Срс. СРС Лабораторное занятие 4 Углеводы. Моно-, олиго- и полисахари. Углеводы. Моносахариды
 Скачать 312.33 Kb.
|
|
Тема: Углеводы. Моносахариды I. Цель: Сформировать знания стереохимического строения таутомерных форм и важнейших свойств моносахаридов как основу для понимания их превращений в организме. II. Исходный уровень 1. Энантиомеры. Диастереомеры. 2. Относительная конфигурация. Д и L-стереохимические ряды. 3. Конформации циклогексана. 4. Свойства карбонильной и спиртовой групп. Учебно-целевые вопросы 1. Стереоизомерия моносахаридов. D и L –стереохимическме ряды. 2. Открытые и циклические формы. Формулы Фишера и формулы Хеуорса. Фуранозы и пиранозы; α, β-аномеры. Цикло-оксо-таутомерия. Конформации пиранозных форм моносахаридов. 3. Строение наиболее важных представителей пентоз (рибоза, ксилоза), гексоз (глюкоза, манноза, галактоза, фруктоза), дезоксисахаров (2-дезоксирибоза), аминосахаров (глюкозамин, маннозамин, галактозамин). 4. Нуклеофильное замещение у аномерного центра в циклических формах моносахаридов. О- и N-гликозиды. Гидролиз гликозидов. Фосфаты моносахаридов. Ацилирование аминосахаров. 5. Окисление моносахаридов. Восстановительные свойства альдоз. Гликоновые, гликаровые, гликуроновые кислоты. Аскорбиновая кислота. 6. Восстановление моносахаридов (ксилит, сорбит, маннит). 7. Взаимопревращения альдоз и кетоз. Реакции альдольного типа в ряду моносахаридов: альдольное присоединение дигидроксиацетона к глицериновому альдегиду, образование нейраминовой кислоты. Углеводы по способности к гидролизу делятся на две группы: 1) Не гидролизуются. Они называются _______________________. 2) При гидролизе образуют более простые углеводы. Они называются ______________. Простые углеводы (моносахариды) Это многоатомные альдегидо- или кетоно-спирты, способные к образованию циклических полуацеталей, гетерофункциональные соединения: полигидроксиальдегиды и полигидроксикетоны. Моносахариды классифицируются по: 1) характеру карбонильной группы на: _________________ и _________________. 2) числу атомов углерода в цепи на: С 3 - _______________, С 4 - _____________, С 5 - ____________, С 6 - _______________. Наиболее важные из них: _____________________. Строение. Моносахариды существуют в открытой (оксо-) и циклической формах. В растворах эти изомеры находятся в динамическом равновесии. Открытые (оксикарбонильные) формулы моносахаридов (формулы Фишера). Допишите формулы. Укажите отношение моносахаридов к Д, L- стереохимическим рядам. Циклические формы (формулы Хеуорса). Допишите формулы и назовите моносахариды Образовавшаяся при замыкании цикла гидроксигруппа называется ________________ или гликозидным _________________. Если полуацетальный гидроксил (для моносахаридов Д-ряда) распложен под плоскостью цикла, это __________ - аномер, если над плоскостью цикла – это ____________-аномер. Пятичленные циклы называются _______________________, шестичленные - ____________________. Производными моносахаридов являются аминосахара. Допишите оксикарбонильные и циклические формулы аминосахаров и назовите их по ЗН. Цикло-цепная таутомерия Таутомерия – равновесная динамическая ____________________. Например, таутомерные превращения Д-глюкозы в растворе. Допишите формулы и назовите таутомеры: 3. Упражнения 1. Напишите оксикарбонильные формулы (формулы Фишера) пентоз: рибоза, дезоксирибоза; гексоз: глюкоза, манноза, галактоза, фруктоза; аминосахаров: глюкозамин, маннозамин, галактозамин. 2. Напишите циклические формулы (формулы Хеуорса) пентоз: рибоза, дезоксирибоза; гексоз: глюкоза, манноза, галактоза, фруктоза; аминосахаров: глюкозамин, маннозамин, галактозамин. 3. Напишите уравнения реакций взаимодействия: α, D-глюкопиринозы с метанолом α, D-галактопиранозой с метанолом β, D – рибофуранозы с этанолом Напишите уравнения реакции гидролиза этих гликозидов. 4. Напишите уравнений реакций: получения D-галактоновой кислоты жесткого окисления D-глюкозы получения D-галактуроновой кислоты 5. Конфигурация какого хирального атома определяет принадлежность моносахаридов к D и L –стереохимическим рядам? 6. Дайте определения аномеров и эпимеров. Приведите примеры. 