Курсовая работа (т): Моносахариды и их физиологическая роль

 D- глюкоза + 2[Ag(NH₃)₂]OH

 аммониевая соль D-глюконовой кислоты + 2Ag + 3NH₃ + H₂O

) Реакция моносахаридов с гидроксидом меди при нагревании так же приводит к альдоновым кислотам.

 D- галактоза + 2Cu(OH)₂

 D- галактоновая кислота + Cu₂O + 2H₂O

) Более сильные окислительные средства окисляют в карбоксильную группу не только альдегидную, но и первичную спиртовую группы, приводя к двухосновным сахарным (альдаровым) кислотам. Обычно для такого окисления используют концентрированную азотную кислоту.

 D- глюкоза HNO₃(конц.)

 сахарная (D- глюкаровая) кислота

 D- глюкоза LiAlH₄

 D- сорбит

Несмотря на схожесть химических свойств моносахаридов с альдегидами, глюкоза не вступает в реакцию с гидросульфитом натрия (NaHSO₃).. Реакции по гидроксильным группам

Реакции по гидроксильным группам моносахаридов осуществляются, как правило, в полуацетальной (циклической) форме.

. Алкилирование (образование простых эфиров).

, D- глюкопираноза + СH₃ОН(газ)

 метил- , D- глюкопиранозид + H₂О

При действии метилового спирта в присутствии газообразного хлористого водорода атом водорода гликозидного гидроксила замещается на метильную группу.

При использовании более сильных алкилирующих средств, каковыми являются, например, йодистый метил или диметилсульфат, подобное превращение затрагивает все гидроксильные группы моносахарида.

СH₃I

 пентаметил, D- глюкопираноза

2. Ацилирование (образование сложных эфиров).

При действии на глюкозу уксусного ангидрида образуется сложный эфир - пентаацетилглюкоза.

 пентаацетил, D- глюкопираноза

. Как и все многоатомные спирты, глюкоза с гидроксидом меди (II) дает интенсивное синее окрашивание (качественная реакция).. Специфические реакции

Глюкоза характеризуется и некоторыми специфическими свойствами - процессами брожения. Брожением называется расщепление молекул сахаров под воздействием ферментов (энзимов). Брожению подвергаются сахара с числом углеродных атомов, кратным трем. Существует много видов брожения, среди которых наиболее известны следующие:)       спиртовое брожение₆H₁₂O₆ 2CH₃-CH₂OH(этиловый спирт) + 2CO₂)         молочнокислое брожение₆H₁₂O₆ 2CH₃-CH-СОOH(молочная кислота) I OH)         маслянокислое брожение₆H₁₂O₆ CH₃-CH₂-СН₂-СОOH(масляная кислота) + 2Н₂ + 2CO₂

Физиологическая роль моносахаридов.

Глюкоза является альдозой и гексозой.

. Глюкоза входит в состав крахмала, клетчатки, сахарозы.

. Является единственным источником энергии для нервной ткани, активно используется мышцами и эритроцитами. В течение суток у человека массой 70 кг головной мозг потребляет около 100 г глюкозы, поперечно-полосатые мышцы - 35 г, эритроциты - 30 г.

. При достаточно большом количестве в клетке глюкоза запасается в виде гликогена.

. В гепатоцитах (клетках печени) и адипоцитах (клетках жировой ткани) глюкоза участвует в синтезе триацилглицеролов и в гепатоцитах в синтезе холестерина.

. Определённое количество глюкозы участвует в образовании рибозо-5-фосфата и НАДФН (пентозофосфатный путь).

. Глюкоза используется для синтеза гликозаминов и затем структурных или иных гетерополисахаридов. Постоянный уровень концентрации глюкозы в крови поддерживается с помощью гормонов поджелудочной железы инсулина и глюкагона. Глюкоза поступает в организм при расщеплении в кишечнике продуктов содержащих крахмал, сахарозу, лактозу или мальтозу, с мёдом, фруктами, ягодами и рядом овощей, в которых она находится в свободном виде. Значительное количество глюкозы содержится в абрикосах, арбузах, баклажанах, бананах, виногораде, землянике, вишне, белокочанной капусте, малине, облепихе, хурме, черешне, тыкве.

Биологическая роль фруктозы.

. Фруктоза обладает наибольшей сладостью из всех натуральных сахаров. Для достижения одинакового вкусового эффекта её нужно в 2 раза меньше, чем глюкозы или сахарозы.

