Углеводы. Моносахариды и их производные. (Лекция 5) презентация

Углеводы. Моносахариды и их производные

ЦЕЛИ ЛЕКЦИИ ЦЕЛИ ЛЕКЦИИ ОБУЧАЮЩАЯ: сформировать знания о строении, номенклатуре и реакционной способности моносахаридов. РАЗВИВАЮЩАЯ: расширить кругозор обучающихся на основе интеграции знаний, развить логическое мышление. ВОСПИТАТЕЛЬНАЯ: содействовать формированию у обучающихся устойчивого интереса к изучению дисциплины.

ПЛАН ЛЕКЦИИ ПЛАН ЛЕКЦИИ Классификация Моносахариды, строение Химические свойства моносахаридов Производные моносахаридов, строение

Биологические функции углеводов 1. Энергетическая. Углеводы – главный вид клеточного топлива. При сгорании 1 моль глюкозы выделяется 3060 Дж энергии, которая расходуется в эндотермических биологических процессах и частично аккумулируется в АТФ.

Биологические функции углеводов 2. Пластическая.

Биологические функции углеводов 3. Синтетическая. Углеводы участвуют в синтезе нуклеиновых кислот, входят в состав коферментов, гликолипидов, гликопротеинов.

Биологические функции углеводов 4. Защитная. Углеводы участвуют в поддержании иммунитета организма. Например, тиреотропный гормон, контролирующий функцию и развитие щитовидной железы, является гликопротеином.

Биологические функции углеводов 5. Специфическая. Отдельные углеводы участвуют в проведении нервных импульсов, образовании антител, обеспечении специфичности группы крови.

Биологические функции углеводов 6. Регуляторная. Растительная пища содержит полисахарид - целлюлозу, которая улучшает работу кишечника и повышает секрецию в желудке.

Биологические функции углеводов Для оптимального обеспечения организма человека углеводами в среднем необходимо 450 г. в сутки.

Биологические функции углеводов

Находит применение бактериальная целлюлоза. Находит применение бактериальная целлюлоза.

Образование углеводов

2. Углеводы образуются в результате гидролиза дисахаридов, олигосахаридов и полисахаридов в присутствии кислот или ферментов.

Моносахариды

Классификация углеводов По способности к гидролизу углеводы делятся на 2 класса: 1. Простые (греч. mono – один) – не подвергаются гидролизу; 2. сложные - гидролизуются с образованием простых углеводов.

Классификация углеводов

Классификация углеводов Олигосахариды содержат от 2 до 10 остатков моносахаридов, а полисахариды – несколько десятков тысяч. И те, и другие являются продуктами поликонденсации моносахаридов. Полисахариды подразделяются на: - гомополисахариды - однородные по составу сложные углеводы; - гетерополисахариды - сложные углеводы, включающие остатки разных моносахаридов.

Моносахариды Моносахариды относятся к полигидроксикарбонильным 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.

Номенклатура Номенклатура

Структурная изомерия Структурная изомерия Альдозы изомерны кетозам: глюкоза является изомером фруктозы.

Стереоизомерия Молекулы моносахаридов имеют несколько центров хиральности (от греч. сhiro – рука).

Энантиомерия

Энантиомерия В зависимости от конфигурации хирального центра различают D- и L- конфигурации (формы). В D-форме гидроксильная (-ОН) функциональная группа хирального центра располагается справа от углеродной цепи; В L-форме – функциональная гидроксильная (-ОН) группа хирального центра располагается слева от углеродной цепи.

Конфигурационный стандарт - глицеральдегид

Энантиомерия Энантиомерия Принадлежность к D- или L-ряду у моносахаридов определяется по нижнему крайнему хиральному центру.

Энантиомерия Энантиомерам D-ряда углеводов соответствует энантиомер L-ряда с противоположной конфигурацией всех центров хиральности. Большинство природных моносахаридов принадлежат D-ряду.

Энантиомерия

Энантиомерия Энантиомеры обладают одинаковыми физическими и химическими свойствами, но являются оптическими антиподами и имеют различную физиологическую активность.

Диастереомерия Диастереомерия

Альдогексозы

Альдогексозы

Альдогексозы

Альдогексозы

Альдогексозы

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.

Кетогексозы D-фруктоза. Содержится в мёде, фруктах, входит в состав сахарозы, в организме легко изомеризуется в глюкозу.

«Открытие меда» - Пье́ро ди Ко́зимо (1462). (Вустерский «Музей искусств»)

Циклические формы моносахаридов Образование 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.

