Контрольная работа по "Биохимии"

1 Углеводы, их биологическая  роль. Классификация  углеводов.

     Углеводы  наряду с белками и липидами являются важнейшими химическими соединениями, входящими в состав живых организмов. У человека и животных углеводы выполняют  важные функции: энергетическую, структурную  и защитную.

     При окислении углеводов выделяется значительное количество энергии, которая  накапливается в виде АТФ.

     Углеводы (рибоза и дезоксирибоза) используются для синтеза нуклеиновых кислот, они являются составными компонентами нуклеиновых коферментов, играющих исключительно важную роль в метаболизме у живых существ.

     Промежуточные продукты распада углеводов служат исходными веществами для синтеза  других соединений, необходимых живой  клетке.

     С нарушением обмена углеводов тесно  связан ряд заболеваний: сахарный диабет, галактоземия и т.д.

     На  долю углеводов приходится 60-70% пищевого рациона. Они содержатся преимущественно  в растительных продуктах, являются основными компонентами хлеба, круп, макарон, кондитерских изделий, служат сырьем в бродильной промышленности, в производстве пищевых кислот: уксусной, молочной, лимонной.

     Классификация углеводов основана на структуре  и физико-химических свойствах.

     Углеводы  подразделяются на три основные группы: моносахариды, олигосахариды и полисахариды.

 Моносахариды  (простые сахара) – углеводы, которые не способны гидролизоваться до более простых соединений.

     Олигосахариды (низкомолекулярные сахара) – углеводы, которые при гидролизе распадаются на 2-8 моносахарида («олигос» – по-гречески немногий).

     Полисахариды (сложные сахара) – продукты конденсации моносахаридов, они способны гидролизоваться с образованием простых углеводов (от десятков до сотен тысяч молекул моносахаридов).

     По  химической природе простые сахара делят на: а) нейтральные сахара, содержащие только карбонильную и спиртовую  группы; б) аминосахара, содержащие кроме этих групп аминогруппу, которая придает этим соединениям основные свойства; в) кислые сахара, содержащие кроме карбонильной и спиртовых групп карбоксильные группы.

2 МОНОСАХАРИДЫ (ГЛЮКОЗА,  ФРУКТОЗА, ГАЛАКТОЗА,  РИБОЗА, ДЕЗОКСИРИБОЗА).

     Моносахариды (монозы) классифицируют по количеству атомов углерода и по характеру карбонильной группы.

     По  количеству атомов углерода различают: триозы – сахара с тремя атомами углерода, тетрозы – с четырьмя, пентозы – с пятью, гексозы – с шестью и т.д. Сахара, содержащие семь и более атомов углерода, называют высшими сахарами.

Моносахариды, содержащие альдегидную группу, называют альдозами, кетонную – кетозами. Часто эти названия объединяют, чтобы одновременно показать и число углеродных атомов, и характер карбонильной группы. Например: глюкоза является альдогексозой, а фруктоза – кетогексозой. 

     Д-рибоза

 
 

     Д-рибоза и Д-2-дезоксирибоза входят в состав нуклеиновых кислот, нуклеотидов. Производное рибозы – спирт рибит – является составной частью некоторых витаминов и ферментов.

     Важнейшими  и широко представленными в природе  гексозами являются глюкоза, фруктоза, галактоза, манноза.

     В свободном виде Д-глюкоза содержится в зеленых частях растений, семенах, различных фруктах и ягодах, меде. Входит в состав крахмала, клетчатки, гемицеллюлоз, гликогена, декстринов, сахарозы, мальтозы, рафинозы, многих глюкозидов.

     Глюкозу в больших количествах получают путем кислотного гидролиза картофельного  или кукурузного крахмала, при  этом глюкоза составляет основную массу  патоки, широко применяемой в кондитерском производстве. Глюкоза хорошо сбраживается дрожжами.

     Д-фруктоза содержится во всех зеленых растениях, в нектаре цветов, меде. Особенно ее много в плодах, поэтому ее второе название – плодовый сахар. Фруктоза гораздо слаще других сахаров. В виде Д-фруктофуранозы входит в состав сахарозы, а также высокомолекулярных полисахаридов, образующих при гидролизе фруктозу. Эти полисахариды, получившие название полифруктозидов, встречаются в значительных количествах во многих растениях, особенно семейства сложноцветных: цикорий, земляная груша, кок-сагыз и др. Наиболее известен инулин, накапливающийся в качестве запасного углевода в клубнях земляной груши.

     Сбраживается  дрожжами.

     Д-галактоза  встречается в качестве составной  части некоторых дисахаридов  – лактозы (молочного сахара), мелибиозы и содержащегося в растениях трисахарида – рафинозы. Входит в состав многих высокомолекулярных полисахаридов: употребляемого в кондитерской промышленности агар-агара, различных гумми и слизей, а так же гемицеллюлоз.

     Галактоза сбраживается лишь так называемыми  «лактозными дрожжами».  
 
 
 

3 Основные реакции  моносахаридов (окисление,  восстановление, образование  фосфорных эфиров, гликозидов, аминосахаридов) и биололгическое значение этих реакций.