. Большая часть фруктозы при поступлении в организм быстро усваивается тканями без участия инсулина, другая часть превращается в глюкозу. Продукты, содержащие фруктозу, при определённых условиях, могут быть рекомендованы больным сахарным диабетом. Больным ожирением они противопоказаны, так как способствуют более быстрому и интенсивному набору веса, чем продукты, содержащие глюкозу. Поэтому людям с повышенной массой тела такими пищевыми веществами злоупотреблять не следует.

. Соединяясь с железом, фруктоза образует хелатные соединения, которые намного лучше всасываются, чем обычные соединения железа других продуктов, поэтому при анемии очень эффективно добавлять в свой рацион пищевые вещества, богатые фруктозой. В данной ситуации её также можно использовать и в чистом виде.

Большое количество фруктозы содержится в айве, арбузе, бананах, грушах, вишне, винограде, мёде, малине, облепихе, болгарском перце, хурме, чёрной смородине, черешне, яблоках.

Биологическая роль галактозы.

Галактоза принадлежит к альдозам и гексозам.

. Галактоза является составной частью лактозы - дисахарида молока.

. Большая часть галактозы превращается в печени в глюкозу, и наоборот, глюкоза способна превращаться в галактозу.

. Методы исследования

Моносахариды представляют собой нелетучие, легкорастворимые в воде и других полярных растворителях соединения, что обусловлено наличием в их молекулах большого числа гидроксильных групп. Многие из них легко кристаллизуются, устойчивы при воздействии разведенных кислот. В более жестких условиях при воздействии кислот из пентоз образуется фурфорол, а из гексоз - оксиметилфурфорол. Моносахариды неустойчивы при воздействии на них щелочей: в их молекулах происходит разрыв углерод-углеродных связей.

За исключением дигидроксиацетона, все простые сахара содержат ассиметрические углеродные атомы; общее их число равно числу расположенных внутри углеродной цепи групп -C(H)OH, а число стереоизомеров равно 2^n, где n - число ассиметрических атомов углерода.

Простейшая альдоза глицеральдегид с n=1 может существовать в виде двух различных стереоизомеров:

Альдогексоза С₆Н₁₂О₆ с n = 4 может быть представлена любым из 16 стереоизомеров, 8 из которых относятся к D-ряду, остальные 8 - к L-ряду. Если два стереоизомера различаются конфигурацией одного из ассиметрических углеродных атомов, они называются этимерами; так манноза является этимером глюкозы по второму углеродному атому, галактоза - этимером глюкозы по четвертому углеродному атому.

Поскольку моносахариды содержат ассиметрические углеродные атомы, то они обладают оптической активностью. Интенсивность вращения плоскополяризованного луча для разных сахаров является различной; она характеризуется удельным вращением , представляющим собой угол, на который поворачивается плоскость поляризованного луча, образованного пламенем натрия (фраунгоферова линия D, составляющая 589,3 нм) и проходящего через раствором сахара (1 г/см³) в трубке длиной 100 нм при 20 ^оС. Моносахариды обладают как правым (+), так и левым (-) вращением; так, D-глюкоза имеет = +52,5^о, а D-фруктоза - = -92,4^о. Оптическая активность сахаров нашла широкое применение (особенно в медицине) при их количественном определении методом поляризации.

В водном растворе моносахариды образуют равновесные системы, состоящие из молекул с развернутой цепью и молекул с циклической структурой. Циклические структуры отсутствуют у триоз, тетроз. Начиная с пентоз, происходит самопроизвольная реакция внутримолекулярной конденсации одной из гидроксильных групп и карбонильной группы моносахарида с образованием цикла

В случае альдогексоз возникает шестичленное кольцо (формируется связь С₁-С₃), кетогексозы образуют шестичленное кольцо (С₂-С₅, соответственно). Углеродный атом карбонильной группы становится, таким образом, новым центром ассиметрии и называется аномерным углеродным атомом, слева (НО-С) - в-аномером. Реакция образования полуацеталя обратима, а два аномера способны превращаться друг в друга, проходя через стадию образования молекулы со свободной карбонильной группой. В биохимических реакциях иногда участвует лишь один из изомеров, иногда - оба, а иногда необходимо наличие сахара со свободной карбонильной группой.

