МИНИСТЕРСТВО ОХРАНЫ ЗДОРОВЬЯ УКРАИНЫ
ХАРКОВСЬКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ МЕДИЦИНСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
УГЛЕВОДЫ: МОНОСАХАРИДЫ.
ОЛИГО - И ПОЛИСАХАРИДЫ
Методические указания для самостоятельной работы студентов
1-го курса по биологической и биоорганической химии
(модуль 1)
Утверждено
Учёным советом университета
Прот. №10 от 21 ноября 2013 г.
Харьков
2014
Углеводы: моносахариды. Олиго - и полисахариды: Метод. указ. для студентов 1-го курса / сост. , , , . – Харьков: ХНМУ, 2014. – С. 22.
Составители:
,
,
,
,
,
,
,
,
,
,
,
,
,
Тема І: МОНОСАХАРИДЫ.
Мотивационная характеристика темы
Моносахариды являются структурными компонентами животного крахмала, гепарина и других важных биополимеров. Они образуются в процессе метаболизма и принимают участие в процессах биологического окисления.
Учебная цель:
Закрепить знание строения, стереохимии, таутомерного равновесия и умения проводить качественные реакции определения важных моносахаридов.
Учебно-целевые вопросы:
1. Знать классификацию моносахаридов по числу атомов карбона и функциональному составу.
2. Знать классификацию моносахаридов в зависимости от размера цикла и расположение полуацетального гидроксила.
3. Изучить наиболее стойкие конформации гексоз.
4. Усвоить свойства, связанные с существованием в молекулах моносахаридов полуацетального (гликозидного) гидроксила.
5. Уметь иллюстрировать свойства моносахаридов, связанные с наличием в них карбонильной и гидроксильной групп (окисление, восстановление, образование простых и сложных эфиров, эпимеризация гексоз в щелочной среде).
Методологические вопросы:
1. Гетерофункциональность – один из важнейших признаков моносахаридов, которые участвуют в процессах жизнедеятельности.
2. Взаимодействие части и целого в молекулах моносахаридов как гетерофункциональных соединений.
Исходный уровень:
1. Химические свойства гидроксильной и альдегидной групп. Механизм реакции образования полуацеталей и ацеталей.
2. Конформация циклогексана.
3. Понятие о таутомерии.
Практические навыки:
1. Уметь прогнозировать свойства важных моносахаридов.
2. Уметь проводить реакции по определению моносахаридов.
Контрольные вопросы:
1. Какие биологически важные продукты могут быть получены при окислении глюкозы в разных условиях?
2. Напишите реакцию взаимодействия b-Д-галактопиранозы (формулой Хеуорса) с этиловым спиртом. Назовите полученное соединение.
3. Приведите схемы и объясните механизм образования циклических форм рибозы и фруктозы.
Учебные задания и эталоны их решения
Задача 1. Какие изомеры характерны для моносахаридов? В чём отличие оптических изомеров?
Эталон решения: В природе наиболее распространены пентозы и гексозы. Они представляют собой, как правило, соединения с неразветвленной цепью. Количество их изомеров должно быть небольшим. Однако, моносахариды содержат несколько асимметричных атомов карбона и, вследствие этого, они имеют оптическую изомерию. Таким образом, альдогексозы имеют четыре асимметричных атома карбона и 16 оптических антиподов. Они распределены на 8 пар Д - и L -гексоз, которые отличаются расположением заместителей у всех асимметричных атомов карбона и имеют одинаковые свойства, за исключением знака вращения.
Изомеры, которые имеют различное расположение гидроксильных групп у нескольких хиральных центров, отличаются не только оптической активностью, но и некоторыми физическими и химическими свойствами и имеют разные названия (глюкоза, галактоза, манноза и др.).
Альдегидные и кетонные формулы строения моносахаридов наглядно объясняют реакции этих веществ. Однако, постепенно накапливались факты, которые не могут быть объяснены строением этих формул. Альдозы не вступают в некоторые альдегидные реакции. Глюкоза при нормальных условиях не дает окраску с фуксинсернистой кислотой. В то же время некоторые реакции (образование гликозидов) не могут быть объяснены с помощью оксоформ.
Задача 2. В чем заключается суть таутомерных превращений моносахаридов, как это влияет на химические свойства?
