Задача №1

Известно, что соединения, содержащие тиольную группу, склонную к легкому окислению, выполняют защитную функцию при воздействии на организм веществ с высокой окислительной способностью. Кроме того, они проявляют противолучевое действие. В научной лаборатории сотрудник получил дозу ионизирующего излучения. Среди лекарств в лаборатории имелся только набор α-аминокислот.

Вопросы:

1. Что называется α-аминокислотами?

2. Какие аминокислоты называются незаменимыми?

3. На какие группы делятся аминокислоты по химической природе радикала?

4. Какую α-аминокислоту следует ввести сотруднику, получившему дозу излучения?

5. Что образуется при окислении этой аминокислоты?

Напишите следующие уравнения реакций

Образования дипептидов 1. ГЛИ-ГЛУ

Дезаминирование. 1.ГИС 2. АЛА

Ответьте на тесты:

1. В состав аминокислот не входят

1. сера

2. азот

3. фосфор

4. углерод

5. кислород

2. При полном гидролизе пептидов в кислой среде образуется смесь

1. аминокислот

2. сложных эфиров и аминокислот

3. солей первичных аминов

4. аминов и аминокислот

5. дикетопиперазинов

3. К серусодержащим аминокислотам относятся все кислоты ряда

1. цис, глу

2. гли, мет

3. глу, вал

4. цис, мет

5. три, тре

4. Амфотерность аминокислот объясняется наличием в их молекулах

1. карбоксильной группы

2. аминогруппы

3. карбоксильной и аминогрупп

4. карбоксильной и тиольной группы

5. аминогруппой бензольного кольца

Занятие № 9

Тема 9: Углеводы: моносахариды, ди- и полисахариды

Дайте краткий ответ на теоретические вопросы:

1.Дисахариды: мальтоза, лактоза. Строение, цикло-оксотаутомерия. Восстановительные свойства. Гидролиз. Конформационное строение мальтозы.

Дисахариды являются обычно транспортной или запасной формой углеводов, важны в питании. Они построены из гексоз и имеют общую молекулярную формулу С₁₂Н₂₂О₁₁.

В зависимости от типа гликозидной связи, связывающей остатки моносахаридов, дисахариды делятся на восстанавливающие и невосстанавливающие.

У восстанавливающих дисахаридов гликозидная связь образована с участием полуацетального гидроксила одного моносахаридного остатка и спиртового гидроксила другого моносахаридного остатка. Такой дисахарид сохраняет в своей структуре свободный полуацетальный гидроксил и может в щелочной среде превращаться в альдегидную форму и давать реакции «серебряного зеркала», Троммера, Фелинга, т. е. проявлять восстанавливающие свойства. К дисахаридам с таким типом гликозидной связи относятся мальтоза, лактоза, лактулоза и целлобиоза. Они мутаротируют в растворе, могут образовывать гликозиды со спиртами, аминами, другими моносахаридами.

У невосстанавливающих дисахаридов, примером которых является сахароза, гликозидная связь образуется с участием полуацетальных гидроксилов обоих моносахаридных остатков. В результате дисахарид не сохраняет свободного полуацетального гидроксила, не может превращаться в ациклическую форму и не проявляет восстановительных свойств, немутаротирует в растворе, не способен далее образовывать гликозиды.

 

Для установления строения дисахаридов необходимо знать: из каких моносахаридов он построен, какова конфигурация аномерных центров у этих моносахаридов (α- или β-), каковы размеры цикла (фураноза или пираноза) и с участием каких гидроксилов связаны две молекулы моносахарида.

Мальтоза — солодовый сахар, образуется при осахаривании крахмала под действием ферментов солода или слюны. При кислотном гидролизе мальтозы образуются 2 молекулыα,D-глюкопиранозы:

 

Химическое название дисахаридам дается, как гликозидам: указывается тип гликозида (О или N), первый остаток моносахарида называется как радикал с окончанием «ил», далее указывается тип гликозидной связи (14) и добавляется название второго моносахарида с окончанием «оза», так как мальтоза может еще образовывать гликозиды по свободномуполуацетальному гидроксилу.

 

 

Строение мальтозы по Хеуорсу:

 

 

Лактоза — молочный сахар, содержится в молоке (женском — до 8 %, в коровьем — 4–5 %). В сыроваренной промышленности ее получают из молочной сыворотки после отделения творога. При кислотном гидролизе лактозы образуются:

 

 

Остатки этих моносахаридов в лактозе связаны β(14)-гликозидной связью, в образовании которой принимает участие полуацетальный гидроксил β,D-галактопиранозы. В остаткеα,D-глюкопиранозы сохраняется свободный полуацетальный гидроксил, поэтому лактоза также обладает восстанавливающими свойствами.

