a505b559_bioorganika_metodich_posobie-2013

в. рибоза г. седугептулоза

11.При восстановлении фруктозы образуется: а. сорбит б. ксилит в. маннит

г. дульцит I:

12.В молекуле глюкозы гликозидным (полуацетальным) называется атом углерода в положении:

а. 1 б. 2

в. 3

г. 6

13.В молекуле фруктозы гликозидным (полуацетальным) называется атом углерода в положении:

а. 1 б. 2 в. 3 г. 6

14.альфа- и бета - аномеры фруктозы различаются между собой:

а. числом гидроксильных групп в молекуле б. числом атомов углерода в молекуле

в. расположением гидроксильной группы у С-1 г. расположением гидроксильной группы у С-2

15.В молекуле глюкозамина амино группа находится в положении:

а. 1 б. 2 в. 3 г. 6

16.Рибоза и дезоксирибоза различаются между собой:

а. числом атомов углерода в молекуле б. способностью к образованию циклических форм в. числом гидроксильных групп г. наличием альдегидной группы

17. Качественной реакцией на фруктозу является реакция: а. Селиванова б. Ниландера в. Толленса г. Фелинга

Домашняя работа:

1.Подготовится по теме «Углеводы»

2.Решить тесты

3.Вопросы и задания по теме Углеводы»:

а. Какие изомеры моносахаров называются аномерами. Нарисуйте формулы аномеров фруктозы.

б. Напишите реакцию превращения глюкозы в глюконовую и в глюкуроновую кислоту. Какую роль играет глюкуроновая кислота?

41

в. Напишите реакцию превращения маннозы в маннит. Учитывая, что маннит не транспортируется в клетки, объясните, в каких случаях его вводят внутривенно.

г. Чем отличается мальтоза от изомальтозы? Нарисуйте их структрные формулы. Укажите тип гликозидной связи в этих молекулах.

д. Нарисуйте сиаловую кислоту. Какова ее роль в организме?

Занятие №4 Олигосахариды и полисахариды

Цель занятия: изучение строения гомополисахаридов, гетерополисахаридов и их роли в обмене веществ. Определение сахаров в биологических жидкостях.

Актуальность темы: гликоген, инулин, дисахариды и гетерополисахариды играют важную роль в обмене веществ.

Содержание:

1.Крахмал, строение. Роль в питании. Гликоген. Инулин. Целлюлоза.

2.Полостное пищеварение. Нарушения.

3.Расщепление дисахаридов. Пристеночное пищеварение. Нарушения. Всасывание моносахаров.

4.Гетерополисахара. Структура. Роль. Протеогликаны соединительной ткани. Гликопротеины.

5.Определение сахаров в биологических жидкостях.

Гомополисахариды

Крахмал

Крахмал - наиболее важный углеводный компонент пищевого рациона. Это резервный полисахарид растений, содержащийся в наибольшем количестве (до 45% от массы сухого вещества) в зѐрнах злаков (пшеница, кукуруза, рис и др.), а также луковицах, стеблях и клубнях растений (в картофеле 65%). Крахмал - разветвлѐнный полисахарид, состоящий из остатков глюкозы. Он находится в клетках растений в виде гранул, практически нерастворим в воде. Крахмал состоит из амилозы и амилопектина.

42

Амилоза - неразветвлѐнный полисахарид, включающий до 1000 остатков глюкозы, связанных α-1,4-гликозидной связью имеющая форму спирали.

Амилопектин имеет разветвлѐнную структуру. В местах ветвления остатки глюкозы соединены α-1,6-гликозидными связями. Линейные участки содержат примерно 20-25 остатков глюкозы. При этом формируется древовидная структура. Амилопектин - высокомолекулярное соединение, включающее до 2 тысяч остатков глюкозы. Его молекулярная масса составляет около 500000 дальтон.

43

Гликоген

Гликоген – это животный «крахмал». В отличие от крахмала гликоген значительно более разветвлен. Длина боковой цепи в гликогене составляет 8- 10 остатков глюкозы. Гликоген находится в цитоплазме в виде гранул. На поверхности гранул расположены ферменты, синтезирующие и расщепляющие гликоген. Если масса гранулы превосходит определенный размер, она расщепляется в лизосомах. Гликоген есть практически во всех тканях, но наибольшее количество его находится в печени и в мышцах.

