Шпаргалка по "Биохимия и физиология растений"

1.Строение и общие свойства углеводов.

По сравнению с  белками, ферментами, нуклеиновыми кислотами молекулы углеводов устроены значительно проще. Их химический состав суммарно может быть выражен так: (СН20)n. В зависимости от числа мономеров в строении углеводов их подразделяют на моно-, ди-, олиго- и полисахариды.К моносахаридам (монозам) относятся простые углеводы, имеющие 3 (триозы), 4 (тетрозы), 5 (пептозы), 6 (гексозы), 7 (гептозы)углеродных атомов. В молекулах моноз имеется альдегидная (альдозы) или кетонная (кетозы) группа. Простейшей альдозой является глицериновый альдегид (ГА), кетозой — дигидроацетон (ДА).Начиная с ГА все моносахариды (кроме ДА) имеют асимметрич-ные углеродные атомы. Это значит, что могут существовать различные стереоизомеры каждого соединения. В природе преобладают D-формы моносахаридов.Установлено, что помимо линейной структуры простые сахара могут иметь и циклическую (пиранозную — шестичленную или фуранозную — пятичленную) структуру. При этом возникают еще два изомера — α и β.Общие свойства: Моносахариды являются многоатомными альдегидо- или кетоспиртами (полиоксиальдегидами или полиоксикетонами). В зависимости от числа углеродных атомов в цепи они делятся на тетрозы (4С), пентозы (5С), гексозы (6С) и т. д., которые содержат альдегидную или кетонную группу и подразделяются соответственно на алъдозы и кетозы.Полисахариды образуются из моносахаридов при .конденсации их в процессе биосинтеза. Реакция сопровождается выделением молекул воды и усложнением молекулы:При гидролизе полисахаридов наблюдается обратное явление: присоединение молекул воды, разрыв цепи в местах нахождения кислородных мостиков и упрощение молекулы. Низкомолекулярные (сахароподобные) полисахариды содержат в молекуле небольшое число (2—10) остатков моноз. Они хорошо растворяются в воде, имеют сладкий вкус и ярко выраженное кристаллическое строение. Одни из них (мальтоза, лактоза) восстанавливают ионы меди(II) (фелингову жидкость), они называются восстанавливающими. Другие (сахароза, трегалоза) не восстанавливают, и поэтому их относят к невосстанавливающим олигосахаридам.Высокомолекулярные (несахароподобные) полисахариды содержат от десятков до нескольких десятков тысяч остатков моноз; они нерастворимы в воде, безвкусны и не имеют ярко выраженного кристаллического строения.Если молекулы полисахарида состоят из остатков одного моносахарида, он называется гомополисагаридом. Гетерополисахариды содержат в цепи остатки различных

2.Классификация моносахаров.

Моносахариды являются многоатомными альдегидо- или кетоспиртами (полиоксиальдегидами или полиоксикетонами). В зависимости от числа углеродных атомов, которые содержат альдегидную или кетонную группу, подразделяются соответственно на алъдозы и кетозы.Альдозы по числу атомов углерода в них делятся на триозы, тетрозы, пентозы и гексозы, состав и строение которых могут быть выражены следующими структурными формулами[2.1]:Все альдозы содержат асимметрические атомы углерода и существуют в виде нескольких оптических изомеров. Общее число изомеров N может быть определено по формуле Фишера: N = 2^n, где n — число * атомов углерода.Таким образом, две триозы составляют одну пару антиподов, четыре  тетрозы — две пары, восемь пентоз -— четыре пары, шестнадцать гексоз — восемь пар антиподов, которые относятся к двум рядам: правому (D-ряд) и левому (L-ряд).Все альдозы хорошо изучены. Одни из них выделены из природных продуктов, другие получены синтетически. Для всех альдоз установлены относительные конфигурации, т. е. пространственное расположение заместителей у асимметрических атомов относительно конфигурации (пространственного строения) .D-глицеринового альдегида. Для более быстрого и удобного написания конфигурации моноз Э. Фишер предложил изображать их проекционными формулами. Углеродная цепь изображается вертикальной линией, на концах которой пишут первую и последнюю функциональные группы (альдегидную группу всегда пишут вверху). Группы Н и ОН пишут справа или слева от цепи, в соответствии с их пространственным расположением в молекуле.Принадлежность моносахарида к генетическому ряду определяется по конфигурации его последнего (считая от альдегидной группы) асимметрического атома углерода.Если гидроксил стоит справа, то моноза относится к D-ряду. Если же гидроксил стоит слева и конфигурация последнего * атома монозы соответствует L-глицериновому альдегиду, ее относят к L-ряду.Принадлежность моносахарида к D- или L-ряду указывает только на то, что он может быть получен (формально) из D- или L-глицеринового альдегида. Направление вращения растворами моносахаридов плоскополяризованного луча света зависит от конфигурации всех асимметрических атомов. Поэтому принято конфигурацию моноз, т. е. принадлежность к тому или иному генетическому ряду, обозначать большими буквами, соответственно D и L, а направление вращения — знаками: (+) — вправо и (-) — влево. Знак вращения ставится после буквенных обозначений.