Циклические формы моносахаридов

Моносахариды Нумерацию цепи в формулах Хеуорса ведут от крайнего правого положения по часовой стрелке. Последнее звено -СН2ОН выносят над плоскостью цикла, что является дополнительным D-признаком по Хеуорсу. Если полуацетальный гидроксил расположен под плоскостью цикла, то имеем -аномер. Если полуацетальный гидроксил расположен над плоскостью цикла - -аномер.

Моносахариды В растворе моносахариды присутствуют в открытых и циклических формах, способных свободно переходить друг в друга. Такой вид изомерии называется цикло-оксо-таутомерией (кольчато-цепной таутомерией). Изомеры, взаимно переходящие друг в друга и находящиеся в состоянии динамического равновесия, называются таутомерами.

Фуранозные формы D-рибозы

Пиранозные формы D-маннозы

Фуранозные формы D-фруктозы

Таутомерия Таутомерия Кольчато-цепная таутомерия сопровождается закономерным явлением – мутаротацией. Мутаротация (от лат. mutare – изменять, rotatio – вращение) в данном случае - это изменение вращения плоскости поляризации света свежеприготовленными растворами разных аномеров. Например, a-D-глюкопираноза имеет удельное вращение [a] = +112o, а b-D-глюкопираноза имеет [a] = +19o. При стоянии свежеприготовленных растворов каждого из аномеров удельное вращение изменяется и достигает значения +52,5o, соответствующего равновесию.

Конформации молекул моносахаридов

Конформации молекул моносахаридов Конформации молекул моносахаридов

Физические свойства Моносахариды представляют собой бесцветные кристаллические вещества очень хорошо растворимые в воде. Моносахариды трудно растворяются в спирте, очень плохо в гидрофобных растворителях. Концентрированные растворы сахаров в воде называются сиропами.

Белок тауматин (E957) из тропического растения Thaumacoccus daniellii слаще сахарозы в 750-1000 раз, а его комплекс с ионами алюминия – талин – уже в 35000 раз. Белок тауматин (E957) из тропического растения Thaumacoccus daniellii слаще сахарозы в 750-1000 раз, а его комплекс с ионами алюминия – талин – уже в 35000 раз.

Белок миракулин из Synsepalum dulcificum имеет уникальное свойство воздействовать на вкусовые рецепторы, отключая на время восприятие кислого и горького вкусов, при этом все остальные вкусовые ощущения остаются. Белок миракулин из Synsepalum dulcificum имеет уникальное свойство воздействовать на вкусовые рецепторы, отключая на время восприятие кислого и горького вкусов, при этом все остальные вкусовые ощущения остаются.

Производные моносахаридов

Аминосахара Аминосахара

Глюкозамин

Уроновые (сахарные) кислоты Представителем является D-глюкуроновая кислота, образующаяся окислением глюкозы в шестом углеродном звене.

Сиаловые кислоты

Моносахариды Нейраминовые и сиаловые кислоты в свободном состоянии содержатся в спиномозговой жидкости. Сиаловая кислота является компонентом специфических веществ крови, входит в состав ганглиозидов мозга и участвует в проведении нервных импульсов.

Химические свойства моносахаридов Исходя из функционального состава, моносахариды проявляют свойства многоатомных спиртов, карбонильных соединений, полуацеталей и специфические свойства.

2. Ацилирование: 2. Ацилирование:

Химические свойства

II. Свойства альдегидов, 1. Окисление моносахаридов II. Свойства альдегидов, 1. Окисление моносахаридов а) Гликоновые кислоты образуются при окислении альдегидной группы до карбоксильной:

б) Гликаровые кислоты образуются при жёстком окислении. При этом окисляется и альдегидная и первичная спиртовая группы: б) Гликаровые кислоты образуются при жёстком окислении. При этом окисляется и альдегидная и первичная спиртовая группы:

в) Гликуроновые (уроновые) кислоты образуются при окислении первичной спиртовой группы, не затрагивая альдегидную группу: в) Гликуроновые (уроновые) кислоты образуются при окислении первичной спиртовой группы, не затрагивая альдегидную группу:

Гликуроновые (уроновые) кислоты образуются при окислении первичной спиртовой группы, не затрагивая альдегидную группу: Гликуроновые (уроновые) кислоты образуются при окислении первичной спиртовой группы, не затрагивая альдегидную группу:

Химические свойства

Аскорбиновая кислота (а – отрицающая частица и scorbutus – цинга) (витамин С) - водорастворимый витамин. Аскорбиновая кислота (а – отрицающая частица и scorbutus – цинга) (витамин С) - водорастворимый витамин.

IV. Специфические свойства

Вопросы для самоконтроля