Впечени его примерно 5% от ее массы, около 100 граммов. Гликоген в печени расщепляется до глюкозы, что необходимо для поддержания сахара крови для работы мозга и сердца. Гликогена в печени достаточно для поддержания сахара в течение 24 часов.

Вмышцах гликогена около 1% от массы мышц, примерно 300-500г. Гликоген расщепляется в мышцах до молочной кислоты или до углекислого газа и воды и обеспечивает мышцу АТФ для физической работы. Гликоген мышц не поддерживает сахар крови. В мышцах нет фермента фосфатазы глюкозы-6-фосфат, и гликоген используется только для работы самой мышцы.

Целлюлоза

Целлюлоза (клетчатка) обладает большой механической прочностью и играет роль опорного материала растений. В ней остатки глюкозы связаны β- 1,4-О-гликозидной связью. Целлюлоза имеет линейное строение, содержит 2000-10000 глюкозных остатков. Целлюлоза не расщепляется ферментами желудочно-кишечного тракта. В толстом кишечнике целлюлоза может подвергаться действию бактериальных ферментов и частично расщепляться с образованием спиртов, органических кислот и СО2. Продукты бактериального расщепления целлюлозы важны как стимуляторы перистальтики кишечника.

Целлюлоза и другие пищевые волокна играют важную роль в физиологии пищеварения:

-стимулируют моторику кишечника;

-задерживают воду в кишечнике и формируют каловые массы;

-адсорбируют холестерин, желчные кислоты, билирубин и способствуют их выведению;

-выводят экзо- и эндогенные токсины и радионуклиды.

44

- являются источником питания для кишечной микрофлоры, которая синтезирует из них некоторые витамины.

Декстраны

Декстраны – полисахариды бактериального происхождения. Декстраны состоят из фрагментов глюкозы, связанных 1-6-О-гликозиднами связями. В точках ветвления 1-4-О-гликозидные связи. Используется в медицине как плазмо- и кровезаменитель (полиглюкин и реополиглюкин) и в биохимических исследованиях как гель для хроматографии. Декстраны составляют основу зубного налета, в котором накапливаются анаэробные бактерии, ответственные за развитие кариеса.

Инулин

Инулин - это полисахарид, получаемый из корнеплодов цикория и топинамбура. В основном он состоит из молекул фруктозы, связанных 1-2-О-гликозидной связью. При попадании в пищеварительный тракт инулин проходит в неизменном виде желудок, тонкий кишечник, а в толстом кишечнике гидролизуется при помощи микрофлоры. Инулин обеспечивает следующие оздоровительные эффекты на организм:

способствует нормализации микрофлоры кишечнка (пребиотик)

устранение запоров

снижение количества холестерина и жиров крови

снижение риска атеросклероза

снижение кровяного давления

нормализация количества глюкозы крови

улучшение всасывания кальция, магния, железа, фосфатов.

Гидролиз крахмала

В ротовой полости пища измельчается при пережѐвывании и смачивается слюной. Слюна обычно имеет рН 6,8. В слюне присутствует α- амилаза (α-1,4-гликозидаза), расщепляющая в крахмале внутренние α-1,4-гликозидные связи с образованием крупных фрагментов - декстринов и небольшого количества мальтозы и изомальтозы.

45

У взрослых гидролиз изза низкого рН в желудке практически не происходит.

В основном переваривание крахмала происходит в двенадцатиперстной кишке. В двенадцатиперстной кишке кислое содержимое желудка нейтрализуется соком поджелудочной железы (рН 7,5—8,0 за счет бикарбонатов).

Гидролиз крахмала происходит под действием панкреатической α-амилазы., расщепляющей α-1,4-гликозидные связи. Продуктами полостного пищеварения являются:

мальтоза (65%), изомальтоза (5%), глюкоза (5%), олигосахариды (25%).

При нарушении работы поджелудочной железы гидролиз крахмала ухудшается. В каловых массах больных (копроскопия) обнаруживаются зерна крахмала.

Гидролиз дисахаридов

Ворсинки клеток кишечника покрыты протеогликанами гликокалиса. В нем находятся ферменты, завершающие переваривание с образованием моносахаров.