Эталон решения: Необходимо иметь в виду, что альдегидная и кетонная формы являются только одной из таутомерных форм моносахаридов и что большинство сахаридов находятся в виде таутомерных циклических форм, которые представляют собой внутренние полуацетали многоатомных альдегидо - и кетоноспиртов.
Сущность таутомерного перехода альдегидной или кетонной формы в циклическую заключается в способности моносахаридов образовывать внутренние полуацетали в результате перемещения атома гидрогена от гидроксила у пятого или четвёртого карбонового атома к оксисену карбонильной группы. В результате между атомами карбонов устанавливается связь через атом оксисена с образованием с образованием шести - или пятичленного цикла:
|
При образовании циклической формы возникает еще один гидроксил, которого не было в открытой форме. Он имеет название полуацетальный и по свойствам отличается от других гидроксильных групп, потому что во-первых, он находится в равновесии с карбонильной группой, а во-вторых, поступает в состав полуацетальной группировки, в которой электронная плотность сдвинута к атому оксигена. Атом карбона, который связан с полуацетальным гидроксилом, является асимметричным, в результате чего возможно существование двух циклических изомеров, которые имеют название a-, и b-формы - это формы, в которых расположение полуацетального гидроксила такое же, как и у гидроксила асимметричного атому карбона, который определяет принадлежность к Д - и L - ряду.
Английский химик Хеуорс предложил изображать циклические формы моносахаридов в виде правильных многоугольников, которые лежат в плоскости рисунка:
a-Д-глюкопираноза b-Д-фруктофураноза
В действительности у циклических моносахаридов должны существовать те же конформации, которые существуют у других циклов, которые состоят из тетрагональных атомов карбона, по существу конформации кресла.
Задача 3. Какие биологически важные продукты могут быть получены путём окисления и восстановления глюкозы?
Эталон решения: Необходимо знать, что наличие у моносахаридов разных функциональных групп, а также их возможность к таутомерным превращениям обусловливает высокую реакционную возможность и разнообразие химических свойств моносахаридов. Наиболее легко они вступают в реакции. При этом в зависимости от силы окислителя и реакции среды образуются разные продукты.
Глюкоза при взаимодействии с бромной водой в нейтральной среде окисляется в оксикислоту с таким же числом атомов карбона:
Д-глюкоза Д-глюконовая кислота
Более сильные окислители (например, концентрированная азотная кислота) окисляет в карбоксил не только альдегидную, но и первично спиртовую группу. При этом образуются двухосновные оксикислоты:
Д-глюкоза Д-глюкаровая (сахарная) кислота
Наиболее существенные превращения моносахариды претерпевают в щелочной среде. При взаимодействии с аммиачным раствором нитрата аргентума или гидроксидом купрума (ІІ) происходит разрыв карбоновой цепи с образованием смеси разных оксикислот.
При восстановлении гидрогеном в присутствии металлического никеля моносахариды превращаются в многоатомные спирты:
Д-глюкоза Д-глюцит (сорбит)
Из глюкозы таким образом может быть получен шестиатомный спирт сорбит, который используется в качестве заменителя сахара| при диабете.
Задача 4. Напишите реакцию взаимодействия моносахаридов с фосфорной кислотой.
Эталон решения: Спиртовые гидроксилы| глюкозы принимают участие в образовании простых эфиров со спиртами и сложных эфиров с кислотами. Большое|великое| биологическое значение имеют фосфорнокислые| эфиры моносахаридов.
a-Д – глюкопираноза 1-фосфат-a-Д – глюкопираноза
Образование фосфатов является первой стадией биохимических превращений|преобразования| моносахаридов.
Задача 5. Какие превращения|преобразование| происходят с моносахаридами в щелочной среде?
Эталон решения: В щелочной среде моносахариды в состоянии к|до| изомеризации через|из-за| образование енольной формы:
Д-глюкоза Ендиольная форма Д-фруктоза
Изомеризация моносахаридов и их производных имеет место в важных биохимических превращениях|преобразовании|.
Задача 6. Какие превращения|преобразование| происходят с моносахаридами при действии микроорганизмов?
