C 4 ).

Kwas winowy (kwas 2,3‑dihydroksybutanodiowy) – C4H6O6

Występuje w postaci bezbarwnych kryształów, które są rozpuszczalne w wodzie i higroskopijnesubstancja higroskopijnahigroskopijne. Naturalnym źródłem kwasu winowego są winogrona i wino.

Kwas glikolowy (kwas 2‑hydroksyoctowy) – C2H4O3

Naturalnym źródłem kwasu 2-hydroksyoctowego jest trzcina cukrowa, burak cukrowy, ananas, melon kantalupa oraz winorośl.

R13fK7rOxCFyc
Na zdjęciu są zerwane ananasy. ananasy, Na zdjęciu jest trzcina, przypomina wysoką trawę. trzcina cukrowa, Na zdjęciu są widoczne bulwy buraków cukrowych nieco wyrastające nad powierzchnię gleby oraz duże liście. burak cukrowy, Na zdjęciu są przekrojone melony. Mają pomarańczowy miąższ i liczne pestki. melon kantalupa, Na zdjęciu są widoczne kiście winogron na pędach winorośli. winorośl
Naturalne źródła kwasu glikolowego
Źródło: dostępny w internecie: www.pixabay.com, domena publiczna.

Kwas migdałowy (kwas 2‑fenylo‑2‑hydroksyoctowy) – C8H8O3

Naturalnym źródłem kwasu migdałowego są wiśnie, morele oraz gorzkie migdały.

R1beKMf0dYZl1
Na zdjęciu znajdują się czerwone owoce wiśni wiszące na gałęziach. wiśnie, Zdjęcie przedstawia pomarańczowe owoce moreli wiszące na gałęzi. morele, Na zdjęciu znajdują się migdały bez łupiny. Są brązowe. gorzkie migdały
Naturalne źródła kwasu migdałowego
Źródło: dostępny w internecie: www.pixabay.com, domena publiczna.

Kwas galusowy (kwas 3,4,5‑trihydroksybenzoesowy) – C7H6O5

Jest jednym z głównym składników granatu. Występuje także w kłączach rdestowca japońskiego, w liściach herbaty, w naroślach na liściach dębu, a także w borówce.

R1XwME4kSTKW9
Zdjęcie przedstawia lancetowate liście herbaty. liście herbaty, Zdjęcie przedstawia zerwane borówki czarne. Mają okrągłe owoce i kolor granatowy. Przypominają jagody. borówka czarna, Na zdjęciu znajdują się owoc granatu w całości oraz kawałek jego wnętrza. Ma liczne czerwone pestki otoczone różowo-czerwonym miąższem. Owoc przypomina jabłko. granat
Naturalne źródła kwasu galusowego
Źródło: dostępny w internecie: www.pixabay.com, domena publiczna.

Podsumowanie

Hydroksykwasy są wszechobecne w naturze. Występują przede wszystkim w licznych owocach, m.in. pomarańczach, jabłkach, winogronach, cytrynach. Dodatkowo odgrywają kluczową rolę w organizmach żywych (cykl kwasu cytrynowego, cykl Corich, fotosynteza). Ze względu na występowanie najczęściej wykorzystuje się ich nazwy zwyczajowe.

Słownik

hydroksykwas
hydroksykwas

związek organiczny, który zawiera dwie grupy funkcyjne: hydroksylową i karboksylową

alfa‑hydroksykwas
alfa‑hydroksykwas

(czyt. alfa‑hydroksykwasy; skrót AHA) związek organiczny, który zawiera dwie grupy funkcyjne: hydroksylową i karboksylową; grupa hydroksylowa jest przyłączona do drugiego atomu węgla (tzw. atomu alfa – alfa); związek ten często jest określany jako kwas owocowy

substancja higroskopijna
substancja higroskopijna

substancja zdolna do pochłaniania wilgoci (pary wodnej i wody) i ze względu na tę właściwość substancje higroskopijne powinny być przechowywane w szczelnych pojemnikach

glikoliza
glikoliza

(gr. glik „słodki”, lysis „rozpuszczanie”) dosłownie oznacza rozkład cukru; jest to szereg reakcji biochemicznych, które polegają na rozkładzie glukozy do pirogronianu, powstają także cząsteczki ATP, będące pośrednikami energetycznymi; glikoliza stanowi pierwszy etap oddychania komórkowego

glukoneogeneza
glukoneogeneza

ciąg reakcji biochemicznych, które polegają na syntezie glukozy z innych związków organicznych, np. pirogronianu, mleczanu, glicerolu czy niektórych aminokwasów; glukoneogeneza zachodzi w komórkach wątroby

fermentacja mlekowa
fermentacja mlekowa

(łac. jermentare „kiśnieć”, „burzyć się”) przemiana, która zachodzi pod wpływem enzymów, wytwarzanych przez bakterie kwasu mlekowego, w warunkach beztlenowych; polega na przemianie cukrów prostych (np. glukozy) w kwas mlekowy

probiotyk
probiotyk

(grec. pro bios „dla życia”) – to żywe mikroorganizmy: wyselekcjonowane szczepy bakterii lub kultury drożdży, które, podane w odpowiedniej ilości, wywierają pozytywny wpływ na zdrowie; najczęstsze probiotyki to bakterie kwasu mlekowego z rodzaju LactobacillusBifidobacterium

kofaktor
kofaktor

(łac. co „współ”, factor „sprawca”) substancja niebiałkowa, która współdziała z enzymem; obecność kofaktora jest niezbędna do katalizowania odpowiednich reakcji; pochodzenie kofaktorów może być nieorganiczne (np. jony metali) lub organiczne (wówczas nazywane są koenzymami)

Bibliografia

Bobrański B., Chemia organiczna, Warszawa 1992.

Buczek I., Chrzanowski M., Dymara J., Persona A., Kowalik E., Kuśmierczyk K.,  Odrowąż E., Sobczak M., Sygniewicz J., Chemia. Rozszerzenie. Repetytorium matura, Warszawa 2014.

Danikiewicz W., Chemia. Związki organiczne. Podręcznik do liceów i techników. Zakres rozszerzony, Warszawa 2016.

Hassa R., Mrzigod A., Mrzigod J., To jest chemia. Podręcznik dla szkół ponadgimnazjalnych. Zakres podstawowy, Warszawa 2016.

Jastrząb R., Zabiszak M., Nowak M., Na pograniczu chemii i biologii. T. 29Kwasy owocowe (alfa‑hydroksykwasy) i ich związki kopleksowe, Poznań 2014.

Khadem S., Marles R. J., Monocyclic Phenolic Acids; Hydroxy- and Polyhydroxybenzoic Acids: Occurrence and Recent Bioactivity Studies, „Molecules” 2010, 15, s. 7985‑8005.

Lautenschläger K. H., Schröter W., Wanninger A., Nowoczesne kompendium chemii, Warszawa 2007.

Litwin M., Styka‑Wlazło Sz., Szymońska J., To jest chemia 2. Chemia organiczna. Podręcznik dla liceum ogólnokształcącego i technikum. Zakres rozszerzony, Warszawa 2016.

Murray R. K., Granner D. K., Mayes P. A., Rodwell V. W., Biochemia Harpera, Warszawa 1995.

Ratajczak K., Piotrowska‑Cyplik A., Metabolity bakterii kwasu mlekowego i ich zastosowanie w przemyśle, „Postępy Mikrobiologii” 56, 2017, nr 4, s. 416‑421.

Solomon E. P., Berg L. R., Martin D. W., Biologia, Warszawa 2009, wyd. 7.