7. Напишите реакции взаимодействия метилиодида с: α, D –глюкопиранозой β, D-галактопиранозой 8. Напишите уравнение реакции гидролиза О-метил-2,3,4,6-тетраметил- β, D- глюкопиранозида в кислой среде. 9. Напишите уравнения реакций с избытком уксусного ангидрида β, D-глюкопиранозы α, D –галактопиранозы Приведите уравнение реакции гидролиза пентаацетил-β,D глюкопиранозы. 10. Напишите уравнения реакций взаимодействия фосфорной кислоты с : α, D –фруктофуранозой β, D –рибофуранозой α, D –глюкопиранозой Тема: Углеводы Дисахариды I. Цель: Сформировать знания принципов строения и основных свойств дисахаридов и полисахаридов как основу для понимания их биологических функций. II. Исходный уровень 1. Характеристика моносахаридов. 2. Стереоизомерия. 3. Таутомерия моносахаридов. 4. Основные свойства моноахаридов Учебно-целевые вопросы: 1. Олигосахариды. Дисахариды: мальтоза, целлобиоза, лактоза, сахароза. Строение. цикло-, оксо-таутомерия. Восстановительные свойства. Гидролиз. Конформационное строение мальтозы и целлобиоза. 2. Полисахариды. Гомополисахариды: крахмал (амилоза и аминопектин), гликоген, декстран, целлюлоза. Пектины (полигалактуроновая кислота). Первичная структура, гидролиз. Понятие о вторичной структуре (амилоза, целлюлоза). 3. Гетерополисахариды: гиалуроновая кислота, хондроитинсульфаты. Первичная структура. Представление о строении гепарина. Понятие о смешанных биополимерах (протеогликаны, гликопротеины, гликолипиды). Сложные сахара классифицируются на: 1. Олигосахариды—низкомолекулярные полисахариды, образующие при гидролизе ___________________________________________________ 2. Полисахариды—______________________________________________ Олигосахариды В зависимости от числа молекул, образующихся при их гидролизе, различают: ди-, три-, тетра- и т.д. сахариды. С биологической точки зрения наибольший интерес представляют дисахариды, так как они образуются в организме человека и животных и служат одним из основных продуктов питания. Олигосахариды—соединения, построенные из остатков моносахаридов, связанных ___________________связью. В образовании гликозидной связи участвуют две гидроксильные группы: Полуацетальная одного из моносахаридов и а) любая -ОН группа второго моносахарида б) полуацетальный гидроксил второго моносахарида Если второй гидроксил спиртовый, то дисахарид относится к восстанавливающим, если полуацетальный – к невосстанавливающим. Восстанавливающие дисахариды: Мальтоза (солодовый сахар). Молекула состоит из ,D-глюкопиранозы и D- глюкопиранозы, связанных ________________ гликозидной связью. Допишите строение молекулы мальтозы: Лактоза (молочный сахар). Молекула состоит из остатков _________ галактопиранозы и D-глюкопиранозы, связанных ________________ связью. Допишите строение дисахарида: Целлобиоза (продукт неполного гидролиза целлюлозы). Молекулы состоят из двух остатков ______________ глюкопиранозы, связанных _______________ гликозидной связью. Допишите строение дисахарида: В этих молекулах сохраняется полуацетальный гидроксил, поэтому они являются восстанавливающими. Дисахариды, подобно моносахаридам, так как существуют в растворе в виде цикло-оксо-таумеров. Приведите строение цикло-оксо-таутомеров: Мальтоза Лактоза Целлобиоза Если в образовании гликозидной связи принимают участие оба полуацетальных гидроксила двух молекул моносахаридов, образуются невосстанавливающие дисахариды. Сахароза (тростниковый сахар, свекловичный сахар). Молекула состоит из остатков ______________ глюкопиранозы и _____фруктопиранозы, связанных _______________ гликозидной связью. Приведите строение сахарозы. В сахарозе и подобно построенных олигосахаридах нет полуацетального гидроксила и такие олигосахариды не могут образовать таутомерных форм и не проявляют восстанавливающей способности. Важнейшее свойство дисахаридов – гидролиз в кислой среде с образованием исходных моносахаридов. Полисахариды Это высокомолекулярные продукты конденсации моносахаридов, связанные между собой гликозидными связями. В состав полисахаридов входят различные моносахариды: D-глюкоза, D-галактоза, D-манноза, D-глюкуроновая кислота, D- глюкозамин и т.