Биоорг химия вопр и отв часть 2

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

ТАМБОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
ИМ. Г.Р. ДЕРЖАВИНА




Романцова С.В., Панасенко А.И.,
Розенблюм Л.В.


биоОРГАНИЧЕСКая ХИМИя

В ВОПРОСАХ И ОТВЕТАХ

В двух частях

Часть 2



Допущено Редакционно-издательским
советом ТГУ им. Г.Р. Державина в качестве
учебно-методического пособия для студентов,
обучающихся по специальности
060101 – «Лечебное дело»





Тамбов 2013
УДК 577.1
ББК 24.2 я73
Р






Рецензенты:

доктор медицинских наук, профессор Османов Э.М.;

кандидат химических наук, доцент Князева Л.Г.





Р
Романцова С.В.,
Биоорганическая химия в вопросах и ответах. Часть 2. Учеб.-метод. пособие для студентов мед. спец. ун-тов / С.В. Романцова, А.И. Панасенко, Л.В. Розенблюм; М-во обр. и науки РФ, ГБОУ ВПО «Тамб. гос. ун-т им. Г.Р. Державина». Тамбов: Изд-во ТГУ им. Г.Р. Державина, 2013. с.



Настоящее учебно-методическое пособие написано в соответствии с программой курса «Общая и биоорганическая химия» для студентов специальности «Лечебное дело». В пособии приведены ответы на самые распространённые вопросы, возникающие у студентов в процессе освоения курса. Даны пояснения по особенностям строения, свойств и биологической активности биополимеров, их структурных компонентов, липидов и низкомолекулярных биорегуляторов.



УДК 577.1
ББК 24.2 я73


© ГОУВПО Тамбовский государственный университет
имени Г.Р. Державина, 2013


ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4

1. Углеводы: моно-, ди- и полисахариды . . . . . . . . . . . . .
5

2. Нуклеотиды и нуклеиновые кислоты . . . . . . . . . . . . . .
18

3. Липиды и низкомолекулярные биорегуляторы . . . . . .
29

4. Витамины


5. Методы разделения и идентификации органических соединений


Литература . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
40



























Введение

Целью курса биоорганической химии, как учебной дисциплины, является формирование системных знаний о взаимосвязи строения и химических свойств биологически важных классов органических соединений, биополимеров и их структурных компонентов в качестве основы для понимания сути жизненных процессов на современном молекулярном уровне.
В преподавании биоорганической химии большое внимание уделяется самостоятельной работе студентов. В данном пособии приводятся подробные ответы на самые распространённые вопросы, возникающие у студентов в процессе освоения второй части курса, обсуждаются вопросы химической идентификации биологически важных органических соединений. Используя данные пояснения, студенты в ходе самоподготовки учатся общему подходу и логике рассуждения, что облегчает выполнение контрольных и тестовых заданий.



















1. углеводы: моно-, ди- и полисахариды

Вопрос 1. Какие соединения называются углеводами?
Ответ. Углеводы – класс природных органических веществ, являющихся гетерофункциональными соединениями, содержащими одновременно карбонильную и гидроксильные функциональные группы (т.е. это многоатомные альдегидо- или кето-спирты или продукты их конденсации). Термин «углеводы» воз-ник в середине XIX века в связи с тем, что в молекулах многих углеводов соотношение атомов водорода и кислорода такое же, как и в молекулах воды, т.е. на два атома водорода приходился один атом кислорода, и молекулу углевода можно представить как состоящую из углерода (угля) и воды. Например, для глюкозы (С6Н12О6) формула может иметь вид С6(Н2О)6, формулу сахарозы (С12Н22О11) можно записать как С12(Н2О)11, а в общем виде – Сn(Н2О)m. Позже стали известны природные углеводы, которые не отвечают приведённой общей формуле (Сn(Н2О)m), тем не менее, термин «углеводы» используется и в настоящее время, наряду с термином «сахариды» или просто «сахара».

Вопрос 2. Какие функции выполняют углеводы?
Ответ. Углеводы образуются в растениях в результате фотосинтеза из углекислого газа и воды. Животные организмы не способны синтезировать углеводы, и получают их с растительной пищей. Таким образом, углеводы входят в состав всех живых организмов и являются одними из самых распространённых органических веществ на Земле. Функции углеводов:
– [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ]труктурная и опорная функции ([ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ] является основным структурным компонентом [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ] [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ], хитин выполняет аналогичную функцию у [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ], а также обеспечивает жёсткость [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ] [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ]);
– защитная роль (у некоторых растений есть защитные образования: шипы, колючки и др., состоящие из клеточных стенок мёртвых клеток;
– [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ] (при окислении 1 [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ] углеводов выделяются 4,1 ккал энергии);
– [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ] (входят в состав сложных молекул, например, [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ] и [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ] участвуют в построении [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ], [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ] и [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ]);
– запасающая функция (углеводы выступают в качестве запасных питательных веществ: [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ] у животных, [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ] и [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ] – у растений);
– [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ] (участвуют в регуляции осмотического давления в организме, в т.ч. в крови);
– [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ] (входят в состав воспринимающей части многих [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ]).
Многие углеводы и их производные находят применение в фармации и медицине. Углеводы служат исходными веществами для промышленного производства бумаги, искусственных волокон, взрывчатых веществ, этилового спирта и т.д.

Вопрос 3. Как классифицируются углеводы?
Ответ. Углеводы подразделяются на два класса: простые и сложные. Простые углеводы (моносахариды, монозы) не гидролизуются с образованием более простых углеводов. Примерами простых углеводов могут служить: глюкоза (С6Н12О6), рибоза (С5Н10О5), фруктоза (С6Н12О6).









