
- •1. Предмет і завдання курсу "біохімія"
- •2. Історія розвитку біохімії
- •3. Рівні структурної організації та хімічний склад живих організмів.
- •Відокремлюється тільки при хімічній взаємодії, зокрема при відщепленні гідроксильних (-он) груп від окремих молекул
- •Осмотичне утримування
- •Добова потреба організму у воді - 2,5...3,0 л.
- •4.Роль обміну речовин у життєдіяльності організму
- •1. Білки. Амінокислотний склад
- •2. Біологічна роль білків в організмі
- •3. Сучасні уявлення про структуру білків у білках розрізняють чотири рівні структурної організації:
- •4. Фізико-хімічні властивості білків
- •1. Нуклеїнові кислоти, їх хімічна природа
- •2. Відмінні властивості днк і рнк
- •3. Будова нуклеозидів та нуклеотидів
- •4. Атф - хімічна природа, біологічна роль
- •5.Структура нуклеїнових кислот
- •Тема 5. Ферменти
- •1. Ферменти як біологічні каталізатори
- •2. Хімічна природа та будова ферментів
- •3. Механізм дії ферментів та основи кінетики каталізу
- •4. Активність ферментів, вплив на неї різних факторів. Властивості ферментів
- •5. Номенклатура та класифікація ферментів
- •6. Використання ферментів у харчових технологіях
- •1. Класифікація вітамінів, їх біологічна роль
- •2. Будова вітамінів та їх добова потреба
- •3.Антивітаміни.Гормони
- •Тема 7. Основні поняття динамічної біохімії. Вільна енергія. Механізм дихального ланцюга
- •1. Динамічна біохімія. Вільна енерпя
- •(Окислення, відновлення, гідроліз, фосфорилювання таін.)
- •2. Біологічне окиснення. Тканинне дихання. Дихальний ланцюг
- •3. Окиснювальне фосфорилювання
- •Теми 8-9. Вуглеводи та їх обмін
- •1. Вуглеводи, їх функції
- •2. Класифікація вуглеводів
- •3. Характеристика основних представників вуглеводів
- •4. Перетравлювання та всмоктування вуглеводів в організмі людини
- •5. Взаємоперетворення моносахаридів в організмі
- •6. Анаеробне перетворення вуглеводів -хімізм гліколізу
- •7. Аеробне перетворення вуглеводів. Цикл кребса
- •8. Поняття про пентозний цикл перетворення вуглеводів
- •9. Біосинтез вуглеводів в організмі
- •9. Фотосинтез. Синтез оліго- та полісахаридів
- •25 – 30 Г/добу
- •Теми 10 -11. Ліпіди та їх обмін
- •1. Функції ліпідів в організмі
- •2. Класифікація ліпідів
- •3. Хімічна природа простих та складних ліпідів
- •4.Перетворення ліпідів у шлунково-кишковому тракті
- •5. Внутрішньоклітинний обмін ліпідів
- •6. Біосинтез ліпідів
- •Модуль 3 Тема 12. Білковий обмін
- •1. Перетворення білкових речовин у шлунково-кишковому тракті
- •2. Катаболізм білкових речовин в організмі. Хімізм перетворень
- •4. Синтез білків
- •Тема 13. Взаємозв'язок обмінних процесів
- •1. Взаємозв'язок основних видів обміну речовин
- •2. Ключові метаболіти - ланки переходу вуглеводного, білкового та ліпідного обмінів
- •2.Боєчко ф. Ф. Біологічна хімія. - к.: Вища шк., 1995. - 538 с.
- •3.Филиппович ю.Б. Основн биохимии. -м.: Висш. Шк., 1985. -503с.
- •4.Комов в.П., Шведова в.Н. Биохимия: Учеб. Для вузов. - м.: Дрофа, 2006. - 638с. Для студ Тмя та Тмо
Теми 8-9. Вуглеводи та їх обмін
Нові терміни, поняття:
вуглеводи, енергетична та пластична функції, моносахариди, олігосахариди, дисахариди, полісахариди, глюкоза, фруктоза, глікоген, целюлоза, пектини, перетравлювання, всмоктування, взаємоперетворення, анаеробне та аеробне окиснення, глікогеноліз, гліколіз, цикл Кребса, глюконеогенез, глікогенез.