 

 

Лактозу применяют в фармацевтической промышленности при изготовлении порошков и таблеток, а также как питательное средство в искусственных смесях для грудных детей.

 

 

Она способствует развитию в пищеварительном тракте микроорганизмов Lactobacillus bifidus, использующих лактозу для своей жизнедеятельности с образованием молочной и уксусной кислот, которые препятствуют размножению патогенных бактерий. В женском молоке содержатся и других олигосахариды (три-, тетра-, и пентасахариды), содержащие лактозу, связанную с аминосахарами и сиаловой кислотой (иногда фукозой). Эти олигосахариды также имеют большое значение для формирования естественной микрофлоры в желудочно-кишечном тракте грудных детей.

 

2.Понятие о гетерополисахаридах (ГАГ) глюкозамингликаны. Представители: гиалуроновая кислота, хондроитин -4,-6 сульфаты, гепарин. Строение дисахаридных фрагментов ГАГ, свойства, биологическая роль.

Гликозаминогликаны - линейные отрицательно заряженные гетерополисахариды. РаНbше их называли мукополисахаридами, так как они обнаруживались в слизистых секретах (мукоза) и придавали этим секретам вязкие, смазочные свойства. Эти свойства обусловлены тем, что гликозаминогликаны могут связывать большие количества воды, в результате чего межклеточное вещество приобретает желеобразный характер.

Протеогликаны - высокомолекулярные соединения, состоящие из белка (5-10%) и гликозаминогликанов (90-95%). Они образуют основное вещество межклеточного матрикса соединительной ткани и могут составлять до 30% сухой массы ткани.

Белки в протеогликанах представлены одной полипептидной цепью разной молекулярной массы. Полисахаридные компоненты у разных протеогликанов разные. Протеогликаны отличаются от большой группы белков, которые называют гликопротеинами. Эти белки тоже содержат олигосахаридные цепи разной длины, ковалентно

Рис. 15-13. Разрушение лёгочных альвеол эластазой нейтрофилов.

703

присоединённые к полипептидной основе. Углеводный компонент гликопротеинов гораздо меньше по массе, чем у протеогликанов, и составляет не более 40% от общей массы. Гликопротеины выполняют в организме человека разные функции и присутствуют во всех классах белков - ферментах, гормонах, транспортных, структурных белках и др. Представители гликопротеинов - коллаген и эластин, иммуноглобулины, ангиотензиноген, трансферрин, церулоплазмин, внутренний фактор Касла, тиреотропный гормон.

Гликозаминогликаны и протеогликаны, являясь обязательными компонентами межклеточного матрикса, играют важную роль в межклеточных взаимодействиях, формировании и поддержании формы клеток и органов, образовании каркаса при формировании тканей.

Благодаря особенностям своей структуры и физико-химическим свойствам, протеогликаны и гликозаминогликаны могут выполнять в организме человека следующие функции:

• они являются структурными компонентами межклеточного матрикса;

• протеогликаны и гликозаминогликаны специфически взаимодействуют с коллагеном, эластином, фибронектином, ламинином и другими белками межклеточного матрикса;

• все протеогликаны и гликозаминогликаны, являясь полианионами, могут присоединять, кроме воды, большие количества катионов (Na₊, K+, Са²⁺) и таким образом участвовать в формировании тургора различных тканей;

• протеогликаны и гликозаминогликаны играют роль молекулярного сита в межклеточном матриксе, они препятствуют распространению патогенных микроорганизмов;

• гиалуроновая кислота и протеогликаны выполняют рессорную функцию в суставных хрящах;

• гепарансульфатсодержащие протеогликаны способствуют созданию фильтрационного барьера в почках;

• кератансульфаты и дерматансульфаты обеспечивают прозрачность роговицы;

• гепарин - антикоагулянт;

• гепарансульфаты - компоненты плазматических мембран клеток, где они могут функционировать как рецепторы и участвовать в клеточной адгезии и межклеточных взаимодействиях. Они также выступают компонентами синаптических и других пузырьков.

А. Строение и классы гликозаминогликатов

Гликозаминогликаны представляют собой длинные неразветвлённые цепи гетерополиса-харидов. Они построены из повторяющихся дисахаридных единиц. Одним мономером этого дисахарида является гексуроновая кислота (D-глюкуроновая кислота или L-идуроновая), вторым мономером - производное аминосахара (глюкоз- или галактозамина). NH₂-rpynna аминосахаров обычно ацетилирована, что приводит к исчезновению присущего им положительного заряда. Кроме гиалуроновой кислоты, все гликозаминогликаны содержат сульфатные группы в виде О-эфиров или N-сульфата.

В настоящее время известна структура шести основных классов гликозаминогликанов, которые представлены в табл. 15-4.

Гиалуроновая кислота находится во многих органах и тканях. В хряще она связана с белком и участвует в образовании протеогликановых агрегатов, в некоторых органах (стекловидное тело глаза, пупочный канатик, суставная жидкость) встречается и в свободном виде. Предполагается, что в суставной жидкости гиалуроновая кислота выполняет роль смазочного вещества, уменьшая трение между суставными поверхностями.

Повторяющаяся дисахаридная единица в гиалуроновой кислоте имеет следующую структуру:

704

Таблица 15-4. Структура различных классов гликозаминогликанов

Класс гликозаминогликанов	Компоненты, входящие в состав дисахаридных единиц	Структура гликозаминогликанов
Гиалуроновая кислота	1. D-глюкуроновая кислота 2. К-ацетил-D-глюкозамин	D-глюкуроновая кислота  (β1→3)
		N-ацетилглюкозамин ( β1 → 4)
		D-глюкуроновая кислота (β1 → 3)
		N-ацетилглюкозамин (β1 → 4)
Хондроитин-4-сульфат (хондроитинсульфат А)	1. D-глюкуроновая кислота 2. К-ацетил-В-галактозамин-4- сульфат	D-глюкуроновая кислота (β1 → 3)
		N-ацетил-галактозамин-4-сульфат (β1 → 4)
		D-глюкуроновая кислота  (β1 → 3)
		N-ацетилгалактозамин-4-сульфат (β1 → 4)
Хондроитин-6-сульфат (хондроитинсульфат С)	1 . D-глюкуроновая кислота  2. М-ацетил-D-галактозамин-6-сульфат	D-глюкуроновая кислота  (β1→ 3)
		N-ацетилгалактозамин-6-сульфат (βl → 4)
		D-глюкуроновая кислота (βl → 3)
		N-ацетилгалактозамин-6-сульфат  (β1 → 4)
Дерматансульфат1	1 . L-идуроновая кислота  2. N-ацетил-D-галактозамин-4-сульфат	L-идуроновая кислота (β1 → 3) N-ацетилгалактозамин-4-сульфат (β1 → 4)
		L-идуроновая кислота (β1 → 3)
		N-ацетилгалактозамин-4-сульфат (β1 → 4)
Кератансульфат	1. D-галактоза 2. N-ацетил-В-галактозамин-6-сульфат	D-галактоза (β1 → 4) N-ацетилглюкозамин (β1 → 3)
		D-галактоза (βl → 4)
		N-ацетилглюкозамин-6-сульфат (β1 → 3)
Гепарансульфат2	1. D-глюкуронат-2-сульфат 2. К-ацетил-0-галактозамин-6-сульфат	D-глюкуронат-2-сульфат (αl → 4) N-ацетилглюкозамин-6-сульфат (αl → 4)
		D-глюкуронат-2-сульфат (βl → 4) N-ацетилглюкозамин-6-сульфат (α1 → 4)

¹ В состав дисахаридной единицы может входить D-глюкуроновая кислота.

² Может содержать N-сульфопроизводное глюкозамина вместо N-ацетилглюкозамина и различное количество идуроновой и глюкуроновой кислот.

Гиалуроновая кислота содержит несколько тысяч дисахаридных единиц, молекулярная масса её достигает 10⁵ - 10⁷ Д.

Хондроитинсульфаты - самые распространённые гликозаминогликаны в организме человека; они содержатся в хряще, коже, сухожилиях, связках, артериях, роговице глаза. Хондроитинсульфаты являются важным составным компонентом агрекана - основного протеогликана 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 (см. схему А).

Одна полисахаридная цепь хондроитинсульфата содержит около 40 повторяющихся дисахаридных единиц и имеет молекулярную массу 10⁴ - 10⁶ Д.

Решите задачи:

1. Напишите уравнения реакций (формулы Хеуорса) гидролиза: мальтозы, лактозы, целлобиозы, сахарозы.