Простые углеводы, содержащие кетогруппу, называются кетозами, альдегидную группу – альдозами. В зависимости от числа атомов углерода монозы делят на триозы (три атома углерода), тетрозы (четыре атома), пентозы (пять атомов), гексозы (шесть атомов) и гептозы (семь атомов).
Например, глюкоза содержит в молекуле альдегидную группу и шесть атомов углерода, её называют альдогексозой; фруктоза содержит карбонильную группу (является многоатомным кетоспиртом) и шесть атомов углерода, её называют кетогексозой. Рибоза является альдопентозой. Природные монозы, как правило, содержат неразветвлённые цепи атомов углерода.
Сложные углеводы способны гидролизоваться с образованием молекул простых углеводов. Если при гидролизе сложного углевода образуется от 2 до 10 молекул простых углеводов, то такой сложный углевод называется олигосахаридом. Если при гидролизе олигосахарида образуется две молекулы простых углеводов, то его называют дисахаридом, три – трисахаридом и т.д. Самыми распространёнными дисахаридами являются сахароза (при гидролизе образуются фруктоза и глюкоза), мальтоза и целлобиоза (при их гидролизе образуются две молекулы глюкозы), лактоза (при гидролизе образуются галактоза и глюкоза).
Углеводы, гидролизующиеся с образованием большого количества (до нескольких тысяч) молекул простых углеводов, называются полисахаридами. Полисахариды являются высокомолекулярными соединениями. К ним относятся, например, крахмал и целлюлоза (клетчатка). Сложные углеводы можно рассматривать, как продукты поликонденсации моносахаридов.
Если полисахариды построены из остатков одного моносахарида, то их называют гомополисахаридами; если из остатков разных моносахаридов, то – гетерополисахаридами.
Среди гомополисахаридов наиболее биологически важными являются крахмал, гликоген, целлюлоза, среди гетерополисахаридов – альгиновые кислоты, агар (содержащиеся в водорослях); полисахариды соединительной ткани (хондроитинсульфаты, гиалуроновая кислота, гепарин).
Молекулы углеводов входят в состав смешанных биополимеров, например углевод-белковых биополимеров (гликопротеины, протеогликаны) или углевод-липидных (гликолипиды).

Вопрос 4. Являются ли моносахариды оптически активными соединениями? Как изобразить энантиомеры моносахаридов?
Ответ. Молекулы моносахаридов (кроме диоксиацетона) содержат центры хиральности (асимметрические атомы углерода), что является причиной существования стереоизомеров. Например, в альдогексозе имеются четыре асимметрических атома углерода и ей соответствуют 16 стереоизомеров (24 = 16), образующих 8 пар. В альдопентозе три асимметрических атома углерода и ей соответствуют 8 стереоизомеров (23 = 8), образующих 4 пары.
Члены одной пары являются антиподами или энантиомерами (их молекулы относятся друг к другу как предмет к своему зеркальному изображению). Энантиомеры имеют одно и то же название, но один из них относится к D-ряду, а другой – к L-ряду. Энантиомеры можно изобразить в виде незамкнутых проекционных формул Фишера, например:








В формулах Фишера углеродная цепь записывается вертикально и нумеруется с того конца, к которому ближе альдегидная или кетогруппа, т.е. с верхнего углеродного атома. Асимметричные углеродные атомы символом «С» не обозначаются, подразумевается, что они находятся на пересечении вертикальных и горизонтальных линий.
Молекула кетопентозы содержит 2 асимметрических атома углерода (третий и четвёртый) и образует 2 пары энантиомеров:





Принадлежность изомера к D- или L-ряду определяется сравнением конфигурации наиболее удалённого от карбонильной группы асимметрического атома углерода с конфигурацией изомеров глицеринового альдегида, который принят в качестве стандарта. Глицериновый альдегид содержит в молекуле один асимметрический атом углерода и имеет два энантиомера:





Рассмотрим в качестве примера изомеры фруктозы:







В обеих формулах содержится по три асимметрических (хиральных) атома углерода. Это атомы 3, 4 и 5. Наиболее удалены от кетогруппы (С=О) хиральные атомы под номером 5. В формуле (1) конфигурация пятого атома углерода соответствует конфигурации хирального атома в молекуле D-глицеринового альдегида (ОН группа расположена справа, атом водорода – слева). Таким образом, первый изомер относится к D-ряду, это D-фруктоза. Конфигурация пятого атома углерода в формуле (2) соответствует конфигурации L-глицеринового альдегида, т.е. это L-фруктоза. Подавляющее большинство природных моносахаридов принадлежит к D-ряду.