1. Вуглеводи, їх функції
► Вуглеводи (цукри) - група органічних сполук, склад яких можна зобразити формулою Сn(Н2О)m або СnН2mОm. Термін "вуглеводи" був запропонований К. Шмідтом у 1844 р. Характерною ознакою вуглеводів є те, що вони містять не менше двох гідроксильних груп і карбонільну (альдегідну або кетонну) групу.
Біологічні функції вуглеводів
Енергетична ►Є джерелом енергії. При окисненні 1г вуглеводів виділяється 17,2 кДж. На 60 % забезпечують організм
людини енергією.
Регуляторна(метаболічна) ► Приймають участь в функціях клітинних мембран циторецепції, міжклітинної взаємодії.
Забезпечують метаболізм жирів. Целюлоза та інші харчові вуглеводи підвищують активність
роботи шлунка і кишечника.
Пластична (структурна) ► Беруть участь у синтезі нуклеопротеїнів, складних ферментів, гліколіпідів, мукополісахаридів.
Резервна ► Вуглеводи відкладаються в організмі у виді глікогену - запасного полісахариду.
Захисна ► Мукополісахариди перешкоджають проникненню патогенних бактерій і вірусів у клітини організму, запобігають
механічному пошкодженню стінок порожнинних органів.
Специфічна ► Беруть участь в утворенні антитіл, забезпечують специфічність груп крові, нормальну діяльність центральної
нервової системи.
!! В основному вуглеводи містяться в рослинних організмах, де відбувається їх фотосинтез. Рослинні організми містять приблизно 80 %, а тваринні - 2 % вуглеводів від сухої маси.
!! Вуглеводи мають велике значення в харчуванні людини. Вони є однією з найважливіших складових їжі людини.
!! Добова потреба людини у вуглеводах становить 450-500 г, в тому числі моно - і дисахаридів - до 100 г.
2. Класифікація вуглеводів
ВУГЛЕВОДИ
Залежно від складу, будови та властивостей вуглеводи розподіляють на три групи: прості (моносахариди) і і складні (оліго- і полісахариди)
Моносахариди ► Поліоксиальдегіди або поліоксикетони, які у розчині знаходяться в динамічній рівновазі з своїми циклічними
а- чи (3-формами, а у кристалічному стані існують виключно у циклічній (піранозній чи фуранозній) формі. Білі
кристалічні речовини, добре розчинні у воді, солодкі на смак, оптично активні.
Олігосахариди ► Вуглеводи, що містять у молекулах від двох до десяти моносахаридних ланок, сполучених
глікозидними зв'язками. Кристалічні речовини, добре розчинні у воді, солодкі на смак. При гідролізі
розкладаються на моносахариди, відрізняються складом моносахаридів та типом глікозидного зв'язку.
Полісахариди ► Високомолекулярні речовини, несолодкі на смак, погано розчиняються у воді, або утворюють колоїдні
розчини. При повному гідролізі утворюють моносахариди.
3. Характеристика основних представників вуглеводів
Моносахариди
► Тріози - гліцериновий альдегід (гліцеральдегід) та дигідроксиацетон, зустрічаються в живих організмах у виді складних
фосфорнокислих естерів (складних ефірів):
► Пентози - арабіноза, ксилаза, рибоза. Ксилоза С5Н,о05 -складова частина геміцелюлоз - полісахаридів, які входять до складу клітинних оболонок рослинних організмів. Рибоза та 2-дезоксирибоза входять до складу нуклеїнових кислот.
►Гексози - глюкоза, фруктоза, галактоза, маноза (СбН12Об) та їх похідні: аміносахариди, урокові кислоти.
Глюкоза - моносахарид, який належить до групи альдогексоз. У водному розчині установлюється динамічна рівновага кількох гаутомерних форм а- і В-глюкоггіранози.
D-глюкоза α-D-глюкопіраноза
Глюкоза і фруктоза зустрічаються як у вільному стані, наприклад, у плодах, ягодах, меду, так і входять до більш складних вуглеводів, наприклад, сахарози, крохмалю, целюлози, інуліну (фруктозан). Важливу роль відіграє глюкоза в життєдіяльності тваринних організмів та людини. Вона знаходиться у крові, лімфі людини.
Розчини глюкози використовують як лікувальні засоби при багатьох захворюваннях.
Фруктоза найсолодша з моносахаридів. Вона в 2,5 рази солодша за глюкозу і в 1,7 рази - за сахарозу.
