Презентация "Биополимеры и их структурные компоненты" по химии – проект, доклад

№ 14.

«жизнь – это особая форма существования биополимерных тел (систем), характеризующихся хиральной чистотой и способностью к самоорганизации и саморепликации в условиях постоянного обмена с окружающей средой веществом, энергией и информацией» (акад. В.Гольданский, 1986 г.),

Виталий Иосифович Гольданский

№ 14. Углеводы

«The Discovery of Honey» — Piero di Cosimo (1462). (Courtesy of the Worcester Art Museum)

Общая формула простых моносахаридов Cn(H2O)m гидратированные формы углерода, “углевод”. англ. Carbohydrate carbon (углерод) и (гидрат) – продукт присоединения воды

hydrate

Карл Эрнст Генрих Шмидт

автор русского слова «углеводы» (1844)

Российский химик немецко-балтийского происхождения, профессор Дерптского университета (ныне Тартуский университет), член-корреспондент Петербургской Академии наук

13.06.1822 года- 27.02.1894 года

Биологическая роль углеводов

Структурная функция Строительный материал клетки (целлюлоза, хитин, мурамин) Энергетическая кладовая организма (крахмал, гликоген) Регулятор биохимических процессов Транспорт в клетки биологически активных веществ Составные элементы жизненно важных веществ (нуклеиновые кислоты, коферменты, витамины)

Химический состав клетки

Жиры - 1- 5% Углеводы - 0,2-2,0% Нуклеиновые кислоты - 1-2% Низкомолекулярные органические вещества – 0,1-0,5%

Белки - 10-20%

В растениях реакция фотосинтеза, осуществляется за счет солнечной энергии с участием зелёного пигмента растений - хлорофилла.

6СО2 + 6Н2О  С6Н12О6 + 6О2

Получение углеводов

Солнечная энергия

14.02.2019 Elysia chlorotica

Sea slug species Elysia chlorotica feeding on Vaucheria litorea, a yellow-green algae.

Вид небольших морских слизней, относящийся к морским брюхоногим моллюскам.

Животные и человек не способны синтезировать углеводы и получают их с различными продуктами растительного происхождения

Классификация углеводов

Моносахариды (простые сахара, например, глюкоза) Олигосахариды (углеводы, содержащие 2-10 остатков моносахаридов, например сахароза). Полисахариды (углеводы, содержащие более 10 остатков моносахаридов, но обычно – тысячи и миллионы).

Моносахариды (монозы) простейшие углеводы, не гидролизующиеся на более простые углеводы (греч. mono – один)

Альдозы n=1–8 Кетозы n=1–7

Классификация моносахаридов a) по числу атомов углерода в молекуле Триозы, тетрозы, пентозы, гексозы, гептозы, октозы, нонозы, декозы. б) по функциональной группе Альдозы – содержат альдегидную группу Кетозы – содержат кетонную группу. совмещённая классификация : альдопентоза – альдоза и пентоза (рибоза) кетогексоза – кетоза и гексоза (фруктоза)

Стереоизомерия моносахаридов.

23=8 24=16

Наиболее важные пентозы

Альдопентозы Кетопентозы

Наиболее важные гексозы

Эпимеры

Эпимерами называются диастереомеры моносахаридов, различающиеся конфигурацией только одного асимметрического атома углерода, исключая последний. Эпимером D-глюкозы по С4 является D-галактоза, а по С2  D манноза.

Относительная конфигурация.

конфигурационный стандарт

Семейство D-адьдоз

Энантиомеры

Буквенные обозначения моноз

Экспериментальные факты, которые невозможно объяснить, исходя из формул Фишера

Количество изомеров у моносахаридов оказалось вдвое больше, чем следует из формул Фишера. В растворах моносахаридов наблюдается явление мутаротации. Моносахариды не проявляют некоторые типичные альдегидные реакции. Один из гидроксилов проявляет специфические свойства.