Вопрос 5. Встречаются ли моносахариды в природе в свободном виде?
Ответ. Самым распространённым природным моносахаридом является D-глюкоза – виноградный сахар или декстроза от лат. dextrus – правый, т.к. обычная природная D-глюкоза имеет удельное вращение + 52,5о, т.е. вращает плоскость поляризации плоскополяризованного света на 52,5о вправо.
В свободном виде содержится в крови, являясь основным энергетическим субстратом для мозга. Постоянный уровень глюкозы поддерживается с помощью гормона инсулина, уменьшающего концентрацию глюкозы в крови, а также глюкагона, адреналина и других гормонов, увеличивающих её концентрацию. При сахарном диабете инсулин вырабатывается поджелудочной железой в недостаточном количестве, что приводит к увеличению её концентрация в крови.
Интересно, что L-глюкоза, являясь энантиомером обычной природной D-глюкозы, также является сладкой, но не усваивается организмом, поэтому она может быть использована как заменитель сахара.
В свободном виде глюкоза содержится также в зелёных частях растений, в различных фруктах и мёде. Входит в состав крахмала, гликогена, целлюлозы, гемицеллюлоз, декстранов, сахарозы, мальтозы и многих гликозидов.
D-фруктоза – плодовый сахар или левулёза от лат. laevus – левый, т.к. водные растворы D-фруктозы имеют удельное вращение - 92,4o.
Фруктоза содержится в зелёных частях растений, в нектаре цветов, в плодах, в мёде. Входит в состав сахарозы, а также многих полисахаридов.
D-галактоза. В свободном кристаллическом виде выделяется на плодах плюща. Встречается в качестве составной части некоторых дисахаридов (лактоза) и полисахаридов (хондроитин, агар-агар, гемицеллюлозы)

Вопрос 6. Как написать формулу L-изомера галактозы, если известна формула D-изомера?
Ответ. Для того, чтобы написать формулу энантиомера, необходимо изобразить в зеркальном отражении заместители у всех асимметрических атомов углерода. Запишем формулу D-галактозы, выбрав из схемы, приведённой ниже и поменяем расположение заместителей (–Н и –ОН) у 2, 3, 4 и 5 атомов углерода:
























В результате получаем формулу энантиомера D-галактозы:








Название энантиомера: L-галактоза.

Вопрос 7. В чём состоит различие между диастеромерами, эпимерами и энантиомерами?
Ответ. Стереоизомеры углеводов, отличающиеся конфигурацией одного или нескольких асимметрических атомов углерода, называются диастереомерами, например: D-аллоза и D-манноза; D-фруктоза и L-тагатоза и т.д.
Эпимеры и энантиомеры – частные случаи диастереомеров.
Диастереомеры, относящиеся друг к другу как предмет к своему зеркальному изображению, называются энантиомерами. Энантиомеры имеют одинаковые физические и химические свойства, отличаются эти изомеры только направлением вращения плоскости поляризации плоскополяризованного света. Различается также биологическая активность энантиомеров.
Если диастереомеры различаются конфигурацией только одного асимметрического атома углерода, то их называют эпимерами. Если различается конфигурация второго атома углерода, то такие диастереомеры называют просто эпимерами; если других атомов углерода, то к названию добавляется номер этого атома.
Например, D-рибоза и D-арабиноза отличаются конфигурацией только второго атома углерода и являются эпимерами.
D-аллоза и D-глюкоза отличаются конфигурацией только третьего атома углерода и являются 3-эпимерами, а D-аллоза и D-гулоза – 4-эпимерами.
Эпимеры имеют различные физические и оптические свойства, а также биологическую активность.

Вопрос 8. Как определить, являются ли диастереомерами D-аллоза и L-идоза?
Ответ. Для этого надо написать формулы этих альдоз. Формула D-аллозы приведена на схеме (см. вопрос 6). L-идоза являются энантомером D-идозы, т.е. их молекулы относятся друг к другу как предмет и его зеркальное изображение и, зная формулу D-идозы легко записать формулу L-идозы (см. вопрос 6):
Диастереомеры, по определению, должны отличаться конфигурацией одного или нескольких асимметрических атомов углерода. Из рассмотрения формул D-аллозы и L-идозы следует, что конфигурации второго и четвёртого атомов углерода у них одинаковы (и в молекуле D-аллозы и в молекуле L-идозы ОН группы у этих атомов расположены справа, а атомы водорода – слева).







Конфигурации третьего и пятого атомов углерода отличаются (в молекуле D-аллозы ОН группы находятся справа от углеродной цепи, а в молекуле L-идозы – слева). Таким образом, D-аллоза и L-идоза отличаются конфигурацией двух асимметрических атомов углерода: третьего и пятого, и, следовательно, являются диастереомерами.

Вопрос 9. Как определить, являются ли эпимерами D-глюкоза и D -манноза?
Ответ. Для этого надо написать формулы этих альдоз. Формула приведены на схеме (см. вопрос 6).







Эпимеры являются частным случаем диастереомеров и, по определению, должны отличаться конфигурацией только одного асимметрического атома углерода. Из рассмотрения формул D-глюкозы и D-маннозы следует, что у третьего атома углерода в обеих молекулах атом водорода расположен справа, а гидроксильная группа – слева; у четвёртого и пятого атомов углерода в обеих молекулах атом водорода расположен слева, а гидроксильная группа – справа; т.е. конфигурации третьего, четвёртого и пятого асимметрических атомов углерода у D-глюкозы и D-маннозы одинаковы.
Конфигурация второго атома углерода отличается (в молекуле D-глюкозы ОН группа находится справа от углеродной цепи, а в молекуле D-маннозы – слева). Таким образом, D-глюкоза и D-манноза отличаются конфигурацией только одного (второго) асимметрического атома углерода и, следовательно, являются эпимерами.

Вопрос 10. Как образуются циклические формы моносахаридов?
Ответ. Циклические формы моносахаридов образуются в результате внутримолекулярного взаимодействия между карбоксильной и гидроксильной группами. Эти формы термодинамически более устойчивы, чем открытые формы молекул углеводов. Обычно возникают пятичленные (фуранозные) и шестичленные (пиранозные) циклы. В пространстве оказываются сближенными альдегидные (или кетонные) группы и гидроксильная группа при четвёртом или пятом (для альдоз) и пятом и шестом (для кетоз) атоме углерода. За счёт их взаимодействия и происходит замыкание циклов в молекулах моносахаридов.
Шестичленный пиранозный цикл образуется при взаимодействии альдегидной группы с пятым атомом альдопентоз или альдогексоз; а также при взаимодействии кетогруппы с шестым атомом кетогексоз.