Например, написав D(-)-рибоза, мы указываем, что рибоза относится к D-генетическому ряду, но вращает поляризованный свет влево.Альдозы, отличающиеся друг от друга конфигурацией лишь у асимметрического атома углерода, соседнего с карбонильной группой, называются эпимерами(оптические изомеры, отличающиеся конфигурацией лишь у одного из асимметрических атомов молекулы, но в таком случае обязательно должно быть указано у какого).Кетозы являются изомерами альдоз с тем же числом углеродных атомов и также подразделяются на тетрозы, пентозы, гексозы и т. д. Их состав и строение выражаются общими формулами: Кетозы содержат на один асимметрический атом меньше, чем соответствующие им альдозы, и поэтому имеют меньшее число оптических изомеров. А именно: кетотетрозы — 2, кето- пентозы — 22 = 4, кетогексозы — 23 = 8 и т. д. Оптические изомеры кетоз, так же как и альдоз, относят к двум рядам: L и D). Принадлежность к D- или L-ряду определяется по расположению гидроксила у последнего (считая от группы С=0) асимметрического атома углерода, соответствующего исходному глицериновому альдегиду: Кетозы, как и альдозы, существуют в двух формах: открытой кетонной (оксо-форма) и циклической полуацетапьной. Замыкание цикла происходит в результате внутримолекулярного присоединения гидроксильной группы к карбонильной группе  за счет разрыва пи-связи. Но так как у кетоз карбонильная группа находится у второго атома углерода, она реагирует с гидроксилом или пятого углеродного атома (С5), образуя гамма -окис-ное фуранозное кольцо, или шестого (С6), давая дельта-окисное пира- нозное кольцо. Причем полуацетальный (гликозидный) гидроксил образуется при втором углеродном атоме. Циклические а- и бета-формы могут переходить в открытую форму и через нее I друг в друга. Внешним проявлением перехода одной формы кетозы в другую является мутаротация — изменение величины угла вращения свежеприготовленных растворов. При написании открытых форм кетоз пользуются проекционными формулами Фишера. Для циклических форм при меняют формулы Хеуорса:Генетически близок по строению к моносахаридам витамин С, или аскорбиновая кислота, которая принадлежит к L-ряду. В молекуле аскорбиновой кислоты два имеющихся енольных гидроксила обусловливают ее кислотные свойства. Поэтому она легко дает соли с щелочными металлами. Аскорбиновая кислота — сильный восстановитель и легко окисляется даже слабыми окислителями, превращаясь при этом в де- гидроаскорбиновую кислоту, последняя при восстановлении снова дает аскорбиновую кислоту.

3.Свойства моносахаров.

Химические свойства обусловлены наличием в молекуле функциональных групп трех видов (карбонила, спиртовых гидроксилов и полуацетального  гидроксила). Важнейшим свойством моносахаридов является их ферментативное брожение, т.е. распад молекул на осколки под действием различных ферментов. Брожению подвергаются в основном гексозы в присутствии ферментов, выделяемых дрожжевыми грибками, бактериями или плесневыми грибками. В зависимости от природы действующего фермента различают реакции следующих видов: В живом организме в процессе метаболизма глюкоза окисляется с выделением большого количества энергии: C6H12O6 + 6O2 ->6CO2 + 6H2O + примерно 3000 кДж. Окисление. При осторожном окислении альдоз, например бромной водой, образуются одноосновные полиоксикисло- ты с тем же числом углеродных атомов — так называемые алъдоновые кислоты, глюкоза дает глюконовую кислоту, манноза — манноновую кислоту и т. д.:При более сильном окислении (например, концентрированной HN03) образуются двухосновные оксикислоты (сахарные кислоты); двухосновная оксикислота, получаемая при окислении глюкозы, называется глюкосахарной кислотой:И альдоновые, и сахарные кислоты из-за отсутствия карбонильной группы уже не обладают способностью к цикло-цепной таутомерии.Альдоновые кислоты не следует путать с уроновыми кислотами — производными моносахаридов, которые довольно широко распространены в природе. Уроновые кислоты являются полиоксиальдегидо кислотами.Уроновые кислоты, как и обычные моносахариды, способны к цикло-цепной таутомерии.Восстановление. При восстановлениимоносахаридов они переходят в многоатомные спирты:СН2ОН—(СНОН)4—-карбонил.гр.-> СН2ОН—(СНОН)4—СН2ОНТак, при восстановлении D-глюкозы образуется шестиатомный спирт -D-сорбит.Укорачивание цепи альдоз. При окислении кальциевой соли альдоновой кислоты пероксидом водорода в присутствии солей Fe3+ образуется непосредственно альдоза с более короткой (на один атом углерода) углеродной цепью (низшая альдоза):СН2ОН—(СНОН)4—СООН---> СН2ОН—(СНОН)3—СНО + С02.Удлинение цепи альдоз. Альдегидная группа альдозы присоединяет обычным путем синильную кислоту. Образующийся циангидрин гидролизуется до содержащей на один атом больше (высшей) альдоновой кислоты, которая в виде лактона может быть восстановлена амальгамой натрия до высшей альдозы:Реакции удлинения и укорачивания цепи играют крайне важную роль в определении стереохимической конфигурации

моносахаридов и  выводе генетических рядов, так как  при удлинении или укорачивании цепи стереохимическая конфигурация основной части молекулы не меняется.Эпимеризация моносахаридов. Под действием разбавленных щелочей (или органических оснований) при нагревании эпимерные альдозы переходят друг в друга и в соответствующую кетозу. Так, D-глюкоза при нагревании с 2М раствором NaOH превращается в смесь, содержащую кроме исходной D-глюкозы еще D-маннозу (эпимер D-глюкозы) и D-фруктозу. Кетозы в этих условиях тоже превращаются в смесь исходной кетозы и обеих эпимерных альдоз. Эпимеризадия объясняется енолизадией сахара под действием щелочи. При енолизадии из D-глюкозы, D-маннозы, D-фруктозы образуется один и тот же наиболее «кислый» ендиол.Очевидно, что при обратном превращении ендиола в карбонильную форму могут образовываться все три перечисленных выше сахара:При действии крепких щелочей моносахариды разлагаются, и раствор при этом буреет.Действие алкоголятов. При действии алкоголятов некоторых металлов (щелочных, щелочно-земельных, меди, бора и др.) на моносахариды атомы водорода гидроксильных групп (и в первую очередь в полуацетальном гидроксиле) замещаются на ионы металла. Образующиеся соединения называются сахаратами. Действие ацилирующих агентов. При действии на моносахариды или сахараты ангидридов кислот или других ацилирующих агентов образуются сложные эфиры циклических форм моноз.Метилирование моносахаридов. Атомы водорода в гидроксильных группах моноз можно заменить на углеводородные радикалы, например метальные группы, действием метилирующих агентов:

4. Представители моносахаридов часто встречающихся в растении.

К наиб.,распространенным в природе моносахаридам относят D-глюкозу, D-галактозу, D-маннозу, D-фрук-тозу, D-ксилозу, L-арабинозу и D-рибозу.Так же часто встречаются: 1) дезоксисахара, в молекулах к-рых одна или неск. групп ОН заменены атомами H; 2) аминосахара, где одна или неск. групп ОН заменены на аминогруппы 3) многоатомные спирты, образующиеся при восстановлении карбонильной группы моносахаридов 4) уроновые кислоты - альдозы, у к-рых группа CH2OH окислена в карбоксильную 5) разветвленные сахара, содержащие нелинейную цепь углеродных атомов.За исключением D-глюкозы и D-фруктозы своб. моносахариды встречаются в природе редко.Моносахариды, прежде всего триозы и гексозы, имеют большую роль в важнейших метаболических превращениях(в фотосинтезе и дыхании). Пентозы — рибоза и дезоксирибоза, являются неотъемлемыми компонентами АТФ, нуклеиновых кислот, многих ферментов. В некоторых растительных объектах (плоды, ягоды) моносахариды — глюкоза, фруктоза — служат запасными веществами.