Галактоза - моносахарид групи альдогексоз, може існувати у циклічній та ациклічній формах. Відрізняється від
глюкози положенням спиртової групи біля атома вуглецю в четвертому положенні. Входить до складу дисахариду
лактози,
Маноза - моносахарид групи альдогексоз, ізомер глюкози. В розчинах існує у вигляді рівноважної системи ланцюгової та двох циклічних аномерних форм:
У незначних кількостях зустрічається в організмі людини. Вона входить до складу природних полісахаридів - мананів.
З аміносахаридів найбільш поширені глюкозамін (2-дезокси-2-аміно-О-глюкоза) та галактозамін (2-дезокси-2-аміно-D-галактоза), формули яких наведені нижче. Вони входять до складу гетерополісахаридів. З уронових кислот слід виділити глюкуронову та галактуронову D -глюкуронова кислота входить до складу гетерополісахаридів, а D -галактуронова - пектинових речовин.
Дисахариди
Найбільш поширеними серед дисахаридів є мальтоза (солодовий цукор), лактоза (молочний цукор), сахароза (буряковий цукор), загальна формула яких С11Н22О11.
За будовою та хімічними властивостями дисахариди розподіляють на відновні та невідновні.
Молекули відновних дисахаридів можна розглядати як такі, що утворені за рахунок виділення води з напівацетального гідроксилу одного моносахариду й одного з спиртових гідроксилів іншого. Вони мають один напівацетальний гідроксил і подібно до моносахаридів виявляють відновні властивості. До цієї групи належать мальтоза, лактоза.
Мальтоза складається з двох залишків а-Б-глюкози, сполучених 1,4-глікозидним зв'язком:
або
У розчинах мальтоза може існувати в двох таутомерних формах - циклічний (α-D-глюкопіранозил-(1,4)-глюкопіраноза) та альдегідній, які перебувають у динамічній рівновазі:
Мальтоза (циклічна форма) Мальтоза (альдегідна форма)
! Мальтоза у вільному стані не зустрічається. її добувають гідролізом крохмалю ферментами а-амілазами, які містяться у солоді, тобто, у пророслих зернах злаків. Мальтоза виділяється у кристалічному стані, добре розчинна у воді, зброджується дріжджами.
Лактоза, або β-D-галакгопіранозил- (1,4) - D-глюкоігіраноза:
В кристалічному стані лактоза має циклічну будову, а в розчинах існує в двох таутомерних формах - циклічній і альдегідній, які зв'язані між собою динамічною рівновагаю:
! Лактоза міститься у молоці (4-5 %). Розщеплення лактози в тонкій кишці здійснюється під дією ферментів а, (3-глікозидаз.
► Дисахариди другої групи можна розглядати як такі, молекули яких утворені при виділенні води за рахунок двох
напівацетальних гідроксилів У молекулах таких дисахаридів нема напівацетального гідроксилу і вони не виявляють відновних
властивостей. Представником цієї групи дисахаридів є сахароза.
Сахароза, або α-D-глюкопіранозил-(1,2)-β-D-фруктофураноза:
або
! Сахароза міститься в листі, насінні та плодах рослин. Особливо багато її у коренеплодах цукрових буряків (16-20 %) та цукровій тростині (14-26%). За участю специфічних мікроорганізмів піддається різним видам бродіння.
Полісахариди
► Залежно від складу розрізняють гомополісахариди та гетерополісахариди. При гідролізі гомополісахариди утворюють однакові, а гетерополісахариди - різні за природою моносахариди.
Гомополісахариди
Крохмаль (С6Н10О5)n- біла аморфна речовина, у гарячій воді набухає, поступово розчиняється, при охолодженні утворює клейстер. Крохмаль багатьох рослин складається із двох фракцій: амілози (приблизно 25%) та амілопектину (приблизно 75%). Молекули амілози побудовані із залишків α-D-глюкопіранози, сполучених між собою 1,4-глікозидними зв'язками:
Амілоза має нерозгалужені молекули і молекулярну масу 30 - 400 тис, розчиняється у гарячій воді, а при охолодженні випадає в осад. Це дає змогу виділити її. При нагріванні клейстеру не утворює. У молекулі амілопектину залишки молекул глюкози сполучені не тільки за допомогою 1,4-глїкозидних зв'язків, а також у деяких випадках і за допомогою 1,6-глікозидних зв'язків:
Амілопектин має розгалужені молекули і вищу молекулярну масу - понад 2*106. Амілопектин не розчиняється у холодній і погано розчиняється в гарячій воді. Його розчини мають велику в'язкість і при охолодженні перетворюються на гелеподібну масу. Йодом амінопектин забарвлюється у фіолетовий колір, а амілоза -в синій.