Пятичленный фуранозный цикл образуется при взаимодействии альдегидной группы с четвёртым атомом альдотетроз, альдопентоз и альдогексоз; а также при взаимодействии кетогруппы с пятым атомом кетопентоз и кетогексоз.









В результате образования цикла в молекуле альдогексозы у первого атома углерода вместо альдегидной группы появляется гидроксильная группа (у кетогексоз у второго атома углерода). Эта гидроксильная группа получила название гликозидной (полуацетальной) гидроксильной группы (гликозидный гидроксил). В названиях циклических форм к обозначению углевода добавляется окончание «пираноза» для шестичленного цикла или «фураноза» для пятичленного цикла.
В циклической молекуле моносахарида увеличивается число асимметрических атомов углерода, т.к. асимметрическим становится атом углерода, который ранее входил в состав альдегидной или кетонной группы. В случае галактозы это первый, а в случае фруктозы – второй атом углерода. Этот атом получил название аномерного углерода. Появление дополнительного асимметрического атома приводит к увеличению числа оптических изомеров, соответствующих циклической форме, в два раза по сравнению с открытой формой. Так, для альдогексозы это уже не 16, а 32 изомера. Каждому изомеру открытой формы отвечают два изомера циклической формы (аномеры).
У
·-аномера конфигурация аномерного центра одинакова с конфигурацией асимметрического атома углерода, определяющего принадлежность к D- или L-ряду, а у
·-аномера она противоположна. В проекционных формулах Фишера у моносахаридов D-ряда в
·-аномере гликозидная гидроксильная группа находится справа, а в
·-аномере – слева от углеродной цепи; для L-изомеров наоборот, в
·-аномере гликозидная гидроксильная группа находится слева, а в
·-аномере – справа от углеродной цепи. Аномеры являются диастереомерами и отличаются по своим свойствам (например, по температурам плавления). Аномеры можно рассматривать как частный случай эпимеров.

Вопрос 11. Как изображаются циклические формы моносахаридов в виде перспективных формул Хеуорса?
Ответ. В системе Хеуорса циклы изображают в виде плоских пяти- или шестиугльников, расположенных перпендикулярно плоскости рисунка, поэтому линии, соответствующие передней части кольца выделяют более жирным шрифтом. Атом кислорода располагается в пиранозном цикле в дальнем правом углу, в фуранозном – также в дальнем правом углу или в середине задней части кольца. Гидроксильные группы и атомы водорода располагают перпендикулярно плоскости цикла. Символы атомов углерода в циклах обычно не пишутся.







Чтобы написать формулу Хеуорса вначале изображают формулу Фишера и поворачивают её на 90о вправо (по часовой стрелке:







Поворачивают на 90о атом углерода, связанный с гидроксильной группой, вступающей в реакцию циклизации. При построении маннофуранозы это будет четвёртый атом углерода, при построении маннопиранозы – пятый. В результате поворота группа –ОН должна расположиться в одну линию с основной углеродной цепью. Поэтому для D-изомера группа –СН2ОН окажется вверху, а для L-изомера – внизу:














Далее замыкают цепь и получают проекцию Фишера:













В названии циклической формы указывается: тип аномера (( или (), затем принадлежность к стереохимическому ряду: D- или L-; затем название моносахарида, производным которого является данная циклическая форма, без окончания «–за», то есть оставляем глюко-, манно-, фрукто- и т.д., в заключение указывается тип циклической формы (пираноза или фураноза).
У альдогексоз D-ряда в пиранозной форме (и у альдопентоз и кетогексоз D-ряда в фуранозной форме) группа СН2ОН всегда располагается над плоскостью цикла, что служит формальным признаком D-ряда. Для L-ряда эта группа располагается под плоскостью цикла. Гликозидная группа –ОН у (-аномеров альдоз D-ряда оказывается под плоскостью, а у (-аномеров – над плоскостью цикла. Для соединений L-ряда гликозидный гидроксил у (-аномеров L-ряда оказывается над плоскостью, а у (-аномеров – под плоскостью цикла.
Следуя приведённым выше правилам, можно написать формулы Хеуорса для фуранозных и пиранозных форм кетоз, например для фруктозы:
































Вопрос 12. В каких формах (открытых или циклических) преимущественно находятся моносахариды в твёрдом состоянии и в растворе?
Ответ. В твёрдом состоянии моносахариды находятся в циклической форме (преимущественно пиранозной). В растворах устанавливается равновесие между открытой формой и двумя парами циклических аномеров (цикло-оксо-таутомерное равновесие или цикло-цепная таутомерия). Различные формы молекул, находящихся в состоянии такого равновесия называются таутомерами. В смесях таутомеров преобладают пиранозные формы. Открытые формы и фуранозные циклы содержатся в малых количествах. Преобладание (- или (-аномера зависит от природы монозы, растворителя, концентрации и других внешних условий.
Таутомерные формы углеводов могут переходить друг в друга, что приводит к пополнению количества той или иной формы по мере её расходования в каком-либо процессе. Равновесие между всеми формами является, таким образом, динамическим. Так, если какой-либо аномер глюкозы растворить в воде, он постепенно превращается в другой аномер, пока не образуется равновесная смесь двух аномеров, в которой также содержится очень небольшое количество открытой формы. Этот переход сопровождается изменением оптического вращения раствора, т.к. для каждого таутомера характерен свой угол вращения плоскости поляризации плоскополяризованного света. Такое явление называют мутаротацией моносахаридов.

















