- •Раздел 1. Классификация и номенклатура биоорганических соединений.
- •Раздел 2. Сопряженные системы.
- •Раздел 3 Передача электронных влияний в биоорганических соединениях. Кислотно-основные свойства биоорганических соединений.
- •Раздел 4. Изомерия биоорганических соединений
- •Раздел 5. Механизмы биоорганических реакций.
- •Раздел 6 . Классификация, номенклатура, физические и химические свойства карбоновых кислот.
- •Раздел 7. Природные биологические активные вещества липиды и высшие карбоновые кислоты
- •Раздел 8. Природные биологические активные вещества аминокислоты
- •Раздел 9. Полипептиды. Белки
- •Раздел10. Углеводы. Классификация. Моносахариды.
- •Раздел 11. Углеводы. Олигосахариды. Полисахариды.
- •(Основная связь α-1, 4, ветвление α-1, 6 через 20-25 остатков глюкозы)
- •(Основная связь α-1, 4, ветвление α-1, 6 через 8-12 остатков глюкозы)
- •Раздел 12. Нуклеиновые кислоты, нуклеотиды, нуклеозиды, азотистые основания
- •Раздел 13. Синтетические биологически активные вещества - лекарственные препараты
- •Раздел 14. Алкалоиды. Витамины.
- •Раздел 15.Реакции полимеризации и поликонденсации. Полимеры в стоматологии.
Раздел 11. Углеводы. Олигосахариды. Полисахариды.
Исходный уровень знаний для усвоения темы основан на школьной
программе органической химии, программе по биологии «Фотосинтез. Биологическме функции углеводов.», общей химии «Физико-химия дисперсных систем. Растворы ВМС», разделах 1, 3 – 6, 10 данного пособия.
Для усвоения темы и приобретения компетенции по данному разделу надо знать структурные формулы соединений:
- дисахаридов лактозы, мальтозы, сахарозы, целлобиозы
- фрагментов гомополисахаридов амилозы(связи а( 1-4), амилопектина и гликуогена ( связи а( 1-4), а( 1-6)), декстрана ( связи а( 1-6)), целлобиозы ( связи β( 1-4))
- биозных фрагментов гетерополисахаридов гиалуроновой, хондроитинсерной кислот, гепарина.
-определять тип гликозидной связи, наличие редуцирующих или нередуцирующих свойств.
Ключевые слова:
Амилоза, амилопектин, гепарин, гиалуроновая кислота, декстран, декстрин, дисахариды, крахмал, лактоза, мальтоза, олигосахариды, сахароза, хондроитинсульфат, циклодекстрины, целлобиоза, целлюлоза.
Содержание раздела (Дидактические единицы)
-
Олигосахариды. Строение, свойства, медико-биологическое
значение. Дисахариды. Классификация. Состав, химические свойства, качественные реакции обнаружения. Нередуцирующий дисахарид сахароза
Редуцирующие дисахариды (α- и β- лактоза, мальтоза, целлобиоза).
11.2 Полисахариды: строение, медико-биологическое значение, физические, химические свойства, условия гидролиза. Качественные реакции обнаружения крахмала, гликогена.
Гомополисахариды (крахмал, гликоген, целлюлоза, декстран).
Гетерополисахариды - глюкозаминогликаны (гиалуроновая кислота,
хондроитинсульфат, гепарин)
Основы теории. Приложение.
Изучаемые дисахариды имеют одинаковую брутто-формулу, но различный химический состав и типы гликозидных связей. При гидролизе образуют два моносахарида.
С12Н22О11 + Н2О ——> С6Н12О6 + С6Н12О6
дисахарид моносахарид моносахарид
Классифицируют на редуцирующие и нередуцирующие (таблица 7)
Термин редуцирующий означает способность к окислению, т.е. восстановлению другого вещества. Редуцирующие дисахариды окисляются, восстанавливаются, проявляют типичные качественные реакции, характерные для моносахаридов, содержащих альдегидные группы (с гидроксидом меди (+2), реактивом Фелинга). В редуцирующем дисахариде один моносахарид обязательно содержит свободный полуацетальный ( аномерный) гидроксил.
Дисахариды: состав, гидролиз, редуцирующая способность, типы связей
Таблица 7
Дисахарид |
Продукты гидролиза
|
Тип гликозидной связи |
Способность к дисахарида окислению |
сахароза |
а-глюкоза и β- фруктоза |
1-а, 2- β |
нередуцирующий |
а-лактоза |
а- галактоза и глюкоза |
а –(1,4 ) |
редуцирующий |
β- лактоза |
β –галактоза и глюкоза |
β -( 1,4) |
редуцирующий |
мальтоза |
а-глюкоза и а- глюкоза |
а –(1,4) |
редуцирующий |
целлобиоза |
β -глюкоза и β - глюкоза |
β -( 1,4) |
редуцирующий |
В нередуцирующем дисахариде сахароза оба моносахарида соединяются друг с другом с помощью двух полуацетальных гидроксилов (гликозидная связь указана стрелкой). Сахароза не дает качественные реакции на свободную альдегидную группу, ее диагностируют по реакции Селиванова
(обнаруживают фруктозу). Сахароза - пищевой углевод, легко всасывается,
в кровь. Называют «легкоусвояемый углевод». После употребления в пищу уровень глюкозы в крови быстро повышается.