Эталон решения: Превращение|преобразование| моносахаридов под действием микроорганизмов называется брожением. В зависимости от условий процесса и вида микроорганизмов различают несколько видов брожения:
2С2Н5ОН+2СО2 спиртовое
С6Н12О6 2СН3-СНОН-СООН молочнокислое
СН3 – (СН2)2 – СООН+2СО2+2Н2 маслянокислое
Наибольшая реакционная способность|состоятельность| полуацетального гидроксила| по сравнению с другими гидроксильными группами позволяет при определенных| условиях (кипячение глюкозы| в растворе спирта, который содержит 2 % сухого хлористого водорода) получать ацетали сахаридов – гликозиды:
a-Д – глюкопираноза метил - a, Д – глюкопиранозид
Необходимо знать, что некоторые|некие| природные|природные| гликозиды являются лекарственными препаратами, например, сердечные гликозиды.
Задача 7. Какая биологическая роль моносахаридов?
Эталон решения: Из пентоз наибольшее биологическое значение имеют рибоза| и дезоксирибоза, которые являются компонентами рибонуклеиновых и дезоксирибонуклеиновых кислот. Самой распространенной альдогексозой| является глюкоза. Ее называют также виноградным сахаром|, поскольку она содержится в виноградном соке|. Кроме винограда, глюкоза содержится в других сладких продуктах. Около|возле| 0,1 % глюкозы содержится в крови.
Представителем кето|гексоз| является фруктоза. Это самый сладкий из всех| углеводов. В большом количестве содержится в меде.
Задача 8. Приведите|приводите| строение|стройку| аминосахаров|. Укажите основные их свойства.
Эталон решения: Производные моноз, которые|какие| получены замещением спиртового гидроксила| аминогруппой, называются аминосахаридами. Им присущи сильные восстановительные свойства. Остатки аминосахаридов содержатся в некоторых|некоих| полисахаридах.
2-дезокси-2-амино-a-Д-галактопираноза 2-дезокси-2-амино-a-Д-глюкопираноза
(галактозамин) (глюкозамин)
Вопрос и упражнения:
№ 1
1. Напишите формулу Д-a-глюкопиранозы| (формулой Хеуорса). Укажите, конфигурация какого именно|какого| атома определяет ее принадлежность к Д-ряду|.
2. Напишите уравнение реакции взаимодействия этиламина с|с| 2-|bb-Д-дезоксирибофуранозой|. К|до| какому|какому| типу гликозидов относится полученное соединение? Назовите его. Приведите ее гидролиз.
3. Приведите|приводите| схему восстановления|восстановления| щелочного раствора гидроксида купрума| (ІІ) глюкозой. С какой целью используется эта реакция?
№ 2
1. Напишите формулу b-Д-глюкопиранозы| и ее 6-фосфата| (формулой Хеуорса). Укажите, конфигурация какого|какого| атома определяет принадлежность к Д-ряду|.
2. Напишите уравнение реакции гидролиза метил-b-Д-2,3,4,5-тетраметилгалактопиранозида. Назовите полученное соединение. В какой среде оно гидролизирует?
3. Какое свойство глюкозы лежит в основе|основании| взаимодействия ее с реактивом Фелинга? Укажите состав этого реактива.
№ 3
1. Напишите формулу a-Д-галактопиранозы| (формулой Хеуорса). Укажите, конфигурация какого|какого| атома определяет принадлежность к Д-ряду|.
2. Напишите уравнение реакции взаимодействия b-Д-рибофуранозы| (формулой Хеуорса) с метиловым спиртом. Укажите условия реакции. Назовите полученное соединение.
3. Напишите уравнение реакции получения глюкаровой| кислоты из Д-глюкозы|. Укажите условия.
№ 4
1. Напишите формулу b-Д-галактопиранозы| (формулой Хеуорса). Укажите, конфигурация какого|какого| атома определяет принадлежность к Д-ряду|.
2. Приведите|приводите| реакцию гидролиза метил-b-Д-1,3,4,6-тетраметилфруктофуранозида (формулой Хеуорса). Назовите полученное соединение.
3. Принадлежность каких свойств глюкозы проявляется|проявляется| в реакции «серебряного зеркала»?
№ 5
1. Напишите цепную (открытую) формулу Д-манозы| и Д-ксилозы|. Укажите, конфигурация каких атомов определяет принадлежность к Д-ряду|.
2. Приведите|приводите| реакцию взаимодействия b-Д-фруктофуранозы| (формулой Хеуорса) с этиловым спиртом. Назовите полученное соединение. Приведите|приводите| ее гидролиз.
3. С помощью|посредством| какой реакции можно доказать|приводит| существование нескольких гидроксильных групп в гексозе|?