Вопрос 13. Напишите (-фуранозную и (-пиранозную формы L-арабинозы. Изобразите их аномеры в виде проекций Фишера.
Ответ. За исходное соединение необходимо взять D-арабинозу. Записываем её формулу и строим формулу её энантиомера (см. вопрос 6).
L-арабиноза – альдопентоза. Её фуранозная форма образуется за счет взаимодействия альдегидной группы с гидроксилом четвертого углеродного атома; а пиранозная форма – за счет взаимодействия альдегидной группы с гидроксилом пятого атома углерода. При циклизации водород гидроксильной группы (С5 или С4) присоединяется к кислороду альдегидной группы за счет разрыва (-связи С–О, образуя полуацетальный, или гликозидный, гидроксил (заключен в рамку). Кислород гидроксильной группы у атома С4 или С5 после отщепления от него водорода соединяется с углеродом альдегидной группы у атома С1. Возникает кислородный мостик, связывающий атомы С1–С4 и замыкающий пятичленный цикл, или С1–С5 и замыкающий шестичленный цикл.
О О НО Н Н ОН
С – Н 1С – Н C С
НО Н Н 2 ОН H ОН H ОН
Н ОН НО 3 Н HO Н HO Н
Н ОН НО 4 Н О Н О Н
СН2ОН 5СН2ОН СН2ОН СН2ОН
D-арабиноза L-арабиноза (-L-арабинофураноза (-L-арабинофураноза


О О НО Н Н ОН
С – Н 1С – Н C С
НО Н Н 2 ОН H ОН H ОН
Н ОН НО 3 Н HO Н HO Н
Н ОН НО 4 Н НО Н НО Н
СН2ОН 5СН2ОН О СН2 О СН2
D-арабиноза L-арабиноза (-L-арабинопираноза (-L-арабинопираноза

В полуацетальной форме первый атом углерода превратился в асимметрический. В результате этого при замыкании цикла из одной открытой альдегидной формы (оксоформы) получаются две циклические полуацетальные формы, отличающиеся одна от другой положением полуацетального гидроксила.
Циклическая форма, у которой полуацетальный гидроксил расположен по одну сторону (в циc-положении) с гидроксилом, определяющим конфигурацию (принадлежность к D- или L-ряду) монозы, называется (-формой. Циклическая форма, у которой полуацетальный гидроксил находится в транс-положении с гидроксилом, определяющим конфигурацию, называется (-формой. ( и (-Формы представляют собой диастереомеры, называющиеся аномерами.

Вопрос 14. Какие соединения получаются при восстановлении D-глюкозы и D-фруктозы?
Ответ. При восстановлении моносахаридов образуются многоатомные спирты (полиолы), называемые альдитами. Восстановление обычно проводят водородом в присутствии металлических катализаторов (палладий, никель) или боргидридом натрия. Водород присоединяется по месту разрыва двойной связи углерод – кислород карбонильной группы. При восстановлении альдоз получается лишь один продукт (полиол), например при восстановлении D-глюкозы образуется шестиатомный спирт D-глюцит (L-сорбит):







D-глюцит, как и D-глюкоза является оптически активным соединением, т.к. в его молекуле присутствует 4 асимметрических атома углерода (2, 3, 4, 5) и отсутствуют элементы симметрии.
Восстановление глюкозы в сорбит является первой стадией химического синтеза аскорбиновой кислоты. Сорбит окисляют микробиологически, используя микроорганизм Acetobacter suboxydans; образующуюся L-сорбозу в несколько стадий превращают в аскорбиновую кислоту.






При восстановлении кетоз получается смесь двух полиолов, т.к. атом углерода, входивший в состав кетогруппы, после восстановления становится асимметрическим и для него возможно двоякое расположение ОН группы и атома водорода в пространстве (как слева, так и справа от углеродной цепи). Например, для D-фруктозы имеем:








D-глюцит и D-маннит обладают оптической активностью.
Многоатомные спирты, получающиеся при восстановлении моносахаридов, - кристаллические вещества, хорошо растворимые в воде; обладают сладким вкусом и могут использоваться, как заменители сахара при сахарном диабете (ксилит, сорбит).

Вопрос 15. При восстановлении каких альдогексоз образуются оптически неактивные шестиатомные спирты?
Ответ. При восстановлении D-галактозы и D-аллозы получаются шестиатомные спирты дульцит и аллит соответственно. Молекулы этих спиртов имеют плоскость симметрии, проходящую между третьим и четвёртым атомати углерода, следовательно, эти полиолы оптической активностью не обладают.















Вопрос 16. Какие соединения могут получаться при окислении L-галактозы? Будут ли эти соединения оптически активны?
Ответ. Реакции окисления используются при биохимических анализах (например, анализ крови и мочи на сахар). Состав и строение продуктов окисления моносахаридов зависит от природы монозы и условий окисления (прежде всего от силы окислителя). Альдозы окисляются легче кетоз.
Под действием мягких окислителей (аммиачный раствор оксида серебра, гидроксид меди, бромная вода) альдозы превращаются в альдоновые кислоты (альдегидная группа окисляется до кислотной карбонильной группы).
А) реакция «серебряного зеркала» (реакция Толленса):








Внешний признак протекания реакции – образование на стенках пробирки слоя металлического серебра.