Сахароза (связь β -1, а- 2).
Состоит из β –D- фруктофуранонозы и а—D- глюкопиранозы
Строение лактозы
β -Лактоза – дисахарид молока, основной источник углеводов для организма новорожденного, моносахарид галактоза в составе лактозы необходим для формирования защитных белков иммуноглобулинов – сложных гликопротеинов. а – Лактоза содержится в молоке животных.
а и β- Лактоза отличаются типом гликозидной связи ( на связь указывает стрелка)
β - лактоза(связь β-1, 4)
а -лактоза
( связь α-1, 4)
( Оба редуцирующих моносахарида сохраняют полуацетальный гидроксил)
Скобкой выделен полуацетальный гидроксил
Гликозаминогликаны (ГАГ) составляют матрикс соединительной ткани - самой распространенной ткани нашего организма. В таблице 8 представлены формулы дисахаридных фрагментов наиболее важных гетерополисахаридов, типы связей в биозных фрагментах и между биозными фрагментами.
Гликозаминогликаны: состав и типы связей
Таблица 8
класс |
состав |
Тип связи в биозном фрагменте |
Тип связи между биозными фрагментами |
Гиалуроновая кислота |
Д-глюкуроновая кислота N-ацетилглюкозамин |
Бета-1,3 |
Бета-1.4 |
Хондроитин-4-сульфат (ХС-А) |
Д-глюкуроновая кислота N-ацетил-Д-галактозамин-4-сульфат |
Бета-1,3 |
Бета-1,4 |
Хондроитин-6-сульфат (ХС-6) |
Д-глюкуроновая кислота N-ацетил-Д-галактозамин-6-сульфат |
Бета-1,3 |
Бета-1.4 |
Гепарин |
Д-глюкуронат-2-сульфат N-ацетил-Д-галактозамин-6-сульфат |
Альфа-1,4 |
Альфа-1.4 |
Биологические функции полисахаридов.
Крахмал - пищевой продукт, запасной полисахарид растений. Переваривается медленнее сахарозы, не вызывает быстрого повышения уровня глюкозы в крови, относится к трудно усвояемым углеводам.
Гликоген – запасной полисахарид тканей животных, человека, грибов. В организме человека содержится клетках всех видов тканей (в печени до
( 5 -8)% от сухой массы органа, в мышцах (0,5-0,8)%, участвует в поддержании постоянного уровня глюкозы в крови.
Целлюлоза – полисахарид растений, содержится в пищевых продуктах растительного происхождения (овощи, фрукты, крупы), в организме не переваривается, но необходим для перистальтики кишечника, адсорбирует в кишечнике токсины и холестерин.
Гиалуроновая кислота. Широко распространена в живой природе:
в тканях и жидкостях животных и человека (стекловидное тело глаза, суставная жидкость, рыхлая соединительная ткань, кожа, пуповина, стенки сосудов, почечные канальцы, мембрана яйцеклетки и др.), присутствует у микроорганизмов (капсулы гемолитического стрептококка, стафилококка). Служит смазочным материалом в суставах, придает тканям эластичность и устойчивость к сжатию, оказывает сопротивление перемещению воды под действием внешних сил. Применяется как лекарственный препарат при заболевании суставов, заболеваниях сосудов, в составе косметологических средств.
Хондроитинсульфат( хондроитинсерная кислота). Содержится в хрящах, сухожилиях, костях, роговице глаза, в сердечном клапане. Применяют как лекарственные препараты при патологии соединительной ткани различного происхождения( генезиса).
Гепарин – антикоагулянт крови, синтезируется в печени.
Обучающая задача
Фермент гиалуронидаза in vivo осуществляет гидролиз гиалуроновой кислоты, которая входит в состав соединительной ткани, и этим изменяет проницаемость стенок сосудов, стенок почечного канальца. В каких условиях in vitro можно провести разрушение связей в гетерополисахариде до образования моносахаридов?
Решение
1.Определим тип химических связей, которые присутствуют в гетерополисахариде. Это гликозидные связи.
2. Превращение полисахарида в смесь составляющих его моносахаридов происходит в результате гидролиза. С точки зрения классификации органических реакций гидролиз гликозидной связи относится к реакциям нуклеофильного замещения.
3. Для осуществления реакции необходимо создать кислую среду. Гликозидные связи гидролизуются в кислой среде. Полисахариды in vitro гидролизуются при нагревании в кислой среде.
Формулы химических соединений, изучаемых в разделе 11
Дисахариды ( формулы сахарозы, лактозы приведены в тексте)
Мальтоза (связь α-1, 4)
β-Целлобиоза (связь β-1, 4)
Полисахариды (гомополисахариды, гетерополисахариды)
Фрагмент амилозы (связь α-1, 4)
Фрагмент амилопектина