Глікоген (С6Н10О5)n - біла аморфна речовина, розчиняється у воді. Молекула глікогену нагадує молекулу амілопектину, але більш розгалужена і має вищу молекулярну масу (від 200 млн - до кількох мільярдів). Глікоген є резервним полісахаридом тваринних організмів. Він накопичується у тканинах, особливо в печінці (до 20%) та м'язах (до 4 %). Ферментативне розщеплення глікогену здійснюється двома шляхами: гідролізом та фосфоролізом. Гідролітично розщеплюється α- амілазою з утворенням мальтози.
При фосфоролізі глікогену за участю фосфорилази (у печінці) утворюється глкжозо-1-фосфат.
З йодом глікоген дає червоно-фіолетове або червоно-коричневе забарвлення.
Целюлоза (С6Н1005)п - тверда волокниста речовина, є складовою рослинних організмів. Вона не розчиняється ні у воді, ні у звичайних органічних розчинниках. Молекули целюлози побудовані із залишків β-D-глюкопіранози, сполучених між собою β-1,4-глікозидними зв'язками. В організмі людини целюлоза не засвоюється через відсутність ферменту целюлази. Целюлоза є важливим компонентом їжі, який забезпечує моторну та секреторну функції кишок. У харчовій промисловості застосовується метилцелюлоза як добавка до харчових продуктів.
Пектинові речовини знаходяться у тканинах фруктів, ягід, овочів та інших частинах рослин у виді природних високомолекулярних сполук, молекули яких складаються із залишків α-D-галактуронової кислоти, частково або повністю етерифікованих метиловим спиртом або фосфорною кислотою. Види пектинів розрізняють за ступенем етерифікації та довжиною полігалактуронових ланцюгів. Нерозчинний протопектин переходить у розчинний пектин тільки після обробки розбавленими кислотами або під дією ферменту протопектинази. При дозріванні та зберіганні різних плодів та овочів також спостерігається утворення протопектину й поступовий його перехід у розчинний пектин. Із водного розчину пектин можна осадити спиртом або ацетоном. Його основу складає метоксшіьована полігалактуронова кислота:
Пектинові речовини (близько 1 %) при додаванні до сиропу сахарози спричиняють утворення драглів, що використовується у харчовій промисловості. їх застосовують при виготовленні мармеладу, пастили, желе. При певних умовах можливе утворення драглів у середовищах без сахарози низькометоксильованими пектинами. Пектинові речовини забезпечують зв'язування та видалення з організму токсичних сполук, іонів важких металів, радіонуклідів.
Гетерополісахариди
Гіалуронова кислота. До складу молекул гіалуронової кислоти входять залишки β-D-глюкуронової кислоти, N-ацетил-β-D-глюкозаміну та оцтової кислоти. Структура гіалуронової кислоти має вигляд:
Її молекулярна маса становить від 270 до 500 тис. Розчин гіалуронової кислоти має високу в'язкість. У тваринних організмах вона є цементуючим компонентом клітин і міжклітинної речовини, захищає клітини від попадання інфекції, отруйних речовин, бере участь у водному та іонному обміні.
Хондроїтинсірчана кислота. До складу молекул хондроїтинсірчаної кислоти входять залишки глюкуронової кислоти, N-ацетил-галактозаміну, оцтової та сірчаної кислоти.
Молекулярна маса складає 40000-50000. Вона входить до складу сполучної тканини, міститься у хрящах тваринних організмів. Із білками утворює комплекси, входить до складу клітинних мембран і зумовлює їх проникність.
Гепарин. Молекули гепарину складаються із залишків глюкуронової кислоти, α - D -глюкозаміну та сірчаної кислоти
Молекулярна маса складає 15000-20000. Гепарин в організмі людини бере участь в обміні ліпідів та білків, перешкоджає згортанню крові, спричиняє розширення судин, знижує кров'яний тиск. Гепарин використовується як антикоагулянт, наприклад, при консервуванні крові.