Б) реакция с гидроксидом меди (II):







Внешний признак протекания реакции – превращение голубого осадка гидроксида меди (II) в красный осадок оксида меди (I).
В) окисление бромной водой (внешний признак протекания реакции – обесцвечивание раствора брома):









С помощью сильного окислителя – разбавленной азотной кислоты – концевые группы альдоз (альдегидная и первичная спиртовая) одновременно окисляются в карбоксильные группы, образуя альдаровые (сахарные) кислоты, например:







Эта реакция может быть использована для обнаружения галактозы, т.к. слизевая кислота трудно растворяется в воде. Следует обратить внимание на тот факт, что, хотя в молекуле слизевой кислоты имеется четыре асимметрических атома углерода (2, 3, 4, 5), она не проявляет оптической активности, т.к. обладает плоскостью симметрии.
В организме при участии ферментов может окислиться первичная спиртовая группа, в то время, как альдегидная группа в результате остаётся не окисленной. Продукты таких реакций называют уроновыми кислотами:







В организме уроновые кислоты выполняют очень важную функцию: они образуют с лекарственными веществами и продуктами их превращений (метаболитами), токсичными веществами водорастворимые гликозиды и выводят их из организма с мочой, отсюда происходит название уроновых кислот (лат. urina – моча). D-глюкуроновая и L-идуроновая кислоты и их производные являются структурными элементами различных полисахаридов (пектиновые вещества, гепарин, гиалуроновая кислота, хондроитин, гепарин и т.д.). В ходе метаболизма уроновых кислот синтезируется аскорбиновая кислота (у человека не синтезируется).

Вопрос 17. Какие соединения могут получаться при окислении D-фруктозы? Будут ли эти соединения оптически активны?
Ответ. Окисление кетоз происходит под действием сильных окислителей и сопровождается деструкцией углеродного скелета. Разрыв связи может происходить двумя способами: между первым и вторым, а также вторым и третьим атомами углерода. При этом все концевые атомы углерода окисляются с образованием карбоксильных групп.
Так, при окислении D-фруктозы образуется четыре продукта реакции. При разрыве связи между первым и вторым атомами углерода образуются муравьиная и D-арабинаровая кислоты. При разрыве связи между вторым и третьим атомами углерода образуются щавелевая и мезовинная кислоты.








Щавелевая и муравьиная кислоты оптически не активны, т.к. в их молекулах отсутствуют асимметрические атомы углерода. Мезовинная кислота содержит два асимметрических атома кислорода, но имеет и плоскость симметрии, поэтому тоже не является оптически активным соединениям. D-Арабинаровая кислота полностью соответствует всем требованиям, предъявляемым к оптически активным соединениям: в молекуле этой кислоты присутствует три асимметрических атома углерода и отсутствуют элементы симметрии.

Вопрос 18. Какие соединения называются гликозидами?
Ответ. Циклические формы моноз образуются при взаимодействии альдегидной или кетогруппы со спиртовой группой, т.е. они являются полуацеталями (полукеталями). Полуацетали (полукетали) при взаимодействии со спиртами в кислой среде дают ацетали (кетали):



Моносахариды также образуют ацетали (кетали), которые и называются гликозидами:







Гликозидами называют не только ацетали углеводов, образующиеся при взаимодействии со спиртами. К гликозидам относят продукты, образующиеся при взаимодействии полуацетального гидроксила с другими соединениями. Связь, которую образует полуацетальный гидроксил, также называют гликозидной.
Гликозиды могут классифицироваться в зависимости от того через какой атом агликон связан с сахарной частью гликозида: С-гликозиды, О-гликозиды, N-гликозиды, S-гликозиды.
В зависимости от размера цикла гликозиды подразделяются на пиранозиды и фуранозиды.
Неуглеводная часть гликозида называется агликоном (можно перевести как «несахар»). В приведённом примере это метоксигруппа – остаток метилового спирта (выделено курсивом). Названия гликозидов строятся следующим образом: агликон + гликозид. Окончание углевода -оза меняется на -озид. В самом начале названия указывают атом, через который агликон присоединяется к углеводной части.
Примером С-гликозида может служить псевдоуридин, примером S-гликозида – синигрин, содержащийся в горчице. Нуклеозиды – N-гликозиды рибозы и дезоксирибозы с нуклеиновыми основаниями, являются компонентами нуклеотидов, ДНК и РНК.
















Вопрос 19. Как образуются сложные эфиры моносахаридов?
Ответ. Сложные эфиры можно получить, действуя на моносахариды ангидридами органических кислот. Например, при взаимодействии с уксусным ангидридом получаются ацетильные производные моносахаридов.







Сложные эфиры гидролизуются как в кислой, так и щелочной средах.
Большое значение имеют эфиры фосфорной кислоты – фосфаты, содержащиеся во всех растительных и животных организмах. К ним, прежде всего, относятся фосфаты D-глюкозы: 1-фосфат D-глюкозы получается при гидролизе гликогена с помощью фермента фосфорилазы; 6-фосфат глюкозы образуется на первой стадии гликолиза (катаболизма глюкозы в организме).








Далее 6-фосфат глюкозы изомеризуется в 6-фосфат D- фруктозы, который фосфорилируется в свою очередь с помощью АТФ до 1,6-дифосфата D-фруктозы.
Фосфаты D-рибозы и 2-дезокси-D-рибозы служат структурными элементами нуклеиновых кислот и ряда коферментов.
Эфиры серной кислоты – сульфаты – входят в состав полисахаридов соединительной ткани.

