Похожие презентации:
Углеводы. Моносахариды. Лекция 5
1.
ОМСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ МЕДИЦИНСКАЯАКАДЕМИЯ
КАФЕДРА ХИМИИ
БИООРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ
Лекция 5
Углеводы. Моносахариды
1.Классификация, строение.
2. Моносахариды.
3. Химические свойства моносахаридов.
4. Производные моносахаридов.
Лектор: доктор биологических наук, профессор,
зав. кафедрой химии Степанова Ирина Петровна
2. Моносахариды
МоносахаридыК углеводам относятся
гетерофункциональные соединения
полигидроксикарбонильного ряда и их
производные.
Углеводы входят в состав клеток и
тканей всех растительных и животных
организмов, где соответственно
составляют 80% и 2% от массы сухого
остатка.
3. Моносахариды
Биологические функции углеводов1. Энергетическая. Углеводы – главный вид
клеточного топлива. При сгорании 1 моль
глюкозы выделяется 3060 Дж энергии, которая
расходуется в эндотермических
биологических процессах, превращаясь в
тепло и частично аккумулируясь в АТФ.
2. Пластическая. Углеводы являются
обязательным компонентом внутриклеточных
структур и мембран растительного и
животного происхождения. Основную
субстанцию межклеточного матрикса
соединительной ткани составляет
протеогликаны – высокомолекулярные
углеводобелковые компоненты.
4. Моносахариды
3. Синтетическая. Углеводыучаствуют в синтезе нуклеиновых
кислот, входят в состав коферментов,
гликолипидов, гликопептидов,
гликопротеидов.
4. Защитная. Углеводы участвуют в
поддержании иммунитета организма.
Тиреотропный гормон
контролирующий функцию и развитие
щитовидной железы, является
гликопротеидом, т.е. комплексом
углеводов с белками.
5. Моносахариды
5. Специфическая. Отдельные углеводыучаствуют в проведении нервных
импульсов, образовании антител,
обеспечении специфичности группы крови.
6. Регуляторная. Растительная пища
содержит полисахарид - клетчатку, которая
улучшает работу кишечника и повышает
секрецию в желудке.
Все вышеизложенное подчеркивает
необходимость оптимального обеспечения
организма углеводами, что в среднем
составляет 450 г. в сутки.
6. Моносахариды
По способности к гидролизууглеводы делятся на 2 класса:
1. простые – не подвергаются
гидролизу;
2. сложные - гидролизуются с
образованием простых углеводов.
7. Моносахариды
Углеводыпростые
Моносахариды
(МС)
Производные
МС
сложные
Олигосахариды
(ОС)
Полисахариды
(ПС)
8. Моносахариды
Олигосахариды содержат от 2до 10 остатков моносахаридов,
а полисахариды – несколько
десятков тысяч. И те, и другие
являются продуктами
поликонденсации
моносахаридов.
9. Моносахариды
Полисахариды подразделяются на:- гомополисахариды- однородные по
составу сложные углеводы;
- гетерополисахариды- сложные
углеводы,включающие остатки
разных моносахаридов.
10. Моносахариды
Моносахариды относятся кполигидроксикарбонильным соединениям.
Классификация моносахаридов:
Моносахариды делят по функциональной
принадлежности на:
1. альдозы – полигидроксиальдегиды;
2. кетозы – полигидроксикетоны.
По числу атомов углерода в цепи различают:
1. триозы;
2. тетрозы;
3. пентозы;
4. гексозы;
5. высшие сахара.
11. Моносахариды
С учетом 2-х признаков классификации кбиологически важным относятся
следующие классы.
Альдогексозы
1. Глюкоза (виноградный сахар).
Глюкоза содержится практически во всех
растительных организмах. В свободном
состоянии регулирует осмотическое давление
крови. При повышении концентрации глюкозы
возникает явление гипергликемии. Содержание
глюкозы в норме составляет 3,3-5,0 ммоль/л
крови.
12. Моносахариды
OH
C
H
HO
C* OH
C* H
H
C*
OH
H
C* OH D,L определяющий гидроксил
H2C OH
D-глюкоза
13. Моносахариды
Энантиомерам D-ряда углеводовсоответствует энантиомер L-ряда с
противоположной конфигурацией всех
центров хиральности.