По физико-химическим свойствам б- и в-аномеры существенно отличаются друг от друга. Входя в олиго- и полисахариды в качестве строительных блоков, они образуют совершенно различные углеводы: так, б-D-глюкоза является структурной единицей полисахарида амилозы, в-D-глюкоза - целлюлозы, оба моносахарида имеют резко отличные физико-химические свойства, различные биологические функции в живой клетке. Аномеры обладают различной оптической активностью; так, б-D-глюкоза имеет = +18,7^о, в-D-глюкоза -= +112,2^о. Оба эти соединения были выделены в чистом виде. При растворении б- или в-изомера глюкозы в воде оптическое вращение раствора постепенно меняется, достигая = +52,5^о; в случае в-D-глюкозы величина этого показателя уменьшается, раствора б-D-глюкозы - возрастает; это явление получило название мутаротации.

Как полиолы, моносахариды могут вступать в реакцию со спиртами с образованием простых эфиров. Аномерный атом углерода обладает наибольшей реакционной способностью, а образовавшаяся структура полногоацеталя называется гликозидом, образовавшаяся связь - гликозидной связью. Так, гидроксильная группа аномерного атома углерода легко реагирует в кислой среде с метиловым спиртом, давая О-метильные производные - метилгликозиды. D-глюкоза дает с ним метил-б-гликозид и метил-в-гликозид. Метилирование остальных гидроксильных групп моносахаридов требует более жестких условий, например, обработки диметилсульфатом или метилодидом в присутствии оксида серебра.

Гликозидная связь при аномерном атоме углерода легко образуется с другими спиртами, а также в результате реакции моносахарида с гидроксильными группами других моносахаридов. Продуктом такой реакции является дисахарид.

Из производных сахаров наиболее важное биологическое значение имеют эфиры фосфорной кислоты и нуклеозиддифосфатсахара.

В клетках эти производные легко образуются при ферментативных реакциях. Биологическое значение сахарофосфатов состоит в том, что они представляют собой метаболически активные формы сахаров, играющие важную роль в биоэнергетике живой клетки. Фосфорилирование моносахаридов переводит их в мобильное реакционноспособное состояние, а при биологическом окислении химическая энергия моносахарида аккумулируется в фосфатном радикале.

Фосфорилирование выгодно клетке еще и потому, что клеточная мембрана мало проницаема для фосфорных эфиров моносахаридов, что очень важно для активного транспорта моносахаридов, что очень важно для активного транспорта моносахаридов из внешней среды внутри клетки.

При химическом или биологическом окислении концевых групп альдоз до карбоксильных образуется три различных производных альдоз. Кислоты, образующиеся при окислении альдегидной группы, называются альдоновыми. Эта реакция успешно используется в методах количественного определения моносахаридов с помощью таких окислителей, как фелинговые реактивы, К₃Fе(СN)₆, йод. Если окислению подвергается концевая группа - СН₂ОН, то при этом образуются маннуровая, галактуроновая кислоты. Окисление двух концевых групп до карбоксильной дает альдаровые кислоты - глюкароновую, галактаровую, биологическая роль которых не установлена. Альдаровые кислоты образуются при действии достаточно сильных окислителей, таких как азотная кислота.

Карбонильная группа моносахаридов легко вступает в реакции восстановления с образованием сахароспиртов. В клетках растений, микроорганизмов это восстановление осуществляется при помощи ферментов. Простейшим сахароспиртов является трехатомный спирт глицерин, образующийся при восстановлении глицеральдегида. Глюкоза при восстановлении дает шестиатомный сахароспирт сорбит, галактоза - дульцит, манноза - маннит.

6. Практическая часть

химический углевод моносазарид альдоза

1.      Сахар-кетоза - это: 3 - рибулоза.

.        При восстановлении глюкозы образуется спирт: 2 - сорбит

.        К трисахаридам относится: 2 - рафиноза.

.        Клеточные стенки растений образует: 2 - целлюлоза

Заключение

Моносахариды играют роль промежуточных продуктов в процессах дыхания и фотосинтеза, участвуют в синтезе нуклеиновых кислот, коферментов, АТФ и полисахаридов, служат источниками энергии, высвобождаемой при окислении в процессе дыхания. Производные моносахаридов - сахарные спирты, сахарные кислоты, дезоксисахара и аминосахара - имеют важное значение в процессе дыхания, а также используются при синтезе липидов, ДНК и других макромолекул.

Список литературы

1.      Жеребцов Н.А., Попова Т.Н., Артюхов В.Г. Биохимия: Учебник. - Воронеж: Издательство Воронежского государственного университета, 2002. - 696 с.

.        Кретович В.Л. Биохимия растений: Учеб. - 2-е изд., перераб. и доп.; для биол. спец. ун-тов. - М.: Высш. Шк., 1986. - 503 с., ил.