Вопрос 20. Напишите структурную формулу дисахарида, образованного двумя остатками (-D-галактозы, которые связаны между собой 1,4-гликозидной связью. Напишите структурную формулу продукта взаимодействия этого дисахарида с метиловым спиртом в присутствии хлороводорода. Могут ли эти соединения вступать в peaкцию «серебряного зеркала»? Напишите уравнения необходимых реакций.
Ответ. Молекулы (-D-галактозы могут образовывать между собой связи с участием 1-го и 4-го углеродных атомов:










Звездочкой обозначен гликозидный гидроксил, который может замещаться на группу –ОСН3 при реакции с метанолом:






Благодаря наличию гликозидного гидроксила дисахарид может в водном растворе превращаться в линейную форму с альдегидной группой, поэтому он дает реакцию серебряного зеркала (уравнение приведено в упрощенном виде):
С12Н22О11 + Аg2О 13 EMBED Equation.3 1415 С12Н22О12 + 2Ag(
Монометиловый эфир дисахарида (-D-галактозы не содержит гликозидного гидроксила, не может существовать в линейной форме и не вступает в реакцию серебряного зеркала.

Вопрос 21. Каково строение молекулы сахарозы?
Ответ. При гидролизе молекула сахарозы расщепляется на молекулу
·-D-глюкопиранозы и молекулу
·-D-фруктофуранозы, таким образом, она является дисахаридом, т.е. состоит из двух остатков молекул моносахаридов:







Эти остатки связаны гликозидной связью между гидроксильными группами при аномерных атомах углерода (1-й атом
·-D-глюкопиранозы и 2-й атом
·-D-фруктофуранозы).
В молекуле сахарозы отсутствуют свободные ОН-группы у 1-го атома углерода в остатке
·-D-глюкозы и у 2-го атома углерода в остатке
·-D-фруктозы (полуацетальные или гидроксильные гидроксилы). Поэтому молекула сахарозы не может переходить в открытую (альдегидную) форму и давать реакцию серебряного зеркала, а также окисляться гидроксидом меди, т.е. является не восстанавливающим серебро и медь углеводом.
Источниками сахарозы служат: сахарный тростник, сахарная свекла, соки растений и плодов.

Вопрос 22. Является ли сахароза самым сладким веществом?
Ответ. Сладкий вкус углеводов делает нашу жизнь ярче и вкуснее. Более сладким углеводом, чем сахароза, является фруктоза. Если принять относительную сладость сахарозы за 1, то сладость фруктозы составит 1,73; глюкозы 0,74; мальтозы и галактозы 0,32; а лактозы всего 0,16. Моносахариды могут быть и безвкусными и даже горькими, а самым сладким веществом является вообще не углевод.
Например, ацетат свинца называется свинцовым сахаром, хотя использовать его как сахар совсем не рекомендуется из-за высокой токсичности соединений свинца.
Также сладким вкусом обладают многие органические вещества, не имеющие ничего общего с углеводами, например, сахарин, сладость которого превышает сладость сахарозы примерно в 500 раз. Сахарин представляет собой натриевую соль имида 2-сульфобензойной кислоты (рис. 1 а). Сахарин не усваивается организмом, не обладает питательными свойствами и является типичным [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ]; выводится с [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ]. В пищевой промышленности зарегистрирован как [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ]а E954. Выпускаются подсластители на сахарине ([ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ]), в составе напитков он используется в составе смеси подсластителей, так как даёт не очень приятный [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ].
В 1960-х годах появились сообщения о том, что сахарин является [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ], однако позднее эти предположения были опровергнуты. Установлено, что сахарин негативно влияет на усвоение [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ], угнетая микрофлору кишечника, препятствует его синтезу. [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ]Авитаминоз биотина приводит к замедлению синтеза [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ] – фермента, способствующего превращению глюкозы в гликоген. Поэтому систематическое употребление сахарина вместе с сахаром является фактором риска возникновения [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ] (высокого содержания глюкозы в крови).
4-Этоксифенилмочевина (дульцин, рис. 1 б) в 200 раз слаще сахарозы и использовалась как подсластитель, пока не было обнаружено её негативное влияние на организм.







Рисунок 1. Структурные формулы сахарина (а) и дульцина (б)

Ацесульфам (соединение [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ] ряда) и аспартам (метиловый эфир дипептида L-аспартил-L-фенилаланина) в 200 раз слаще сахарозы (рис. 2).













Рисунок 2. Структурные формулы ацесульфама (а) и аспартама (б)