     Моносахариды, являясь альдо- или кетоспиртами, проявляют все свойства альдегидов, кетонов и спиртов.

Образование гликозидов

     В результате взаимодействия гликозидного гидроксила моносахарида со спиртами, образуются соединения типа простых эфиров, которые называются гликозидами:

     Вновь образовавшаяся связь называется гликозидной.

      Гликозидная связь имеет очень важное биологическое значение. С помощью этой связи осуществляется ковалентное связывание моносахаридов в составе олиго- и полисахаридов:

 Гликозиды широко распространены в  растениях, они часто обладают специфическим  запахом и вкусом.

     Гидролиз  гликозидов лежит в основе гидролитического расщепления полисахаридов, осуществляемого  в организме, а также используется во многих промышленных процессах. 

     Образование сложных эфиров

     Моносахариды, реагируя с кислотами, могут давать сложные эфиры. Из производных сахаров  наиболее важное биологическое значение имеют эфиры фосфорной кислоты.

     В клетке эти производные легко  образуются при ферментативных реакциях:

       Донором фосфорной кислоты является  АТФ, в молекуле которой расщепляется  высокоэнергетическая связь. 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 реакционно-способное состояние, а при их биологическом окислении химическая энергия моносахарида аккумулируется в фосфатном радикале.

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

     Окисление моносахаридов

       При химическом или биологическом  окислении концевых групп альдоз до карбоксильных, образуются три различных произвольных альдоз. Кислоты, образующиеся при окислении альдегидной группы, называются альдоновыми: 

     

     Эта реакция успешно используется в  методах количественного определения  моносахаридов.

     Если  окислению подвергается концевая группа –СН₂ОН, то при этом образуются уроновые кислоты:

Уроновые кислоты играют большую роль в качестве промежуточных продуктов при образовании пентоз из гексоз.

     При действии сильных окислителей окисляются обе концевые группы до карбоксильной, образуются альдаровые кислоты – глюкаровая, галактаровая и т.д., биологическая роль которых не установлена:

 

Восстановление  моносахаридов

     Карбонильная  группа моносахаридов легко вступает в реакции восстановления с образованием сахароспиртов. В клетках растений, микроорганизмов это восстановление осуществляется при помощи ферментов (НАД – зависимых дегидрогеназ).

     Простейшим  сахароспиртом является трехатомный спирт глицерин, образующийся при восстановлении глицеральдегида. Глюкоза при восстановлении дает шестиатомный сахароспирт сорбит, галактоза – дульцит, манноза – манит:

     Сорбит  часто встречается в различных  фруктах, ягодах: в рябине, сливах, абрикосах, вишнях и др. Дульцит содержится во многих растениях, выделяется на поверхности коры деревьев. Манит содержится в бурых водорослях; плодах (ананас), овощах (морковке, луке).

Аминосахара

     Аминосахара – это производные моносахаридов, гидроксильная группа 
(–ОН) которых замещена аминогруппой (–NH₂).

     Аминосахара обладают всеми свойствами аминов, обычных моносахаридов, а также специфическими свойствами, обусловленными пространственной близостью гидроксильных и аминных групп.

     В организме человека и животных наиболее важными аминосахарами являются Д-глюкозамин и Д-галактозамин.

     Аминогруппа может быть ацилирована:

     Аминосахара играют важную роль в синтезе полисахаридов клеточных стенок, мембран бактерий. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

4 Дисахариды (сахароза, мальтоза, лактоза,  целлобиоза), строение, источники, ферментативный гидролиз.

     К широко распространенным и имеющим важное значение как компоненты пищевых продуктов, относятся дисахариды: сахароза, лактоза, мальтоза и др.

     По  химическому строению дисахариды являются гликозидами моносахаридов. Большинство  дисахаридов состоят из гексоз, но в природе известны дисахариды, состоящие из одной молекулы гексозы и одной молекулы пентозы.

     При образовании дисахарида одна молекула моносахарида всегда образует связь  со второй молекулой с помощью  своего полуацетального гидроксила. Другая молекула моносахарида может соединяться либо также полуацетальным гидрокислом, либо одним из спиртовых гидроксилов. В последнем случае в молекуле дисахарида будет оставаться свободным один полуацетальный гидроксил. В природе встречаются все виды гликозидных связей: a(1®3), a(1®2), b(1®6), b(1®1) и т.д.

     Мальтоза

     Мальтоза  – резервный олигосахарид– обнаружена во многих растениях в небольших количествах, в больших количествах накапливается в солоде – обычно в семенах ячменя, проросших в определенных условиях. Поэтому мальтозу часто называют солодовым сахаром. Мальтоза образуется в растительных и животных организмах в результате гидролиза крахмала под действием амилаз.

     Мальтоза  содержит два остатка Д-глюкопиранозы, соединенных между собой a(1®4)гликозидной связью.

     

     Мальтоза  обладает восстанавливающими свойствами, что используется при ее количественном определении. Она легко растворима в воде. Раствор обнаруживает мутаротацию.

     Под действием фермента a-глюкозидазы (мальтазы) солодовый сахар гидролизуется с образованием двух молекул глюкозы: