Здавалка
Главная | Обратная связь

Обучающая задача 2.



При случайном попадании в желудочно- кисшечный тракт солей тяжелых металлов, содержащих ионы свинца, ртути, которые обладают высокой токсичностью для нервных и кроветворных клеток, рекомендуют для обезвреживания сразу принимать молоко или раствор яичного белка. Как объяснить этот способ детоксикации, зная физико-химические свойства и химический состав белков.

Решение.

1. В составе белков есть группы, которые обладают кислотными свойствами и могут образовывать соли с ионами металлов. К ним относятся карбоксильные и тиолные группы. Известно, что свинцовые, ртуттные соли карбоновых кислот растворимы в воде, а вот сульфиды тяжелых металлов – свинца и ртути- обладают очени низкой растворимостью( низким произведением растворимости). В составе большинства белков присутствует цистеин и его тиольные группы близко расположенных участков белковой цепи связывают необратимо ионы ртути, свинца.

 

белок- SH + Pb +2 + HS- белок ——> белок - S - Pb- S- белок + 2 Н+

 

При эторм изменяются физико-химические свойства белка, снижается растворимость, возникает денатурация белка, которая проявляется в выпадении белка в осадок. Всасывание токсичных ионов в кишечнике прекращается.

 

Обучающая задача 3.

Вследствие дефекта генетического кода в структурном гене произошло изменение порядка соединения аминокислот во вновь синтезируемом полипептиде, но аминокислотный состав остался неизменным. Какие проявления этого дефекта можно ожидать в отношении изоэлектрической точки белка, пространственного строения белковой молекулы.

Решение.

1. При изменении порядка соединения аминокислот не изменяется аминокислотный состав полипептидной цепи. Это означает, что сохраняются все боковые радикалы аминокислот и прежнее количество групп, склонных к ионизации. Следовательно, не должно быть заметного изменения значения рI.

2. Изменение последовательности соединения аминокислот в первичной цепи белка влечет за собой изменение третичной структуры белка, которая формируется при участии боковых радикалов аминокислот. Изменение последовательности радикалов вызовет изменение количества ионных, водородных связей, дисульфидных мостиков.

3. Изменения в третичной структуре белка, связанные с первичной структурой, могут привести к нарушению природных (нативных) свойств белка (например, ферментативной, транспортной, рецепторной активности).

 

 

Раздел10. Углеводы. Классификация. Моносахариды.

Исходный уровень знаний для усвоения темы основан на школьной

программе органической химии, программе по биологии «Фотосинтез. Биологическая роль углеводов», разделах 1, 3 - 5 данного пособия.

Для усвоения темы и приобретения компетенции по данному разделунадо знать формулы соединений в проекциях Фишера и Хеуорса:

- триозы D,L - глицериновый альдегид, диоксиацетон, D - пентозы (рибоза, дезоксирибоза, рибулоза, арабиноза), D-гексозы (глюкоза, галактоза, манноза, фруктоза) и их энантиомеры.

- фосфорные эфиры гл – 6 - ф, гл - 1- ф, фр – 6 - ф, фр -1- ф, фр - 1,6 диф, риб -5 - ф, многоатомные спирты сорбит, манит.

- альдоновые, альдаровые, альдуроновые кислоты - глюконовая, глюкаровая, глюкуроновая.

- уметь написать схемы реакций:

образование гликозидов, окисление глюкозы бромной водой, азотной кислотой, синтез глюкуроновой кислоты, восстановление альдоз и фруктозы,

качественные реакции обнаружения альдоз ( реактив Фелинга), фруктозы ( реакция Селиванова).

 

Ключевые слова к теме:

Агликон , альдоза, альдоновая, альдаровая, альдуроновая кислоты, аминосахар, аномер, аномерный атом углерода , гликозид, глицит, дезоксисахар, кетоза, моносахарид, мутаротация, пираноза, структура Колли-Толленса, структура Хеоурса, фураноза, эпимеры.

 

Содержание раздела (Дидактические единицы)

10.1. Классификация углеводов

10.2. Моносахариды: классификация по числу атомов углерода и строению

карбонильной группы. Альдозы и кетозы. Аминосахара.

10.3. Стереоизомерия: L- и D- стереоряды моносахаров. Диастереомеры,

энантиомеры, эпимеры.

Структурная изомерия (альдозы и кетозы). Значение отдельных

представителей

10.4. Химические свойства моносахаридов.

10.4.1. Циклооксотаутомерия пентоз и гексоз. Пиранозные и фуранозные

циклы, α- и β- аномерия. Различие α - и β – аномерных форм пятичленных

фуранозных и шестичленных пиранозных циклов по расположению

полуацетальных (гликозидных, аномерных) гидроксильных групп.

10.4.2. Образование гликозидов. Биологическая роль гликозидной связи.

10.4.3. Восстановление углеводов in vitro и in vivo. Получение глицитов (на примере глюкозы и фруктозы, ксилозы).

10.4.4.Окисление углеводов in vivo и in vitro на примере глюкозы, галактозы. Образование альдоновых (оновых), альдаровых (аровых) и альдуроновых (уроновых) кислот. Биологическое значение.

10.4.5. Образование фосфорных эфиров (глюкоза-1-ф, глюкоза-6-ф, фруктоза-1,6-дифосфат). Значение для организма.

 

Приложение. Основы теории.

 

Углеводы - группа природных соединений. Большинство из них имеет состав Сn(Н2О )m (m =n , m< n )- отсюда и возникло название «углеводы», тем более, что при нагревании их без доступа кислорода образуются два вещества: углерод и вода.

Углеводы подразделяют на три класса:

- моносахариды

- олигосахариды (оligos - греч - малый )

- полисахариды.

Олиго - и полисахариды можно рассматривать как продукты поликонденсации моносахаридов, которые отличаются числом мономерных звеньев моносахаридов.

Олиго - и полисахариды могут состоять из одинаковых или различных моносахаридов. В первом случае такие полисахариды называются гомополисахариды, а во втором - гетерополисахариды.

Моносахариды классифицируют по числу атомов углерода (триозы, тетрозы, пентозы, гексозы) и строению карбонильной группы на альдозы и кетозы.

Природные аминосахара, содержащиеся в организме человека, относятся к

D- стереоряду. Конфигупацию определяют по последнему асимметрическому атому углерода (в пентозе С4, в гексозе С5)

пентозы: D – рибоза (ddd), 2- D-дезоксирибоза (dd), D - ксилоза (dld), D - рибулоза (dd), D- арабиноза (ddl) гексозы: глюкоза (ddld) , манноза (ddll), галактоза (dlld), фруктоза (ddl).  

 

Химические свойства моносахаридов:

-цикло-оксотаутомерия,

-образование гликозидов,

- реакции восстановления, окисления

Перечисленные свойства имеют большое значение для биохимических

процессов.

Циклооксотаутомерия пентоз и фруктозы in vivo сопровождается

образованием двух аномерных фуранозных циклов , а альдогексоз

(глюкозы, маннозы, галактозы) - двух аномерных пиранозных циклов

α- и β- Аномерные формы пятичленных фуранозных и шестичленных

пиранозных циклов отличают по расположению полуацетальных

(гликозидных, аномерных) гидроксильных групп. У моносахаридов D-ряда

α - форме аномерный гидроксил расположен в внизу, а в β - форме вверху

(формулы Хеуорса)

 

 

β-D-фруктофураноза α-D-Галактопираноза

( скобкой выделены аномерные гидроксильные группы)

 

Гликозиды получаются в результате реакции SN. Признак гликозида - замещение атома водорода в аномерной гидроксильной группе на радикал.

Восстановление углеводов in vitro и in vivo приводит к образованию глицитов. При восстановлении фруктозы и других кетоз образуются два спирта - два диастереомера.

 

С 6Н12О6 + [ 2Н ] ——> С6Н14О6

глюкоза сорбит

манноза маннит( ол)

галактоза галактиол (дульцит )

фруктоза сорбит + маннит

Образование двух спиртов связано с тем, что при восстановлении карбонильной группы образуется хиральный атом водорода, имеющий два зеркальных изомера.

| +2H | +2H |

HO – C – H ↔ C=O ↔ H – C – OH

| | |

L – альдоза кетоза D – альдоза

 

 

Моносахариды используются как лекарственные препараты.

Глюкоза (Glucosum)

В крови содержание глюкозы поддерживается в интервале 3, 3 -5, 5 мМоль/л ( 80 -120 мг в 100мл крови или 4-6 г в объеме всей крови ).

Свободная глюкоза встречается в виноградном соке и соке спелых сладких фруктов, в растениях она запасается в составе олигосахарида сахарозы или полисахарида крахмала.

Глюкоза и многие гексозы, их олиго - и полисахариды подвергаются «брожению», так называют процессы превращения углеводов с участием микроорганизмов

Спиртовое брожение

С6 Н12 О6 —— ферменты —— > 2 С2 Н5 ОН + 2 СО2

Молочнокислое брожение( в мышцах этот процесс носит название анаэробный гликолиз)

С6 Н12 О6 —— ферменты —— > 2 С3 Н6 О3 ( молочная кислота)

 

Препараты глюкозы (Glucosum, Dextrosum) выпускают в виде порошков, таблеток, стерильных растворов, добавляют в другие лекарственные средства..

Растворы стерилизуют при температуре от 1000 до 1210. для стабилизации добавляют 0,1Н раствор НСl. Для внутривенного введения используют изотонические растворы 4,0-4,5% (изотонический раствор имеет осмотическое давление соответствующее осмотическому давлению крови) и гипертонические 10—40% (выше осмотического давления крови).