Циклические формы

А.А. Колли (1870) Б. Толленс (1883)

Гликозидный -ОН AN

диастереомеры

Уолтер Хеуорс (1927 г)

Sir Walter Norman Haworth

Уолтер Нормен Хеуорс

1883 - 1950 английский химик-органик и биохимик

Лауреат Нобелевской премии по химии 1937

МОНОСАХАРИДЫ. Циклические формы

Конформации молекул моносахаридов

-Аномер -Аномер

Изменение во времени угла оптического вращения свежеприготовленных растворов моносахаридов, за счет установления равновесия, называют мутаротацией. Кольчато-цепной (цикло-оксо-) таутомерией называют динамическое равновесие между циклической и открытой формами моносахаридов в растворе.

α-D-глюкопираноза +112°



-D-глюкопираноза +19°

равновесие +52,5°

Мутаротация

Конформации

Свойства отдельных моносахаридов и их производных

Глюко́за («виноградный сахар», декстроза)

глюконеогенез Гала́ктоземи́я

Левулеза, плодовый сахар

токсическое действие на центральную нервную систему, печень и хрусталик глаза

Производные моносахаридов . НЕКЛАССИЧЕСКИЕ САХАРА Дезоксисахара

рибоза 2-дезокси-D-рибоза

2-дезокси- -рибофураноза -D 2 β

Дидезоксисахара D-дигитоксоза

Сердечные гликозиды — группа лекарственных средств растительного происхождения, оказывающих в терапевтических дозах кардиотоническое и антиаритмическое действие.

Наперстянка пурпурная

Сердечный гликозид

Аминосахара

D-глюкозамин (2-амино-2-дезокси-D-глюкопираноза)

D-галактозамин (2-амино-2-дезокси-D-галактопираноза)

Источник витамина С: лимон, капуста, сладкий перец, другие фрукты и овощи. У большинства животных может синтезироваться в организме. Суточная потребность - 25-75 мг.

Применяется для лечения цинги, геморрагических диатезов, кровотечениях, ряда инфекционных и иммунных заболеваний, для нормализации липидного обмена при атеросклерозе, при усиленном физическом и умственном напряжении, простуде.

водорастворимый витамин. Отсутствие аскорбиновой кислоты в пище человека понижает сопротивляемость к заболеваниям, вызывает цингу, заболевание, ранее уносившее десятки тысяч жизней. Слово “аскорбиновая” происходит от а – отрицающая частица и scorbutus – цинга. То есть аскорбиновая кислота означает “противоцинготная” кислота

Витамин С.

-лактон 2-оксо-L-гулоновой кислоты

Физические свойства Концентрированные растворы сахаров в воде называются сиропами.

Сладкий вкус

Сахарин (E954) , 500 раз

имид 2-сульфобензойной кислоты

сахарин негативно влияет на усвоение биотина сам по себе даёт не очень приятный металлический привкус. производные используются в качестве фунгицидов, гербицидов и антибактериальных препаратов. его кальциевые и цинковые соли входят в состав композиций, использующихся для изготовления тонеров лазерных принтеров и копировальных аппаратов.

подсластитель

Этоксифенилмочевина (дульцин), 200 раз Цикаламаты (циклогексилсульфаматы) (E952)30-50р. ( запрещ.в США) Ацесульфам (E950) , 200 раз Аспартам (метиловый эфир L-аспартил-L-фенилаланина, E951), 200 раз Метилфенхиловый эфир L-аспартиламиномалоновой кислоты, 33000 раз Сукроновая кислота, 200000 раз.

белок монеллин из тропического растения Dioscoreophyllum cumminsii в 3000 раз слаще сахарозы

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

Гликопротеид миракулин из Synsepalum dulcificum не обладает сладким вкусом, но способен изменять вкус кислых продуктов на сладкий

лимоны-сладкие-как-конфеты

Название миракулин происходит от англ. miracle — чудо. Вещество было названо в честь магического фрукта японским профессором Кэндзо Курихирой , который выделил его в 1968 году.

РЕАКЦИИ НЕЦИКЛИЧЕСКИХ ФОРМ МОНОСАХАРИДОВ. I. РЕАКЦИИ >C=O. 1.Окисление. Окисление в щелочной среде.

I

Слабые окислители

реактив Толленса – аммиачный раствор окиси серебра [Ag(NH3)2]OH;

“Реакция серебряного зеркала".