5. Дисахариды, их строение, значение, свойства, представители.

Молекула состоит из двух мономеров — моносахаридов. Дисахариды образуются в результате реакции конденсации между двумя моносахаридами, обычно гексозами. Связь между моносахаридами,возникающая в результате реакции конденсации,называется гликозидной связью.Обычно эта связь образуется между 1-м и 4-м углеродными атомами соседних моносахаридных единиц. Наиболее распространенные дисахариды — это лактоза и сахароза. Также к дисахаридам относится мальтоза. Сахароза служит запасным питательным веществом в корнеплодах, сочных плодах, сахарном тростнике. Другим замечательным свойством этого дисахарида (так же, как и некоторых олигоса- харидов, — стахиозы, рафинозы, вербаскозы) является его транспортная роль. Именно в этой форме фотосинтезированные в листьях ассимиляты передвигаются в разные части растения.Также дисахариды- «составные части» полисахаридов(крахмал).Дисахариды- структурные компоненты гликозидов и др. соединений.Лактоза и мальтоза обладают ценными пищевыми и вкусовыми качествами. Обычно Дисахариды легко растворимы в воде; оптически активны; сладки на вкус. Гидролиз дисахаридов происходит при действии кислот; осуществляется также ферментами .В результате их гидролиза образуются моносахариды.

6. Крахмал, его строение, значение, свойства.

крахмал — представляет собой смесь двух полимерных молекул, каждая из которых состоит из многочисленных остатков а-D)-глюкозы. В молекуле одного из них — амилозы — глюкозные остатки соединены друг с другом только посредством связей между 1-м и 4-м углеродными атомами, вследствие чего амилоза представляет собой линейную структуру. При образовании амилопектина между молекулами глюкозы образуются не только 1—4-связи, но и связи между 1-м и 6-м углеродными атомами соседних молекул, в результате чего возникает разветвленная структура. Соотношение амилозы и амилопектина в крахмале из разных объектов неодинаково: крахмал яблок почти целиком состоит из амилозы, в то время как кукурузный крахмал до 80 % из амилопектина. В желудочном тракте человека и животного крахмал поддаётся гидролизу и превращается в глюкозу, которая усваивается организмом, используется для сгущения многих пищевых продуктов, приготовления киселей, заправок и соусов. Крахмал используется для получения глюкозы, патоки, этанола, обработки тканей.В растениях используется как источник энергии. Все полисахариды крахмала вращают поляризованный свет вправо При нагревании с кислотами крахмал гидролизуется по месту глюкозид-глюкозных связей, давая последовательно декстрины, вплоть до глюкозы. При действии ферментов или нагревании с кислотами подвергается гидролизу. Уравнение:(C6H10O5)n + nH2O—H2SO4→ nC6H12O6. Качественные реакции: Крахмал, в отличие от глюкозы, не даёт реакции серебряного зеркала. Подобно сахарозе, не восстанавливает гидроксид меди (II). Взаимодействие с йодом (окрашивает в синий цвет).

7. Инулин, его строение, значение, свойства.

Инулин (С8Н10О5)n в некоторых растениях (топинамбур) и некоторых водорослях играет роль резервного питательного вещества.Он хорошо растворим в воде, при гидролитическом расщеплении превращается в D-фруктозу (а не глюкозу, что делет его заменителем сахара). Основой инулина является бета-D-фруктофураноза, это цепочка из 30—35 остатков фруктозы в фуранозной форме. Не обладает восстанавливающими свойствами(к и продукты реакции с ним), может быть получен в виде аморфного порошка и в виде кристаллов, легко растворим в горячей воде и трудно в холодной. Молекулярная масса 5000—6000. Слаще глюкозы. С иодом инулин не дает окрашивания.