a505b559_bioorganika_metodich_posobie-2013

Гликозидный гидроксил

Однако, наиболее распространенной формой записи моносахаров является проекция Хеуорса. Те группы, которые в проекции Толленса направлены вправо, в проекции Хеуорса направлены вниз под плоскость кольца, а которые направлены влево – расположены над плоскостью кольца.

Полуацетальный атом углерода называется гликозидным. Если гидроксильная группа у гликозидного атома в проекции Хеуорса направлена вниз (под плоскость кольца), то такая конформация называется α–аномер, а если вверх, то β-аномер. Аномеры глюкозы находятся в равновесии с нециклической формой глюкозы.

При концентрации глюкозы ~ 4ммоль/л β–аномер глюкозы составляет 64%. При повышении концентрации глюкозы в крови вклад нециклической формы возрастает. Это способствует взаимодействию альдегидной группы глюкозы с аминогруппами белков, неферментативному гликозилированию белка. Неферментативное гликозилирование причина многих осложнений при сахарном диабете.

31

Связь, образованная с участием гликозидного атома углерода, называется гликозидной. Она может быть О-гликозидной и N-гликозидной связью.

Пятичленные циклы с атомом кислорода называются фуранозными, а шестичленные - пиранозными.

Глюкоза

Наиболее важным сахаром организма человека является глюкоза. Это основной сахар крови. В клетке глюкоза окисляется и обеспечивает ее энергией. Глюкоза может превращаться в резервный полисахарид организма, гликоген. При избыточном поступлении глюкоза используется на синтез жира. Производные глюкозы глюкозамин и глюкуроновая кислота используются на синтез гетерополисахаридов. Сладость глюкозы составляет 0,7 от сладости сахарозы. Пространственная структура глюкозы - это форма кресла.

Избыточное употребление сладостей (растворимых сахаров) может привести к избыточному весу, способствует гликозилированию белков, что активирует старение тканей.

В ротовой полости сахар способствует образованию декстранов зубного налета. Скапливающиеся там анаэробные бактерии окисляют сахар до молочной кислоты. Молочная кислота образует с кальцием растворимую соль, что способствует развитию кариеса.

D-Галактоза

Основным источником галактозы является молочный сахар лактоза. Сладость глюкозы составляет 0,4 от сладости сахарозы. В организме галактоза превращается в глюкозу и вступает в обмен веществ.

Галактоза, кроме того, превращается в галактозамин и галактуроновую кислоты компоненты гетерополисахаридов.

При врожденном нарушении превращения галактозы в глюкозу наблюдается тяжелое заболевание галактоземия. При этом заболевании при отсутствии лечения развивается катаракта, отставание в умственном развитии, цирроз печени. Для предотвращение развития заболевания необходима ранняя диагностика с последующим переведением ребенка на безгалактозную диету.

Манноза

32

D-манноза

В свободном виде манноза обнаружена в плодах, например, в цитрусовых. D-Манноза образует природные сложные углеводы—маннаны, Манноза часто являющиеся углеводными компонентами гликопротеинов клеточных мембран и слизей, а также оболочек растительных клеток. Манноза входит в состав гликопротеинов и гликолипидов клеточных мембран. Отвечает за межклеточные контакты. Участвует в иммунологической характеристике клетки.

D-Фруктоза

Основным источником фруктозы является сахароза (сахар). В свободном виде фруктоза содержится в овощах и фруктах. Большое количество фруктозы (до 50%) входит в состав меда. Значительное количество фруктозы входит в состав олигосахаров (раффиноза, стахиоза) и полисахаридов (инулин).

Она слаще сахарозы в 1,73 раза. Фруктоза утилизируется по другому механизму, чем глюкоза. Поступление большого ее количества не запускает выброс инсулина и лептина – механизм, служащий сигналом насыщения. В печени фруктозы непосредственно перерабатывается в жир. При регулярном употреблении большого количества фруктозы вырабатывается невосприимчивость к инсулину, ожирение и повышение кровяного давления.

D-Рибоза и D-дезоксирибоза

33

Рибоза и дезоксирибоза образуются в клетке из глюкозы. Они входят в состав нуклеотидов и дезоксинуклеотидов и, следовательно, РНК и ДНК. Примером нуклеозида может быть уридин:

уридин

Связь между атомом С в молекуле рибозы и атомом N в молекуле уридина называется N-гликозидной связью.

D-Арабиноза

Арабиноза - пентоза, встречающаяся в растениях, в камедях.

Нуклеозиды, содержащие арабинозу, используются, как противоопухолевые препараты при химиотерапии.

34

Производные моносахаров.

Фосфорилирование

Глюкоза, попадая в клетку, подвергается фосфорилированию. Фосфатная группа переносится на глюкозу с АТФ под действием фермента гексокиназы. Образующийся глюкозо-6-фосфат является ключевым соединением углеводного обмена. Именно глюкозо-6-фосфат вступает далее во все процессы обмена глюкозы в клетке.

Глюкозамин

Глюкозамин образуется в эндоплазматической сети клеток под действием глюкозаминсинтетазы. Донором аминогруппы выступает глутамин. Во втором положении ОН-группа заменяется на NН2-группу.

Глюкозамин, галактозамин и их ацетилированные и сульфо-производные входят в состав гетерополисахаридов. Они всасываются в тонком кишечнике

Сульфопроизводные сахаров

Сульфирование сахаров происходит в эндоплазматической сети при синтезе гетерополисахаридов. Ферменты, участвующие в этом процессе называются сульфотрансферазами. Донором сульфатной группы в организме ваступает фосфоаденозинфосфосульфат, ФАФС (сульфированная форма нуклеотида АМФ). Ниже схематичноприведено сульфирование β- глюкозамина с образованием N-сульфо-6-сульфоглюкозамина.

Восстановление моносахаридов

Глюкоза и фруктоза восстанавливаются НАДФ-содержащей сорбитолдегидрогеназой (А и В) до спирта сорбита. Фермент работает в разных тканях, особенно активно в печени. С помощью этих реакций фруктоза может превращаться в глюкозу.

35

глюкоза сорбит фруктоза При восстановлении маннозы образуется спирт маннит, при восстановлении

Окисление сахаров

Глюкуроновая кислота

Глюкуроновая кислота продукт окисления глюкозы по 6-ому атому углерода образуется в эндоплазматической сети при окислении дегидрогеназой с затратой энергии.

Глюкуроновая кислота используется для синтеза гетерополисахаридов и для обезвреживания токсинов в печени.

Активная форма глюкуроновой кислоты – это УДФ-глюкуроновая кислота.

Обезвреживание токсинов идет с использованием УДФ-глюкуронил- трансферазы. Образуются глюкурониды токсинов, формируется гликозидная

36

связь. Ниже приведена реакция глюкуроновой кислоты с салициловой кислотой.

Альдегидная группа может быть окислена до карбоксильной с образованием глюконовой кислоты с помощью хорошо известной реакции «серебряного зеркала»:

Аналогичная реакции - реакция Троммера, образование оранжевого осадка при взаимодействии глюкозы с гидроксидом меди при нагревании.

Окисление глюкозы до глюконовой кислоты происходит и при действии фермента глюкооксидазы, используемой для определения глюкозы крови. Из моносахаров (маннозы) в клетках синтезируются сиаловые кислоты.

Наиболее распространенным примером сиаловой кислоты является N- ацетилнейраминовая кислота.

СС

Сиаловые кислоты входят в состав гликопротеидов и гликолипидов. Формируют отрицательный заряд клеточных мембран. Сиалирование является одним из способов «маскировки» опухолевых клеток от действия иммунитета.

37

Увеличивается количество сиаловых кислот в крови при активной фазе ревматизма, инфекциях, инфаркте миокарда, злокачественных новообразованиях, активной форме туберкулеза, нефрозе. Определение сиаловых кислот в крови используется для диагностики этих заболеваний.

Мальтоза и изомальтоза

Мальтоза состоит из двух молекул глюкозы, связанных α-1-4-О- гликозидной связью, а изомальтоза из двух молекул глюкозы, связанных α-1-6-О-гликозидной связью. Мальтоза и изомальтоза образуются при гидролизе крахмала в тонком кишечнике.

Сахароза

Сахароза (сахар) состоит их глюкозы и фруктозы, связанных 1α-2β-О-гликозидной связью. Суточная норма сахара - не более 50 грамм в сутки. Избыточное потребление сахара приводит к модификации белков путем неферментативного гликозилирования. Это ухудшает их работу, уменьшает время жизни клеток.