Изотонические растворы применяют при кровопотере для возмещения объема циркулирующей крови, глюкоза вызывает усиление энергетических процессов в тканях. Гипертонические растворы повышают осмотические давление, усиливают отток жидкости из тканей в кровь, способствуют выделению из органов токсических веществ и увеличивают поступление глюкозы в мозг, сердце, печень, мышцы.

 

Глюконат кальция – соль глюконовой кислоты (Calcii gluconas)

Препарат используют как источник кальция. Преимущества : пригоден для внутримышечного и подкожного применения в отличие от хлорида кальция, который вводят в экстренных случаях только внутривенно.

Маннит ( Mannitum)

Получают при восстановлении маннозы, шестиатомный спирт С6 Н14 О6. белый кристаллический порошок, хорошо растворимый в воде. Гипертонические растворы оказывают очень сильное диуретическое

( мочегонное) действие. Применяют в виде 10-20% растворов для внутривенного введения.

Ксилит – нашел широкое применение в составе зубных паст, ополаскивателей полости рта, жевательных резинок, обладает свойством подавлять развитие патогенной микрофлоры полости рта.

Глюконовая кислота – естественный метаболит, образуется во всех клетках организма в процессе обмена глюкозы в пентозофосфатном цикле.

Глюкуроновая кислота – входит в состав гиалуроновой кислоты (см. раздел 11 «Полисахариды»)

Обучающая задача 1.

1. Найти моносахарид, который записан двумя разными структурными формулами: Колли-Толленса и Хеуорса.

 

Решение.

1. Моносахариды записывают формулами Колли-Толленса, располагая атомы углеродного скелета вертикально. Цифровую нумерацию проводят сверху вниз от старшей группы, а обозначение конфигурации асимметричных центов снизу вверх, начиная от первого снизу хирального атома.

 

а) б) в) г)

 

обозначение хиральных атомов

2. В соединениях а и б по 6 атомов углерода, они содержат альдегидную группу- это альдогексозы. В соответствии с конфигурацией атомов соединение а) является D -глюкозой (d d l d ), соединение б) - D -маннозой (d d l l ).

3. Формулы Хеуорса отражают циклические формы моносахарида. Пятичленный цикл называется фураноза, шестичленный цикл - пираноза. Фуранозный цикл характерен для пентоз и кетогексозы фруктозы. Пиранозный цикл типичен для природных альдогексоз.

4. Соединение в) представляет собой пятичленный цикл и не может быть альдогексозой ( in vivo встречаются только пиранозные формы альдогексоз).

5. Чтобы определить, соответствие формулы Хеуорса г) формулам Колли-Толленса, необходимо определить конфигурацию асимметричных атомов углерода в циклической формуле. Известно, что в случае d - конфигурации гидроксильная группа записывается внизу, для l - конфигурации – вверху.

Атом кислорода в «верхнем углу» цикла обозначает принадлежность к D-

ряду. Начнем определять конфигурацию атомов в указанных стрелками

направлении: атомы 5-4-3-2. Конфигурации: 5(d) – 4 (d) – 3 (l) -2(d)

соответствует D – глюкозе (формула Колли-Толленса «а» )

6. Альдогексоза D – глюкоза представлена формулами а) и г).

 

Обучающая задача 2

Дополните схему реакции так, чтобы получились указанные вещества:

Назовите полученное соединение.

Решение

1. Начнем решение с анализа полученного соединения. Это углевод в пиранозной форме, в нем 6 атомов углерода. В полуацетальной (гликозидной) гидроксильной группе, имеющей β- конфигурацию, ( гликозидная группа выделена скобкой), атом водорода замещен на метильный радикал, следовательно, это соединение является β- гликозидом. Полное название β- D-О-метилгалактопиранозид. Метильная группа в гликозиде является агликоном, т.е. неуглеводной частью.

3. Какой моносахарид образовал гликозид? Это D- галактоза (узнали по конфигурации асимметричных атомов углерода в гликозиде (d l l d), образованном β- D-галактопиранозой.

2. Поставим вопрос, какой известен способ получения гликозидов?

Моносахарид смешивают со спиртом и пропускают сухой газ хлороводород.

В данной реакции моносахарид D –галактоза (в виде β- D-галактопиранозы)

реагирует с метиловым спиртом.

 

Формулы химических соединений, изучаемых в разделе 10

Пентозы

D-Рибоза 2-дезокси-D-рибоза D-Ксилоза D-Ксилулоза

 

Гексозы

Глюкоза

β-D-Глюкопираноза D-Глюкоза(ddld) α-D-Глюкопираноза

 

 

D –Манноза (ddll) D – галактоза (dlld) D – фруктоза (ddl)

Формулы Хеуорса

α - D- Галактопираноза β-D-фруктофураноза α - D- пиранозная форма

глюкуроновой кислоты

 







©2015 arhivinfo.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.