Большинство природных
моносахаридов принадлежат D-ряду.
14.
CHOH
HO
OH
H
HO
H
H
OH
H
OH
HO
H
H
OH
HO
H
CH2OH
D-глюкоза
[ ] =
CHO
+52.5o
CH2OH
L-глюкоза
-52.5 o
15. Моносахариды
Изомеры углеводов,различающиеся конфигурацией
только одного центра
хиральности, называются
эпимерами.
2. Галактоза.
Является эпимером глюкозы в
четвертом углеродном звене.
16. Моносахариды
HH
O
C
C* OH
HO
C* H
HO
C* H
H
Моносахариды
C* OH
H2C OH
D-галактоза
D-галактоза входит в
состав лактозы и
гликолипидов. В печени
она легко
изомеризуется в
глюкозу.
17. Моносахариды
3. Манноза . Является эпимеромглюкозы во втором углеродном
звене.
H
O
C
HO
C
H
D-манноза
HO
C
H
H
C
OH
H
C
OH
H2C OH
18. Моносахариды
Альдопентозы.1. D-рибоза – входит в состав
нуклеотидов РНК.
2. D-ксилоза –эпимер рибозы в
третьем углеродном звене.
3. Производным рибозы является
дезоксисахар –2-дезокси-D-рибоза
(дезоксирибоза)- входит в состав
ДНК.
19.
МоносахаридыH
O
H
O
C
C
C
HO
C
H
H
H
C
OH
OH
H
C
OH
H
C
OH
H
C
OH
H
C
OH
HO
C
H
C
OH
H
C
H2C OH
H2C OH
D-рибоза
D-ксилоза
эпимеры
H
O
H2C OH
D-дезоксирибоза
20. Моносахариды
Кетогексозы.D-фруктоза – содержится во
фруктах, мёде, входит в состав
сахарозы, в организме легко
изомеризуется в глюкозу.
21. Моносахариды
H2COHМоносахариды
C
O
HO
C
H
H
C
OH
H
C
OH
H2C OH
D-фруктоза
22. Моносахариды
Циклические формы моносахаридовОбразование циклических форм
связано со способностью углеродной
цепи принимать выгодную
клешневидную конформацию и с
дальнейшим взаимодействием внутри
одной молекулы карбонильной группы с
гидроксильной группой.
Это взаимодействие приводит к
образованию циклического полуацеталя.
Устойчивыми являются 5- и 6-членные
циклы.
23.
МоносахаридыОбразование циклических полуацеталей
O
+
+
R C
H
C2H5OH
H
O H
R C OC2H5
H
24.
МоносахаридыOH
O
O
C
C
H
H
CH2OH
H
CH2OH
OH
H
OH
H C
HO
H
O H
OH
O
H
H
H
OH
CH2OH
O OH
или
H
HO
H
H
OH
-аномeр
H
H
OH
O H
H
HO
OH
H
OH
-аномeр
25.
МоносахаридыАномеры
H
HO C
H
HO
C
H
OH
H
H
HO
O
OH
H
H C
OH
H
OH
HO
H
H
OH
H
OH
H
OH
H
O
H
OH
H
O
CH2OH
-аномер
CH2OH
открытая цепь
CH2OH
-аномер
26. Моносахариды
Для их изображения принятыформулы Хеуорса.
5-членный цикл называется
фуранозным(фураноза).
6-членный цикл –пиранозным
(пираноза).
27.
МоносахаридыO
пиранозный
O
фуранозный
28. Моносахариды
Для альдоз образование фуранозногоцикла происходит при взаимодействии
карбонильного звена С1 с
гидроксигруппой С4, а пиранозный цикл
образуется между С1 и С5.
Для кетоз, т.е. фруктозы, в образовании
цикла участвует карбонильное звено С2 и
гидроксигруппа С5, что приводит к
образованию фуранозы, или
гидроксильной группы С6, что приводит к
образованию пиранозы.
29. Моносахариды
Нумерацию цепи в формулах Хеуорсаведут от крайнего правого положения по
часовой стрелке. Последнее звено СН2ОН выносят над плоскостью цикла,
что является дополнительным Dпризнаком по Хеуорсу.
В бывшем карбонильном звене в
результате внутримолекулярного
взаимодействия возникает
дополнительный центр хиральности, за
счет образования полуацетального
гидроксила, который может
располагаться над или под плоскостью
цикла.