Лактоза

Лактоза - молочный сахар состоит из галактозы и глюкозы, связанных β-1,4-О-гликозидной связью. В женском молоке преобладает β –лактоза, она не полностью гидролизуется в тонком кишечнике, достигает толстого кишечника и способствует формированию оптимальных условий для формирования кишечной микрофлоры. В коровьем молоке преобладает α-лактоза, которая легко переваривается в тонком кишечнике, это приводит к более высокому уровню глюкозы после еды.

38

Лактулоза

Лактулоза состоит из галактозы и фруктозы, связанных. β-1,3-О- гликозидной связью. В организме она не образуется. Лактулоза используется в качестве осмотического слабительного лекарственного средства, стимулирующего перистальтику кишечника, и применяется при запорах, печѐночной энцефалопатии, а также при диагностике нарушений желудочнокишечного тракта. Лактулоза активирует рост бифидобактерий, нормализует микрофлору кишечника.

Роль углеводов

1. Энергетическая.

При окислении глюкозы анаэробно (без кислорода) образуется 2 молекулы АТФ. глюкоза → 2 молочная кислота + 2 АТФ При окислении глюкозы в организме аэробно образуется 38 молекул АТФ Глюкоза +6О2 → 6СО2+ 6 Н2О + 38 АТФ.

2.Запасающая. В клетках печени и мышц накапливается гликоген: в печени для поддержания сахара крови, а в мышцах для выработки АТФ.

3.Пластическая. Углеводы используются на синтез жира, фосфолипидов, холестерина.

4.Структурная. Углеводы входят в состав гликопротеинов и протеогликанов соединительной ткани.

5.Обезвреживающая. Глюкуроновая кислота участвует в процессе обезвреживания.

6.Углеводы в составе гликопротеинов, гликолипидов и протеогликанов

участвуют в формировании клеточных мембран, где они отвечают за межклеточные контакты, иммунологические свойства клетки и участвуют в работе белков-переносчиков и рецепторов.

Лабораторная работа № 3

1.Реакция Троммера на глюкозу: В пробирку к 2 мл глюкозы добавьте 0,5 мл гидроксида меди и 3 капли сульфата меди.Осторожно встряхните. Запишите наблюдаемые изменения. Осторожно нагрейте раствор до кипения. Запишите наблюдаемые изменения. Напишите реакции в тетрадь. Повторите опыт с фруктозой. Запишите изменения.

39

2.Реакция Селиванова на фруктозу: В пробирку поместите нсколько кристаллов резорцина, добавьте 2 капли конц. НС1, и 2 капли раствора фруктозы. Запишите наблюдаемые изменения.

3.Реакция Ниландера: к 1мл раствора глюкозы добавьте реактив

Ниландера (нитрат висмута) и покипятите на спиртовке 2-3 минуты. Запишите наблюдаемые изменения. Проведите реакцию с фруктозой. Запишите наблюдаемые изменения

Тест к занятию №3

1.В основе классификации углеводов на альдозы и кетозы лежит: а. длина углеродной цепи б. природа оксогруппы в. способность к гидролизу

г. наличие асимметрических атомов углерода

2.К альдопентозам относят:

а. маннозу б. арабинозу в. галактозу г. эритрозу

3.Связь в молекуле лактозы: а. β-1,4-О-гликозидная б. 1α-2β-О-гликозидная в. α1-4-О-гликозидная г. α1-6-О-гликозидная

4.Связь в молекуле сахарозы: а. β-1,4-О-гликозидная б. 1α-2β-О-гликозидная в. α1-4-О-гликозидная г. α1-6-О-гликозидная

5.Число центров хиральности в молекуле фруктозы равно:

6.Фруктоза в организме образуется за счет гидролиза: а. мальтозы б. тростникового сахара в. лактозы г. крахмала

7.Первой стадией любых превращений моносахаридов в клетке является: а. гликозилирование б. сульфирование в. фосфорилирование г. аминирование

8.Фермент фосфорилирующий глюкозу называется____________

9.Правильная последовательность моносахаров по возрастанию числа углеродных атомов в молекуле:

а. эритроза б. диоксиацетон в. фруктоза г. арабиноза

10.Правильная последовательность моносахаров по возрастанию числа углеродных атомов в молекуле:

а. манноза б. глицериновый альдегид

40