Фермент мальтаза расщепляет молекулу мальтозы до двух молекул глюкозы. Мальтаза расщепляет α-1,4-гликозидную связь.

Изомальтаза расщепляет изомальтозу на 2 молекулы глюкозы, гидролизуя α-1,6-О-гликозидную связь.

Молочный сахар лактоза расщепляется лактазой до глюкозы и галактозы, гидролизуя β-1,4-гликозидную связь.

Сахароза расщепляется ферментом сахаразой до глюкозы и фруктозы. Гидролизуется 1α,2β-О-гликозидную связь.

46

Олигосахариды расщепляются γ-амилазой (1,4-гликозидазой) и 1,6- гликозидазой.

Конечными продуктами пристеночного пищеварения являются моносахара, которые всасываются в тонком кишечнике. Моносахариды всасываются эпителиальными клетками тощей и подвздошной кишок. Транспорт моносахаридов в клетки слизистой оболочки кишечника может осуществляться путѐм диффузии (рибоза, арабиноза), облегчѐнной диффузии с помощью белков-переносчиков (фруктоза, галактоза, глюкоза) и путем активного транспорта (галактоза, глюкоза). Активный транспорт галактозы и глюкозы из просвета кишечника в энтероцит осуществляется симпортом с Na+. Через белок-переносчик Na+ двигается по градиенту своей концентрации и переносит с собой углеводы против их градиента концентраций. Градиент концентрации Na+ создаѐтся Nа+/К+-АТФ-азой.

Наследственные и приобретенные дефекты ферментов, участвующих в переваривании

При врожденных или приобретенных нарушениях пристеночного переваривания наблюдается синдром мальабсорбции. Развивается осмотическая диарея. Диарею вызывают нерасщеплѐнные дисахариды или невсосавшиеся моносахариды в дистальных отделах кишечника, а также органические кислоты, образованные микроорганизмами при неполном расщеплении углеводов. Усиливается перистальтика, развиваются спазмы, боли, метеоризм.

Чаще всего наблюдается нарушение расщепления молочного сахара лактазой. Частота этой патологии составляет в Европе 7—12%, в Китае — 80%, в Африке — до 97%. Врожденная непереносимость лактозы (молока) развивается после первого кормления ребенка. Чтобы ребенок нормально развивался, необходима безмолочная диета (кисломолочные продукты) или добавление лактазы к молочным продуктам. Наиболее часто встречается преобретенная недостаточность лактазы, развивающаяся с возрастом непереносимость молока. Вторичная непереносимость лактозы может возникнуть при заболеваниях, сопровождающихся поражением слизистой оболочки кишечника (диарея, лямблиоз, резекция кишечника и др.).

Недостаточности сахаразы и изомальтазы подвержены 0,2% населения. Проявляется она при включении сахарозы и крахмала в пищу ребенка. Синдром мальабсорбции может проявляться и при нарушении всасывания моносахаров.

47

Гликопротеиды - это белки, содержащие углеводные компоненты. Углеводный компонент гликопротеинов гораздо меньше по массе, чем у протеогликанов, и составляет обычно не более 10% от общей массы. Гликопротеины выполняют в организме человека разные функции и присутствуют во всех классах белков - ферментах, гормонах, транспортных, структурных белках и др. Представителями гликопротеинов,например, являются – коллаген, эластин и иммуноглобулины.

Гетерополисахариды

Гетерополисахариды состоят из производных глюкозы и, реже, из производных других сахаров. Чаще всего в их состав входят глюкозамин, галактозамин, глюкуроновая кислота и их ацетилированные и сульфопроизводные. Они образуются из моносахаров в эндоплазматической сети клеток.

Роль гетерополисахаров

1.Они являются структурными компонентами межклеточного матрикса;

2.Присоединяют большое количество воды и катионов (Na+, K+, Са2+) и формируют тургор тканей.

3.Играют роль молекулярного сита в межклеточном матриксе

(гликокалексе), препятствуют проникновению патогенных микроорганизмов.

4.Входят в состав мембран. Участвуют в формировании межклеточных контактов.

5.Входят в состав слизи.

6.Гепарин является антикоагулянтом.