30. Моносахариды
Егоположение определяет вид
аномера моносахарида.
Если полуацетальный гидроксил
расположен под плоскостью
цикла, то имеем -аномер.
Если полуацетальный
гидроксил расположен над
плоскостью цикла - -аномер.
31.
Моносахариды-аномер
-аномер
32. Моносахариды
Т.о., в растворе моносахаридыприсутствуют в открытых и циклических
формах, способных свободно
переходить друг в друга. Такой вид
изомерии называется
циклооксотаутомерией.
Изомеры, взаимно переходящие друг в
друга и находящиеся в состоянии
динамического равновесия, называются
таутомерами.
33.
Кольчато-цепная таутомерияCH2OH
CH2OH
H
32%
H
OH
OH
H
CH2OH
68%
OH
HO
OH
H
H
OH
H
OH
CH2OH
O OH
H
HO
H
H
CHO
H
-D-глюкопираноза
OH
-D-глюкопираноза
H
O
OH
H
OH
H
H
HO
H
HO
O H
H
H
OH
H
OH
-D-глюкофураноза
CH2OH
HO
H
OH
O
0,02%
OH
H
H
H
H
OH
-D-глюкофураноза
34.
ТаутомерияКольчато-цепная таутомерия сопровождается
закономерным явлением – мутаротацией.
Мутаротация (лат. mutare – изменять, rotatio –
вращение) в данном случае это изменение вращения
плоскости поляризации света свежеприготовленными
растворами разных аномеров.
Например, -D-глюкопираноза имеет удельное
вращение [ ] = +112o, а -D-глюкопираноза имеет [ ] =
+19o. При стоянии свежеприготовленных растворов
каждого из аномеров удельное вращение изменяется и
достигает значения +52,5o, соответствующего равновесию.
35. Моносахариды Физические свойства
Моносахариды представляют собойбесцветные кристаллические вещества
очень хорошо растворимые в воде.
Моносахариды трудно растворяются в
спирте, очень плохо в гидрофобных
растворителях.
Концентрированные растворы сахаров
в воде называются сиропами.
36. Моносахариды
Химические свойства моносахаридовИсходя из функционального состава,
моносахариды проявляют свойства
многоатомных спиртов, карбонильных
соединений, полуацеталей и специфические
свойства.
1. Свойства многоатомных спиртов
проявляются в качественной реакции
взаимодействия моносахаридов со
свежеосажденным гидроксидом меди (II) Сu(OH)2. В результате происходит образование
растворимого хелатного комплекса ярко-синего
цвета. В реакцию вступает -диольный
фрагмент молекулы моносахарида.
37.
Моносахариды2
O
HC
2
H
C
OH
HO
C
H
H
C
OH
H
C
OH
H2C OH
C
+ Cu(OH) 2 +
2OH
O
O
Cu
-
-4H 2O
C
O
C
2+
O
фрагмент хелата
C
-
38. Моносахариды
2. Свойства альдегидов проявляются вкачественной реакции взаимодействия
альдегидной группы с мягкими
окислителями - Сu(OH)2 или Ag2O- при
повышенной температуре.
Данная реакция в биохимическом
анализе мочи называется пробой
Троммера и используется для
обнаружения глюкозы в моче
(глюкозурия).
39.
МоносахаридыO
O
HO
HC
C
H
C
OH
HO
C
H
H
C
OH
H
C
OH
H2C OH
Д-глюкоза
+
2Cu(OH) 2
t°
H
C
OH
HO
C
H
H
C
OH +
H
C
OH
2CuOH
Cu2O
H2C OH
Д-глюконовая кислота
+
HOH
HOH
40. Моносахариды
3. Свойства спиртов проявляются вреакции этерификации ОН-группы под
действием кислородсодержащих
кислот. Биологическое значение имеют
эфиры фосфорной кислоты –
фосфаты, образующиеся обычно по
месту последнего звена с участием
фермента фосфорилазы.
41. Моносахариды
,D-глюкопираноза6-фосфат
,D-глюкопиранозы
42. Моносахариды
4. Моносахариды способнывосстанавливаться водородом на
никеле, платине или палладии.
