Электронный учебно-методический комплекс по учебной дисциплине «Основы биохимии и токсикологии» для специальности 1-57 01 02 «Экологический менеджмент и аудит в промышленности»

При восстановлении маннозы, ксилозы и рибозы образуются соответственно маннит, ксилит и рибит:

3.Специфические свойства глюкозы

1) спиртовое брожение

С6Н12О6 → 2СН3-СН2ОН + 2СО2↑

Этиловый спирт

2) молочнокислое брожение

С6Н12О6 → 2СН3-СНОН –СООН

Молочная кислота

3) маслянокислое брожение

С6Н12О6 → С3Н7СООН + 2Н2↑ + 2СО2↑ 4) Полное окисление

С6Н12О6 +6О2→ 6Н2О+ 6СО2 Сложными углеводами (полисахаридами, полиозами) Сложны-

ми называют углеводы, молекулы которых при гидролизе распадаются с образованием простых углеводов. Их состав выражается общей формулой Сm(H2O)n, где m>n.

Среди сложных углеводов различают олигосахариды и полисахариды.

Олигосахариды при гидролизе распадаются на 2-10 молекул моносахаридов.

Олигосахариды классифицируют:

•В зависимости от числа моносахаридных фрагментов: ди-

сахариды, трисахариды и т.д.

•По составу моносахардных остатков: гомоолигосахариды - состоят из остатков одного вида моносахаридов; гетероолигосахариды – состоят из остатков разных сахаров.

•В зависимости от порядка соединения мономеров: линей-

ные и разветвленные.

• В зависимости от окислительно-восстановительных спо-

собностей: восстанавливающие и невосстанавливающ Восста-

навливающие обладают свободной полуацетальной гидроксильной группой, способной переходить в альдегидную форму, сообщая дисахариду восстанавливающие свойства.

Наиболее широко распространены в природе дисахариды: Дисахариды - это сложные сахара, каждая молекула которых

при гидролизе распадается на 2 молекулы моносахарида. Дисахариды имеют формулу С12Н22О11 К дисахаридам относятся:

мальтоза, состоящая из двух остатков α-глюкозы;

сахароза – свекловичный сахар (α-глюкоза + β- фруктоза);

лактоза – молочный сахар (β- галактоза + глюкоза).

целлобиоза (β-глюкоза) - дисахарид образуется при неполном гидролизе полисахарида целлюлозы.

Дисахариды образуются в результате конденсации двух моносахаридов (чаще всего гексоз).

Связь, возникающую между двумя моносахаридами, называют гликозидной. Обычно она образуется между 1-м и 4-м углеродными атомами соседних моносахаридных единиц (1,4-гликозидная связь).

Рисунок 1.2.8. Схема образования гликозидной связи Различают - и -гликозидные связи в зависимости от конфигу-

рации аномерного атома углерода:

Рисунок 1.2.9. - и -гликозидные связи Восстанавливающая способность дисахарида обусловлена

его строением:

Рисунок 1.2.10. Образование полуацетальной группы

Рисунок 1.2.10. Восстанавливающие и невосстанавливающие дисахара

Полисахариды – высокомолекулярные продукты поликонденсации моносахаридов, связанных друг с другом гликозидными связями и образующих линейные или разветвленные цепи.

По функциональному назначению полисахариды классифицируются на::

•Структурные полисахариды (целлюлоза)

•Резервные полисахариды (крахмал, гликоген)

•По строению:

•Гомополисахариды (в состав молекулы входит один вид моносахарида)

•Гетерополисахариды (характерно наличие двух и более типов мономерных звеньев)

Наиболее распространены в природе гомополисахара: крахмал, гликоген, целлюлоза (клетчатка) , хитин, пектовая кислота; гетерополисахара – гиалуроновая кислота, гепарин, гемицеллюлозы, камеди, слизи.

Гомополисахариды

Крахмал (С6Н10О5)n - белый аморфный порошок, не растворяется в воде, с йодом дает синее окрашивание. Крахмал состоит из двух фракций: амилозы (имеет линейное строение) и амилопектина (имеет разветвленное строение). Крахмал представляет собой разветвленный полисахарид, мономером которого является глюкоза.

Мономеры линейных участков соединены α-1 .4-гликозидными связями, а в местах разветвления α-1 .6-связью.

Рисунок 1.2.11.Строение крахмала

Химические свойства крахмала

1.Амилоза растворяется в воде, с йодом дает синее окрашивание (окраска происходит за счет проникновения молекул йода во внутрь спирали амилозы, в результате чего стенки спирали амилозы играют роль светофильтра и меняют желтый цвет йода на синий).

2.Гидролиз Крахмал в растворе не проявляет восстановительных свойств, он

расщепляется энзимами или нагреванием с разбавленными кислотами до мальтозы и далее до глюкозы

(С6Н10О5)n + nH2O →nC12H22O11 → nC6H12O6

Гликоген является структурным и функциональным аналогом крахмала в животных организмах. По строению он похож на амилопектин, но имеет больше разветвленных цепей. Гликоген представляет собой разветвленный гомоnолисахарид, мономерам которого является глюкоза. Молекулярная масса гликогена достигает 100млн. Он выполняет функцию резервного углевода. С иодом дает красно-фиолетовое окрашивание. Гидролизуется в кислой среде с образованием глюкозы

Рисунок 1.2.12.Строение гликогена Целлюлоза – наиболее распространенный растительный поли-

сахарид ( в древесине-40-60%, во льнедо 80%, в хлопке до 95%) Эмпирическая формуры (С6Н10О5)n, структурной единицей целлюлозы является β-D- глюкопираноза. Целлюлоза инертна в химическом отношении, растворяется в концентрированной серной кислоте, медно -аммиачном растворе, в солянокислом растворе хлорида цинка.

Рисунок 1.2.13.Строение целлюлозы

Хитин – гомополимер N-ацетилглюкозаминовых единиц, широко распространен у беспозвоночных животных, являясь основой их наружного скелета

1.2.14.Строение хитина

Гетерополисахариды

Гемицеллюлозы получают из древесины, представляют собой гетерополисахарид, состоящий из разных моноз: Д-пентоз (ксилоза, арабиноза), Д – гексоз (галактоза, манноза, глюкоза).

Камеди находятся в растениях («Вишневый клей») и содержат в своем составе Д-галактозу, Д-арабинозу, Д- ксилозу и уроновые кислоты: Д – глюкоуроновую, Д- галактоуроновую.

Пектиновые вещества. Полисахариды, образованные из остатков галактоуроновой кислоты, называются пектовой кислотой и широко распространены в растениях.

гиалуроновая кислота – функции: защита клеток, связывание воды, структурная. Состоит из эквимолярных количеств D – глюкуроновой кислоты и N-ацетил-D-глюкозоамина, которые чередуются друг с другом в молекуле полисахарида. Распространена весьма широко. Присутствует в соединительных тканях животных, а также в стекловидном теле глаза и в синовиальной жидкости

1.2.15.Строение гиалуроновой кислоты

хондроитинсульфаты: входят в состав костной и соединительной ткани;

гепарин – обладает важными биологическими свойствами, является антикоагулянтом. Встречается главным образом в крови и лимфе млекопитающих, а также в тканях, содержащих тучные клетки;

1.2.14.Строение гепарина Гиалуроновой кислоте и гепарину принадлежит ведущая роль в

детоксикации организма, так как в их состав входит глюкуроновая кислота, являющейся основным компонентом в реакциях биотрансформации ядов.

Превращение углеводов в организме

Суточная потребность – 400 г пищевых углеводов. Основные пищевые углеводы – крахмал, сахароза, лактоза. Переваривание

А) начинается в ротовой полости под действием фермента - амилазы слюны;

Б) в тонком кишечнике происходит основная фаза гидролиза крахмала под действием фермента -амилазы поджелудочной железы. Opt pH=7,0-7,2 - слабощелочная, создается бикарбонатами.

Конечные продукты гидролиза углеводов в ЖКТмоносахариды

Промежуточный обмен

1.Гликолиз – это процесс анаэробного расщепления глюкозы до молочной кислоты.

2.Гликогенолиз – процесс анаэробного расщепления гликогена до молочной кислоты.

3.Глюконеогенез - это процесс синтеза глюкозы из веществ неуглеводной природы.

Субстраты глюконеогенеза:

•пируват

•лактат

•глюкогенные аминокислоты

•глицерин

•ацетон

Условия протекания: активируется при голодании, недостатке углеводов в пище.

Механизм: обратный гликолиз

•энергетическое – обеспечение глюкозой клеток мозга при недостатке углеводов в организме;

•взаимосвязь обменов белков, жиров и углеводов.

•Регуляция активности - гормонами:

•глюкокортикоиды, адреналин, глюкогон – повышают активность, а

•инсулин – понижает активность глюконеогенеза

5.Аэробное окисление глюкозы в конечном итоге до до СО2 и

Н2О

Энергетический баланс полного аэробного окисления глюкозы до СО2 и Н2О 36-38 молекул АТФ

Качественное определение углеводов

Наиболее общий метод качественного определения сахаров, обладающих свободой альдегидной или кетонной группой, основан на их способности восстанавливать в щелочной среде сульфат меди(2) в оксид меди(1). Невосстанавливающие дисахариды и полисахариды предварительно подвергают кислотному гидролизу.

Специфической реакцией на крахмал является появление синего окрашивания при обработке йодом.. Содержание амилопектина в несколько раз превышает содержание амилозы, но синее окрашивание, возникающее при действии йода на амилозу, перекрывает красно-фиолетовую окраску амилопектина с йодом. Окраска исчезает при нагревании и появляется при остывании крахмала.

1.Реакция Троммера

При взаимодействии щелочного раствора восстанавливающего сахара (например глюкозы) с медным купоросом, образующийся оксид меди(2) восстанавливается до оксида меди (1), при

этом глюкоза окисляется в глюконовую кислоту, нейтрализуемую щелочью. Процесс взаимодействия протекает по следующей схеме:

2.Гидролиз дисахаридов.

Дисахариды, которые не вступают в реакцию с сульфатом меди, необходимо предварительно их гидролизовать и затем провести реакцию Троммера.

.