№ 6
1. Покажите явление оксо-окситаутомерии| на примере|прикладе| Д-рибозы (фуранозный| цикл). В состав каких биополимеров входит Д-рибоза?
2. Напишите уравнение реакции гидролиза продукта полного метилирования сахарозы| (формулой Хеуорса). Будут ли иметь восстановительные свойства полученные в результате гидролиза соединения?
3. Какие полисахариды называются гомо|полисахаридами? Назовите моносахаридные звенья декстрина и укажите|пометьте| характер связи| между ними. Приведите|приводите| строение|стройку| биозного| фрагмента основной цепи.
№ 7
1. Приведите|приводите| формулу b-Д-рибофуранозы| (формулой Хеуорса). Укажите, конфигурация какого|какого| атома определяет принадлежность к Д-ряду|.
2. Напишите уравнение реакции взаимодействия b-Д-глюкопиранозы| (формулой Хеуорса) с избытком|излишком| уксусного альдегида. Назовите полученное соединение. Приведите|приводите| ее гидролиз.
3. Напишите уравнение реакции декарбоксилирования| Д-глюкуроновой| кислоты. Назовите полученное соединение.
№ 8
1. Напишите формулу 2-|aa-Д-дезоксирибофуранозы| (формулой Хеуорса). Укажите, конфигурация какого|какого| атома определяет принадлежность к Д-ряду|.
2. Приведите|приводите| уравнение реакции взаимодействия a-Д-глюкопиранозы| (формулой Хеуорса) с избытком|излишком| диметилсульфата|. Назовите полученное соединение. Приведите|приводите| его гидролиз.
3. Напишите уравнение реакции окисления Д-галактозы| в Д-галактуроновую| кислоту. Укажите условия.
№ 9
1. Напишите формулу 2-|bb-Д-дезоксирибофуранозы| (формулой Хеуорса). Укажите, конфигурация какого|какого| атома определяет принадлежность к Д-ряду|.
2. Напишите уравнение реакции взаимодействия b-Д-галактопиранозы (формулой Хеуорса) с этиловым спиртом в присутствии HCl|. Назовите полученное соединение. Приведите|приводите| его гидролиз.
3. Приведите уравнение реакции получения Д-глюконовой| кислоты из|с| Д-глюкозы|. Укажите окислитель.
№ 10
1. Напишите цепную (открытую) формулу Д-ксилулозы| и Д-рибулозы. Укажите, конфигурация каких атомов определяет принадлежность к Д-ряду|.
2. Напишите уравнение реакции взаимодействия b-Д-рибофуранозы| (формулой Хеуорса) с этиламином. К|до| какому|какому| типу гликозидов относится полученное соединение? Приведите|приводите| его гидролиз.
3. Какое свойство глюкозы проявляется в пробе Тромера?
№ 11
1. Напишите формулу b-Д-фруктофуранозы| (формулой Хеуорса). Укажите, конфигурация какого|какого| атому определяет принадлежность к Д-ряду|.
2. Приведите|приводите| уравнение реакции взаимодействия b-Д-глюкопиранозы| (формулой Хеуорса) с йодистым метилом. Назовите полученное соединение. Приведите|приводите| его гидролиз.
3. Приведите|приводите| схему восстановления|восстановления| глюкозой аммиачного раствора оксида|оксида| аргентума|. С какой целью используется эта реакция?
№ 12
1. Напишите формулу a-Д-фруктофуранозы| (формулой Хеуорса). Укажите, конфигурация какого|какого| атома определяет принадлежность к Д-ряду|.
2. Приведите|приводите| уравнение реакции получения b-Д-глюкопиранозида| (формулой Хеуорса). Укажите условия. Приведите|приводите| гидролиз соединения.
3. Какие превращения|преобразование| происходят при взаимодействии глюкозы со смесью| раствора сульфата купрума| (ІІ) и винно-кислого калия-натрия?
№ 13
1. Напишите формулу 1,6-дифосфат-|b-Д-фруктофуранозы| в открытой форме и формулой Хеуорса. Укажите, конфигурация какого|какого| атома определяет принадлежность к Д-ряду|.
2. Приведите|приводите| уравнение реакции взаимодействия b-Д-глюкопиранозы| с этиловым спиртом в среде сухого HCl|. Назовите полученное соединение. Приведите|приводите| его гидролиз.
3. Какая реакция лежит в основе|основании| перехода|перехождения| от гексуроновых кислот к|до| пентозам?
№ 14
1. Напишите 2-|a-Д| и 2-|b-Д-глюкозамин| в пиранозной| форме формулами Хеуорса. Укажите, конфигурация какого|какого| атома определяет принадлежность к Д-ряду|.
2. Приведите|приводите| уравнение реакции гидролиза пентаацетил-|b-Д-галактопиранозы|. Назовите полученное соединение.
3. Какая реакция может служить доказательством наличия восстановительных свойств у глюкозы?
№ 15
1. Напишите 2-|a-Д| и 2-|b-Д-галактозамин| в пиранозной| форме и формулами Хеуорса. Укажите, конфигурация какого|какого| атома определяет принадлежность к Д-ряду|.
2. Приведите|приводите| уравнение реакции взаимодействия b-Д-глюкопиранозы| (формулой Хеуорса) с метанолом. Назовите полученное соединение.
3. С помощью|посредством| какой реакции можно доказать|доказывается| наличие нескольких гидроксильных групп в глюкозе?
Тема ІІ : ОЛИГО - и ПОЛИСАХАРИДЫ.
Мотивационная характеристика темы
Полисахариды являются важными биополимерами и входят в состав многих органов, тканей и систем организма.
Учебная цель:
Сформировать|формировать| знание принципов строения|стройки| и основных химических превращений|преобразования| важнейших гомо-| и гетеро|полисахаридов во взаимосвязи с их биологическими функциями.
Учебно-целевые вопросы:
1. Знать моносахаридный состав|склад|, строение|стройку|, конформации важнейших дисахаридов| (мальтозы, лактозы, целлобиозы, сахарозы|).
2. Выяснить фракционных состав крахмала, линейное и пространственное строение|стройку| амилозы| и амилопектина, а также животного крахмала – гликогена.
3. Выяснить основные химические свойства крахмала: гидролиз, соединение, включения.
4. Знать состав|склад| и строение|стройку| важнейших гетеро|полисахаридов: гиалуроновой кислоты, гепарина, хондроитинсульфата|.
Методологические вопросы:
Структура и свойства полисахаридов иллюстрируют основные законы диалектики.
Исходный|выходной| уровень:
1. Таутомерия моносахаридов. Гликозиды.
2. Конформация альдогексоз|.
3. Восстановительные свойства альдогексоз|.
Практические|практичные| навыки:
1. Уметь прогнозировать свойства полисахаридов.
2. Уметь проводить качественные реакции на полисахариды.
Контрольные вопросы:
1. Проиллюстрируйте явление оксо-окситаутомерии| на примере|прикладе| дисахарида| лактозы (формулой Хеуорса).
2. Покажите фрагмент амилозы| и клетчатки, которые|какие| состоят из остатков Д-глюкозы|, укажите отличия их структурного строения|стройки|.
3. Из|с| каких моносахаридов построен гликоген? Напишите структуру фрагмента молекулы гликогена. Укажите тип связей между моносахаридными остатками.
Учебные задания|задача| и эталоны их решения
Задача 1. Какие полисахариды называются олигосахаридами? Приведите примеры. Покажите характер связи между моносахаридными звеньями. Химические свойства.
Эталон решения: Следует иметь| ввиду, что все полисахариды можно рассматривать как ангидриды простых сахаров|, которые|какой| получают путем отнятия одной и большего количества молекул моносахаридов. К|до| полисахаридам относятся разнородные по своим свойствам вещества и потому|и поэтому| их разделяют на две подгруппы: олигосахариды – относительно низкомолекулярные углеводы, при гидролизе которых|каких| образуется небольшое количество молекул моносахаридов (название имеет происхождение от греческого «олігос|» - немного), и высокомолекулярные полисахариды, которые|какие| состоят из сотен| и тысяч остатков моносахаридов. Олигосахариды проявляют ряд свойств, которые сближают их с простыми углеводами: хорошо растворяются в воде, имеют сладкий вкус|смак|.
Наиболее важные дисахариды|. Все они построены по типу гликозидов, то есть молекула воды выделяется из|с| двух молекул моносахаридов с обязательным участием полуацетального (гликозидного|) гидроксила|. Гидроксил второй молекулы, который принимает участие в образовании гликозидной| связи, может быть спиртовым или полуацетальным. В первом случае молекула дисахарида| имеет один полуацетальный гидроксил|, и потому|и поэтому| такие соединения по свойствам аналогичны моносахаридам, то есть способны легко окисляться|окисляющийся|, потому|оттого| их называют восстанавливающими дисахаридами|.
Если молекула дисахарида| образуется благодаря полуацетальным гидроксилам| обеих моноз, получаются невосстанавливающие дисахариды|.
Восстанавливающие дисахариды| благодаря наличию в молекуле полуацетального гидроксила| способны к таутомерным превращениям|преобразованию|.
Поэтому они вступают в химические реакции, которые характерны для моносахаридов (окисление оксидом|оксидом| серебра, образование озазона, и т. п.). Важнейшими восстанавливающими дисахаридами| являются мальтоза (солодовый сахар) и лактоза (молочный сахар):
a-мальтоза a-D-глюкопираноза a-D-глюкопираноза
В молекуле мальтозы два остатка a-Д-глюкозы| связаны 1,4-гликозидной| связью; молекула лактозы состоит из остатков Д-галактозы| и Д-глюкозы| в b-форме|. Примером|прикладом| невосстанавливающих диахаридов| является свекловичный сахар – сахароза, которая|какая| состоит из остатков Д-глюкозы| и Д-фруктозы|. Сахароза не имеет в своем составе|складе| свободного гликозидного| гидроксила|, она не может переходить в открытую карбонильную форму и потому|и поэтому| не восстанавливает|восстанавливает| оксид|оксид| серебра| и гидроксид купрума| (ІІ). Как и все полисахариды, сахароза способна гидролизоваться и проявлять свойства многоатомных спиртов.
Задача 2. Какие полисахариды называются гомополисахаридами|?
Эталон решения: Высшие полисахариды являются высокомолекулярными веществами, которые состоят из сотен и тысяч остатков моносахаридов. Эти остатки могут быть одинаковыми или разными; в первом случае образуются гомополисахариды, во втором – гетерополисахариды. Важнейшими гомополисахаридами являются крахмал и целлюлоза. Оба этих полисахарида при полной деструкции превращаются в глюкозу. Состав обоих веществ определяется формулой (С6Н10О5)n. Остатки глюкозы соединяются гликозидными связями в длинные цепи, при этом одна молекула своим полуацетальным гидроксилом взаимодействует со спиртовым гидроксилом второй молекулы:
амилоза
Задача 3. Какие продукты образуются при частичном и полном гидролизе крахмала?
Эталон решения: Крахмал и целлюлоза практически|практично| не обладают восстановительными свойствами, поскольку в своем составе|складе| имеют один полуацетальный гидроксил| на несколько сотен| или даже тысяч остатков глюкозы.
При быстром|скором| нагревании крахмала происходит расщепление его молекулы на более простые полисахариды, которые|какие| называются декстринами|, с той же молекулярной формулой, что и у крахмала, но с меньшим числом цепей. При кипячении с минеральными кислотами происходит|уходит| последующее расщепление с образованием сначала мальтозы, а затем|а потом| глюкозы. Таким образом, схема гидролиза крахмала упрощенно может быть представлена таким образом:
(С6Н10О5)n ® (C6Н10О5)х ® (С12Н22О11) ® С6Н12О6
крахмал декстрины мальтоза глюкоза
Задача 4. Приведите|приводите| строение|стройку| животного и растительного крахмала.
Эталон решения: Изучение строения|стройки| крахмала показало, что он не является индивидуальным веществом, а являет собой смесь двух фракций – амилозы| и амилопектина. У большинства растений крахмал состоит из 15-20 % амилозы| и 80-85 % амилопектина. Молекула амилозы| построена из|с| дигликозидных| цепей, соединенных 1,4-гликозидными| связями. Молекула амилозы| содержит от 200 до|до| 1000 глюкозных| остатков и имеет пространственное строение|стройку|, образовывая спираль, виток которой|какой| состоит из шести глюкозных остатков. Такое объёмное строение|стройка| является следствием аксиального размещения полуацетального гидроксила| в молекуле a-глюкозы|. В середине|средине| спирали молекулы амилозы| есть канал диаметром| свыше 5 ммк|. В этом канале могут располагаться подходящие по размерам молекулы, образуя особенного рода комплексы, так называемые соединения включения. Таким комплексом является соединение амилозы| с йодом|иодом|, который имеет синий цвет; его образование используется для качественного определения крахмала.