Продуктами восстановления
являются многоатомные спиры альдиты: глюкоза образует сорбит,
манноза-маннит, ксилоза-ксилит,
галактоза-дульцит.
43.
МоносахаридыO
H2C OH
HC
H
C
OH
HO
C
H
H
C
OH
H
C
OH
H2C OH
Д-глюкоза
+H 2
Pt/Pd
H
C
OH
HO
C
H
H
C
OH
H
C
OH
H2C OH
сорбит
44. Моносахариды
5. Свойства полуацеталейпроявляются во взаимодействии
циклических форм моносахаридов
со спиртами, при этом
полуацетальный или гликозидный
гидроксил не проявляет свойств
спиртов, а ведет себя специфически,
образуя гликозиды.
45.
МоносахаридыH2C OH
H2C OH
O
O
OH
+
OH
OH
O
F
HO
CH3
-H2O
CH3
OH
OH
OH
,D-глюкопираноза
OH
Метил- -D-глюкопиранозид
46. Моносахариды
6. К специфическим свойствамотносятся различные виды
окисления моносахаридов, реакции
изомеризации и брожения.
47. Моносахариды
Производные моносахаридовАминосахара – образуются на основе
моносахаридов, в молекулах которых
OH-группа второго звена замещена
аминогруппой - NH2.
48.
АминосахараCHO
H
NH2
HO
H
NH2
H2N
H
H
H
HO
H
HO
H
OH
HO
H
H
OH
H
OH
H
OH
H
OH
CH2OH
H
OH
HO
CH2OH
CH2OH
O OH
HO
H
H
H
CH2OH
CH2OH
CH2OH
H
CHO
CHO
NH2
H
OH
H
O OH
H
H
H
H
NH2
D-глюкозамин
D-галактозамин
(2-амино-2-дезокси-D-глюкопираноза)
HO
O OH
H
OH H2 N
H
H
H
D-маннозамин
49. Моносахариды
Аминогруппа часто ацилирована остаткомуксусной кислоты, при этом образуется
амидная группировка:
-NH-CO-
50.
МоносахаридыN-ацетил-D-глюкозамин
2-ацетамидо-2-дезоксиD-глюкопираноза
51.
МоносахаридыN-ацетил-D-галактозамин
2-ацетамидо-2-дезоксиD-галактопираноза
52. Моносахариды
Аминосахара входят в состав групповыхвеществ крови, определяя их специфичность и
являются компонентами структурных
полисахаридов.
53. Моносахариды
Сахарные кислотыПредставителем является D-глюкуроновая
кислота, образующаяся окислением глюкозы в
шестом углеродном звене.
COOH
O
OH
OH
HO
OH
54. Моносахариды
Глюкуроновая кислота являетсяструктурным компонентом полисахаридов.
Самостоятельно участвует в
обезвреживании токсических веществ
крови, образуя с ними водорастворимые
глюкурониды, и выводит их с мочой.
Выведение салициловой кислоты
из организма в процессе воздействия
лекарственных веществ происходит в виде
О-глюкуронида, образующегося по месту
полуацетатного гидроксила глюкуроновой
кислоты и фенольного гидроксила
салициловой кислоты.
55.
МоносахаридыCOOH
O
O
OH
HOOC
OH
OH
56. Моносахариды
Нейраминовая кислота.Получается в результате
альдольной конденсации ПВК и
Д-маннозамина
57.
Моносахариды3,5-дидезокси-5-аминонулозоновая
кислота
58. Моносахариды
Сиаловые кислоты. Они являютсяN-ацетильными производными
нейраминовой кислоты.
Ацилирование происходит
ацетильным или
гидроксиацетильным остатком.
Например N-ацетил-D-нейраминовая
кислота.
59. Моносахариды
12
Моносахариды
COOH
C
O
3
CH2
4
HC
H3C
C
O
5
NH C
HO
H
H
6
C
7
C
8
C
9
H2C
OH
H
H
OH
OH
OH
N-ацетил-Dнейраминовая
Кислота
(сиаловая кислота)
60. Моносахариды
Нейраминовые и сиаловые кислотыв свободном состоянии содержатся
в спиномозговой жидкости.
Сиаловая кислота является
компонентом специфических
веществ крови, входит в состав
ганглиозидов мозга и участвует в
проведении нервных импульсов.