2) реактив Фелинга –смесь Cu(OH)2 с калий-натрий-тартратом (калийно-натриевой солью винной кислоты)

Эпимеризация моноз - "перегруппировка Лобри-де-Брюина  Ван-Экенштайна"

< 1%

Эпимеризация моноз

D -глюкоза D -манноза D -фруктоза

Мягкое окисление

( Гликоновая кислота )

раствор брома в воде (бромная вода).

Окисление (сильное) в кислой среде.

альдаровые кислоты

МОНОСАХАРИДЫ. Химические свойства. Окисление

Гликуроновые (уроновые) кислоты

глюкуроновая галактуроновая маннуроновая кислота кислота кислота

Окисление конц. азотной кислотой

Уроновые кислоты выполняют важную биологическую функцию – вывод из организма ксенобиотиков и токсичных веществ. Ксенобиотики (от греч. eno — чужой и bio — жизнь), чужеродные для организмов соединения (промышленные загрязнения, пестициды, препараты бытовой химии, лекарственные средства и т. п.).

О-глюкурониды

Биосинтетический процесс конъюгации

N-глюкурониды

2.Восстановление моносахаридов. Альдиты

(64 % от калорийности сахарозы), причём сладость меньше также на 40 %.

заменитель сахара

обладает желчегонным эффектом

от кашля

Ксилоза → ксилит (E967), xylitol Манноза → маннит, mannitol Глюкоза → глюцит (сорбит) E420

Обладает желчегонным и послабляющим действием при употреблении около 50 г в сутки.

подсластитель, влагоудерживающий агент, стабилизатор и эмульгатор.

количество 10 г и более сорбита может вызвать желудочно-кишечную недостаточность.

МОНОСАХАРИДЫ. Химические свойства. Восстановление кетоз.

3. Реакция удлинения цепи ( циангидринный синтез, синтез Килиани-Фишера)

γ

4.Образование фенилозазонов при действии на монозы 3-х количества фенилгидразина:

3 фенилозазон альдоза

1. Эта реакция используется для доказательства того, что исследуемые монозы отличаются только конфигурацией атома С2

2. Переход от альдоз к кетозам

кетоза

II. ИЗМЕНЕНИЕ УГЛЕРОДНОГО СКЕЛЕТА. 1.УДЛИНЕНИЕ ЦЕПИ (синтез Килиани-Фишера ). 2.Укорочение цепи моноз (синтез Воля)

Для укорочения цепи используют оксим монозы, получаемый при обработке альдоз гидроксиламином NH2OH.

Укорочение цепи моноз (синтез Воля)

+

РЕАКЦИИ ЦИКЛИЧЕСКИХ ФОРМ МОНОСАХАРИДОВ. III. РЕАКЦИИ ГЛИКОЗИДНОГО ГИДРОКСИЛА.

Алкилирование моноз

Ацетали, гликозиды

IV. РЕАКЦИИ СПИРТОВЫХ ОН-ГРУПП. 1. Простые эфиры

"исчерпывающе метилированные монозы"

2. Сложные эфиры. Ацилирование моноз

Сложные эфиры

Участие фосфатов моносахаридов в биохимических процессах

Радикал, замещающий атом водорода в гликозидном гидроксиле, называется агликоном. Помимо О-гликозидов, существуют также N-гликозиды и С-гликозиды:

. Большое количество О-гликозидов с агликонами, принадлежащими к различным классам органических соединений, встречается в растениях

Лигнин

горький вкус и специфический аромат миндаля

Наиболее распространёнными в природе N-гликозидами являются компоненты нуклеиновых кислот  нуклеозиды.

нуклеозиды

С-Гликозиды, в которых агликонами служат остатки аденина, а также остатки гетероциклических оснований, не встречающихся в составе ДНК и РНК, являются антибиотиками.

С-гликозиды

входит в состав некоторых РНК.

Антибиотики – природные вещества микробного (позднее – растительного и животного) происхождения и продукты их химической модификации, способные в низких концентрациях (10–3–10–2 мкг/мл) подавлять развитие бактерий, низших грибов, простейших, вирусов или клеток злокачественных опухолей.

Спасибо за Ваше внимание!