Амилопектин – полисахарид разветвленного строения|стройки| с молекулярной массой свыше миллиона (степень полимеризации 6000). Амилопектин, как и амилоза|, состоит из остатков a-Д-глюкозы|, но его молекула имеет более 30| разветвлений благодаря наличию 1,6-гликозидных| связей. Разветвленное строение|стройка| амилопектина придает его молекуле шаровидную|шарообразной| форму.
амилопектин
Во всех животных организмах содержится животный крахмал – гликоген. Его молекула построена по тому же типу, что и молекула амилопектина, но так как молекула гликогена имеет намного большее число разветвлений, он хорошо растворяется даже в холодной воде. В органзме| гликоген играет роль запасающего углевода: особенно|в особенности| много|богато| его в печени (до 20 %) и в мышцах (до 4 %). Все процессы жизнедеятельности, в первую очередь работа мышц, сопровождаются расщеплением гликогена, этот процесс идет с выделением энергии.
Задача 5. Приведите|приводите| состав|склад| и строение|стройку| целлюлозы.
Эталон решения: Целлюлоза – наиболее распространенный в природе полисахарид. Она образует стенки клеток|клетки| растений, обусловливает механическую|механичную| прочность и эластичность растительных тканей. Средняя молекулярная масса целлюлозы растительного происхождения колеблется в пределах|границе| от 100000 до 1000000. Целлюлозы построены из|с| остатков b-Д-глюкозы|, связанных 1,4-гликозидными| связями, и имеет линейное строение|стройку|:
Целлюлоза
Задача 6. Какие полисахариды называются гетерополисахаридами|? Назовите их составные компоненты.
Эталон решения: Полисахариды, молекулы которых|каких| построены из|с| остатков разных|различных| моносахаридов, называют гетеро|полисахаридами. Они широко распространены в природе в виде комплексов с белковыми веществами. В соединительной ткани, в стекловидном теле глаза, суставной жидкости содержится гиалуроновая кислота, при гидролизе которой|какой| образуется глюкозамин|, глюкуроновая и уксусная кислоты. Структурными компонентами гиалуроновой кислоты является глюкуроновая кислота и N-ацетилгюкозамин|, соединенные друг с другом b-1,3-гликозидными связями; дисахаридные| фрагменты соединены друг с другом b-1,4-гликозидными связями:
b-Д-глюкуроновая кислота N-ацетил-Д-глюкозамин
b-1,3-гликозидная связь
В органах и тканях животных и человека содержится гетеро|полисахарид – гепарин. Особенно|в особенности| его много|богато| в печени, легких, сердце, скелетных мышцах. Он выделен в кристаллическом состоянии|стане|, и находит широкое применение как средство препятствующее|супротив| свертыванию крови (антикоагулянт). В состав молекулы гепарина входят глюкуроновая кислота и частично|отчасти| сульфатированый глюкозамин|:
Гепарин
Вопросы и упражнения:
№ 1
1. Приведите|приводите| механизм реакции взаимодействия b-Д-галактопиранозы| (формулой Хеуорса) с этиловым спиртом. Назовите полученное соединение.
2. Из|с| каких моносахаридных звеньев построена целлюлоза? Напишите строение|стройку| фрагмента целлюлозы и укажите характер связи между остатками моносахаридов.
№ 2
1. Напишите формулы энантиомеров фруктозы. Сколько хиральных| центров имеет эта молекула?
2. Напишите реакцию гидролиза сахарозы. Назовите полученные соединения. Укажите гликозидные| связи в молекуле сахарозы.
№ 3
1. Покажите явление оксо-окситаутомерии| на примере|прикладе| Д-галактозы|. В состав какого дисахарида| входит галактоза?
2. Какие полисахариды называются мукополисахаридами? Напишите строение|стройку| компонентов хондроитин-6-сульфата| и укажите характер связи между ними.
№ 4
1. Напишите реакцию получения метил-b-глюкопиранозида|. Проведите его гидролиз.
2. Приведите строение|стройку| хондроитин-4-сульфата. Какие моносахариды входят в его состав|склад|.
№ 5
1. Какие превращения|преобразование| будут происходить с|с| a-Д-рибозой| в щелочной среде? Напишите схему реакции.