Гиалуроновая кислота Гиалуроновая кислота - гетерополисахарид, не содержащий

сульфатных групп. Построена она из дисахаридных звеньев, состоящих из N-ацетилглюкозамина и глюкуроновой кислоты, соединенных О-гликозидной связью. Гиалуроновая кислота имеет конформацию спирали.

Гиалуроновая кислота является важным компонентом суставного хряща, где она присутствует в виде слоя вокруг каждой клетки (хондроцита). Она играет важную роль в построении протеогликанов. Гиалуроновая кислота содержит большое число отрицательно заряженных групп. Эти группы удерживают много противоионов (Na+, Ca2+, Mg2+). Каждый ион окружен гидратной шубой. Гиалуроновая кислота и другие гликозаминогликаны при образовании гелей связывают 10000-кратный объем воды. Протеогликаны, содержащие гиалуроновую кислоту отвечают за упругость хряща и тургор тканей (их сопротивление сжатию). Гиалуроновая кислота выполняет функцию стабилизатора геля в стекловидном теле глаза, которое содержит

48

всего 1% гиалуроновой кислоты и на 98% состоит из воды. Гиалуроновая кислота также является основным компонентом кожи, где она принимает участие в регенерации тканей. Масса гиалуроновой кислоты варьируется от 5000 до 20000000 дальтон. Показано, что гиалуроновая кислота с низкой молекулярной массой замедляет процессы перекисного окисления липидов. В суставной жидкости гиалуроновая кислота выполняет роль смазочного вещества, уменьшая трение между суставными поверхностями.

Хондроитинсульфат

Хондроитинсульфаты - самые распространѐнные гликозаминогликаны в организме человека; они содержатся в хряще, коже, сухожилиях, связках, артериях, роговице глаза. Хондроитинсульфат состоит из глюкуроновой кислоты и 4-сульфо-N-ацетилгалактозамина, связанных О-гликозидной связью.

Хондроитинсульфаты являются важным составным компонентом хрящевого матрикса. В организме человека встречаются 2 вида хондроитинсульфатов: хондроитин-4-сульфат и хондроитин-6-сульфат. Они построены одинаковым образом, отличие касается только положения сульфатной группы в молекуле N-ацетилгалактозамина. Одна полисахаридная цепь хондроитинсульфата содержит около 40 повторяющихся дисахаридных единиц и имеет молекулярную массу 104 - 106 Дальтон.

Кератансульфат

В отличие от других гетерополисахаров, кератансульфаты вместо глюкуроновой кислоты содержат галактозу.

Дерматансульфат широко распространѐн в тканях животных, особенно он характерен для кожи, кровеносных сосудов, сердечных клапанов.

Гепарин

Гепарин состоит из повторяющихся единиц, содержащих глюкуроновую кислоту или сульфированную глюкуроновую кислоту и

49

N–ацетилглюкозамин, сульфатированный в 4–ом или 6–ом положении остатка глюкозы.

Благодаря наличию значительного количества отрицательно заряженных сульфатных и карбоксильных групп, молекула гепарина представляет собой сильный природный полианион. Синтезируется в тучных клетках, которые находятся в органах животных, особенно в печени, легких, стенках сосудов. В клинической практике известен, как антикоагулянт, то есть, вещество, препятствующее свертыванию крови. Применяется для профилактики и терапии тромбоэмболических заболеваний, при операциях на сердце и кровеносных сосудах, для поддержания жидкого состояния крови в аппаратах искусственного кровообращения и гемодиализа, а также для предотвращения свертывания крови при лабораторных исследованиях.

Аналог гепарина - гепарансульфат входит в состав протеогликанов базальных мембран. Гепарансульфат является постоянным компонентом клеточной мембраны.

Протеогликаны более чем на 95% состоят из гетерополисахаридов и только на 5% из белка. В качестве «ствола» выступает гиалуроновая кислота, в качестве «веток» - белки, на которые «нанизаны» молекулы хондроитинсульфата и кератансульфата.

Разрушаются протеогликаны в лизосомах клеток. При врожденных нарушениях синтеза ферментов, разрушающих протеогликаны, развиваются редкие тяжелые генетические заболевания - мукополисахаридозы.

50