д. В строении полисахаридов отмечена высокая степень регулярности (повторяемости) полисахаридных звеньев. Гомополисахариды – полисахариды, построенные из одних и тех же моносахаридных звеньев. Из них наиболее распространены гликаны, содержащие только остатки глюкозы. Самое распространенное органическое вещество на Земле – целлюлоза. Молекула ее построена из остатков _____________ глюкопиранозы связанная ________________ гликозидными связями. Напишите строение фрагмента целлюлозы. Полисахарид, построенный из из -1,4-связанных остатков ,D-глюкопиранозы, имеющий неразветвленное строение это ________________. Допишите строение фрагмента амилозы. Резервом углеводов в организме служит полисахарид гликоген, его молекула состоит из остатков _____________ глюкопиранозы, связанных ___________ _____________ и _____________ гликозидными связями. В растениях синтезируется сходный по строению, но менее разветвленный полисахарид амилопектин, который в смеси с амилозой образует крахмал. В плодах и ягодах образуются пектиновые вещества – продукты поликонденсации D-галактуроновой кислоты. Остатки молекул связаны L-1,4-гликозидными связями. Допишите строение фрагмента этого полисахарида. Декстраны – полисахариды бактериального происхождения. Их молекулы построены из остатков α,D-глюкопиранозы, связанных α-1,6 (основной тип связи), α-1,4, α-1,3 и редко α-1,2-гликозидными связями. Допишите строение фрагмента декстрана. Гетерополисахариды Молекулы построены из различных полисахаридных звеньев. Одним из полисахаридов соединительной ткани является гиалуроновая кислота. Она входит в состав стекловидного тела глаза, хрящей, пуповины, суставной жидкости. В фрагменте гиалуроновой кислоты укажите типы связи. В состав кожи, хрящей, сухожилий входят хондроитин-сульфаты, состоящие из дисахаридных остатков N-ацетилированного хондроитина, соединенных ____________ гликозидной связью. Допишите строение фрагмента N-ацетилхондрозина. Хондроитин-сульфаты. Сульфогруппа в этих молекулах может быть либо в 4-ом, либо в 6-ом положениях. Поэтому различают: хондроитин-4-сульфат и хондроитин- 6-сульфат. Допишите строение фрагмента хондроитин-6-сульфата. В печени содержится гепарин. Его главная особенность – антикоагулянтные свойства. Молекула гепарина состоит из повторяющихся дисахаридных звеньев, в состав которых входят остатки D-глюкозамина, D-глюкуроновой и L-идуроновой кислоты. 3. Упражнения 1. Напишите уравнения реакций (формулы Хеуорса) гидролиза: мальтозы, лактозы, целлобиозы, сахарозы в молекулярной и циклической формах. Дайте полные названия этим дисахаридам. 2. Объясните, почему мальтоза, лактоза и целлобиоза обладают восстанавливающими свойствами. 3. Напишите уравнения реакций гидролиза продуктов полного метилирования: мальтозы, лактозы, целлобиозы, сахарозы. Будут ли обладать восстанавливающими свойствами полученные в результате гидролиза соединения? 4. Какие полисахариды называются гомополисахаридами? Из каких моносахаридных звеньев построены макромолекулы: амилозы, аминопектина, целлюлозы, гликогена, декстрана? Напишите формулы, укажите типы связи между D-глюкопиранозными остатками в молекулах. 5. Какие полисахариды называются гетерополисахаридами? Напишите формулы и назовите компоненты, входящие в состав: гиалуроновой кислоты, хондроитисульфатов, гепарина. Укажите виды связей между моносахаридными звеньями в этих молекулах. V. Литература для самоподготовки Основная учебная литература: 1. Ершов, Ю. А. Биохимия человека : учебник для академического бакалавриата / Ю. А. Ершов. — 2-е изд., перераб. и доп. — Москва : Издательство Юрайт, 2019. — 374 с. — (Высшее образование). — ISBN 978-5-534-02577-4. — Текст : электронный // Образовательная платформа Юрайт [сайт]. — URL: https://urait.ru/bcode/444080 2. Конспект лекции. Дополнительная литература: 1. Тюкавкина, Н. А.Биоорганическая химия: [Текст]: учебник / Н. А. Тюкавкина, Ю.И. Бауков, С. Э. Зурабян. - М.: ГЭОТАР-Медиа, 2009. - 416 с. 2. Тюкавкина, Н. А.: [Текст]: руководство к лабораторным занятиям по биоорганической химии / под ред. Н. А. Тюкавкиной. - М.: Медицина, 1985, 285 с. 3. Тюкавкина, Н. А. Биоорганическая химия: [Текст]: учебник / Н.А.Тюкавкина, Ю.И.Бауков. – 6-е изд., исп.- М.: Дрофа, 2007. - 542 с. |