2. Напишите уравнение реакции получения гликозида из|с| дисахарида| мальтозы и этилового спирта.
№ 6
1. Напишите реакцию взаимодействия b-Д-глюкопиранозы| (формулой Хеуорса) с йодистым метилом. Назовите полученное соединение. Приведите реакцию|приводите| его гидролиза.
2. На какие фракции разделяется растительный крахмал? Как они различаются по строению|стройкой|?
№ 7
1. Какие моносахариды называются эпимерами? Напишите схему эпимеризации| Д-глюкозы|.
2. Напишите формулу дисахарида|, который состоит из Д-глюкуроновой| кислоты и N-ацетилглюкозамина|, связанных 1,3-гликозидной| связью. В состав какого биополимеру входит этот фрагмент?
№ 8
1. С помощью|посредством| какой реакции можно досказать наличие нескольких гидроксильных групп в молекуле глюкозы? Напишите уравнение этой реакции.
2. Приведите|приводите| строение|стройку| амилопектина. Какие продукты получаются при его гидролизе?
№ 9
1. Приведите|приводите| механизм реакции взаимодействия b-Д-фруктофуранозы| с этиловым спиртом. Назовите продукт реакции.
2. Приведите|приводите| строение|стройку| сахарозы и объясните причину отсутствия восстановительных свойств.
№ 10
1. Напишите схему реакции образования 1,6-дифосфата| b-Д-фруктозы| из соответствующего моносахарида и фосфорной кислоты.
2. Из|с| каких моносахаридных звеньев построен гликоген? Напишите строение|стройку| молекулы гликогена| и покажите разветвление цепи.
№ 11
1. Покажите явление оксо-окситаутомерии| на примере|прикладе| фруктозы. В состав какого дисахарида| входит фруктоза?
2. Напишите реакцию гидролиза лактозы (молочного сахара|). Назовите полученные соединения. Укажите гликозидную| связь в молекуле лактозы.
№ 12
1. Напишите строение|стройку| a-Д-галактопиранозы| формулой Хеуорса и реакцию взаимодействия ее с метиловым спиртом. Приведите|приводите| механизм реакции.
2. Напишите реакцию гидролиза молочного сахара| (лактозы). Назовите полученные моносахариды|. Будет ли сахароза обладать|обладать| восстановительными свойствами?
№ 13
1. Покажите явление оксо-окситаутомерии| на примере|прикладе| фруктозы. В состав какого дисахарида| входит фруктоза?
2. Напишите реакцию гидролиза лактозы (молочного сахара|). Назовите полученные соединения. Укажите гликозидную| связь в молекуле лактозы.
№ 14
1. Напишите формулы энантиомеров фруктозы. Сколько хиральных| центров имеет эта молекула?
2. Напишите реакцию| гидролиза| сахарозы|. Назовите полученные| соединения|. Укажите гликозидную| связь в молекуле сахарозы.
№ 15
1. Какие моносахариды называются| эпимерами? Напишите схему эпимеризации Д-глюкозы.
2. Напишите формулу дисахарида|, который состоит из Д-глюкуроновой| кислоты и N-ацетилглюкозамина|, связанных 1,3-гликозидной| связью. В состав какого|какого| биополимеру входит этот фрагмент?
СПИСОК РЕКОМЕНДОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
1. Тюкавкина химия. М.: – Медицина, 1985.
2. Руководство к лабораторным занятиям по биоорганической химии. Под ред. М.: − Медицина, 1985.
3. І. Біоорганічна хімія. Вінниця: − Нова книга, 2004.
4. , , Петюніна посібник з органічної хімії. Харків: − ХДМУ, 1994.
5. Теоретический курс по биологической и биоорганической химии (учебное пособие). Модуль 1. Биологически важные классы биоорганических соединений. Биополимеры и их структурные компоненты / , , – Харьков, ХНМУ. – 2013.
Учебное издание
Углеводы: моносахариди. Олиго - и полисахариды: методические указания для самостоятельной работы студентов 1-го курса по биологической и биоорганической химии (Модуль 1)
Составители:
,
,
,
,
,
,
,
,
,
,
,
,
,
Ответственные за выпуск: ,
План 2014. Ризография.
Усл. печ. стр. 1,25, тираж 100 экз.
ФЛП
г. Харьков, пл. Руднева, 4