Подобно [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ], также являющемуся сульфамидом, ацесульфам в высоких концентрациях имеет горьковато - металлический привкус, поэтому часто используется в комбинации с [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ]. Используется для подслащения газированных напитков, при изготовлении [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ], [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ] [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ] и [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ], также используется в качестве подсластителя некоторых лекарственных форм (сиропы).
Аспартам был открыт в 1965 г. Джеймсом М. Шлаттером. Он синтезировал аспартам в ходе исследований для производства лекарств от язвы. Он обнаружил сладкий вкус аспартама случайно, облизнув палец, на который попало это соединение.
Аспартам не имеет запаха, хорошо растворим в воде. По сравнению с [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ] вкусовое ощущение сладости от аспартама медленнее появляется и дольше остается. При нагреве аспартам разрушается, поэтому не пригоден для подслащивания продуктов, подвергаемых термообработке.
В организме человека в процессе гидролиза сложноэфирной связи образуется спирт метанол и дипептид аспартилфенилаланин; дипептид далее гидролизуется по пептидной связи до [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ]ой кислоты и [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ]а. Аминокислоты являются составной частью [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ]ов и участвуют в ряде важных биохимических процессов организма. Метанол же является ядом, действующим на нервную и сосудистую системы организма. [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ] действие метанола обусловлено его метаболическим окислением в организме до очень ядовитого формальдегида.
Большое количество токсикологических и клинических исследований аспартама подтверждают его безвредность, если дневная доза не превышает 40 мг на килограмм массы тела. Практически 40 мг/кг массы тела для человека массой 70 кг значат примерно 266 таблеток синтетического подслащивающего средства или 26,6 л колы в один день. Вряд ли возможно употребить такое количество этого соединения.
Потребление продуктов, содержащих аминокислоту фенилаланин, противопоказано людям с наследственным заболеванием [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ], поэтому во многих странах, включая Россию, продукты, содержащие аспартам, должны иметь предупреждение: «Содержит источник фенилаланина».
Метилфенхиловый эфир L-аспартиламиномалоновой кислоты (рис. 3 а) в 33000 раз слаще сахарозы, а сукроновая кислота (рис. 3 б) в 200000 раз.










Рисунок 3. Структурные формулы метилфенхилового эфира L-аспартиламиномалоновой кислоты (а) и сукроновой кислоты (б)

Удивительно сильным сладким вкусом обладают некоторые белки. Например, белок монеллин из тропического растения Dioscoreophyllum cumminsii в 3000 раз слаще сахарозы, белок тауматин из тропического растения Thaumacoccus daniellii слаще сахара в 750...1000 раз, а его комплекс с ионами алюминия – талин – уже в 35000 раз слаще сахарозы. Тауматин нарушает гормональный баланс и в качестве подсластителя не разрешён к применению в России и во многих странах.
Белок миракулин из Synsepalum dulcificum не обладает сладким вкусом, но способен изменять вкус кислых продуктов на сладкий.
Объединённый экспертный комитет ФАО/ВОЗ по пищевым добавкам рекомендует безопасные суточные дозы, которые зависят от природы интенсивных подсластителей, не следует их превышать. Нежелательно использовать подсластители, проходящие период апробации и накопления доказательной базы по безопасности применения. Вместе с тем, по-прежнему рекомендуется использовать специи (кориандр, стевию, топинамбур, зелёный чай, апельсины и, особенно, корицу), которые снижают тягу к сладкому, улучшают вкусовые качества приготовленной пищи и существенно тормозят формирование толерантности к глюкозе и опасность возникновения диабета.

Вопрос 23. Какие олигосахариды наиболее распространены в природе?
Ответ. Сахароза (тростниковый сахар, свекловичный сахар) чрезвычайно распространена в растениях. Невосстанавливающий дисахарид.
Мальтоза (солодовый сахар) состоит из двух остатков (-D-глюкопиранозы, связанных (-1,4 -гликозидной связью. Мальтоза образуется при гидролизе крахмала под действием фермента амилазы; если долго жевать хлеб можно почувствовать сладковатый вкус мальтозы, образующейся из крахмала хлеба под действием амилазы слюны. Восстанавливающий дисахарид.
Целлобиоза состоит из двух остатков (-D-глюкопиранозы, связанных (-1,4-гликозидной связью. Является структурной единицей клетчатки (целлюлозы). В свободном виде содержится в соке некоторых деревьев. Восстанавливающий дисахарид.
Лактоза (молочный сахар) состоит из остатков (-D- галактопиранозы и (-D-глюкопиранозы, связанных (-1,4- гликозидной связью. Лактоза содержится только в молоке млекопитающих и является восстанавливающим дисахаридом.
В организме гидролиз лактозы происходит под действием фермента лактазы. При недостаточности выработки лактазы наблюдается лактазный дефицит и неспособность переваривать лактозу. Поэтому при потреблении молока людьми с лактазным дефицитом, лактоза не переваривается, а начинает сбраживаться кишечной микрофлорой с различными неприятными последствиями (метеоризм, диарея). У большинства людей и млекопитающих ген лактазы выключается по мере взросления. Это объясняется тем, что млекопитающие потребляют молоко только в младенчестве, и в дальнейшем нет смысла тратить энергию и аминокислоты на синтез лактазы. Однако, в результате мутации в одном из регуляторных генов, чей продукт выключал ген лактазы, этот фермент (лактаза) стал синтезироваться на протяжении всей жизни. Примерно 70 % европейцев усваивают молоко в зрелом возрасте, тогда как в Африке, Океании и Центральной Азии только 30 % населения умеют вырабатывать лактазу. Однако, народы Африки с традиционно высоким потреблением молока (тутси, туареги и др.) не имеют проблем с перевариванием лактозы.
Трегалоза (грибной сахар) состоит из двух остатков (-D- глюкопиранозы, связанных за счёт полуацетальных гидроксильных групп, поэтому трегалоза не восстанавливающий дисахарид.
Содержится в грибах и некоторых растениях. В дрожжах содержание трегалозы достигает 18 % на сухое вещество.
Другие дисахариды, такие как мелибиоза, гентибиоза, тураноза, примвероза и т.д. встречаются редко.
Трисахариды встречаются редко. Трисахарид рафиноза, состоящий из галактозы, глюкозы и фруктозы, содержится в сахарной свекле. Является невосстанавливающим трисахаридом. Другие трисахариды (генцианоза, мелецитоза, маннинотриоза, целлотриоза, плантеоза) встречаются чрезвычайно редко.
Тетрасахарид стахиоза состоит из двух остатков галактозы, одного остатка глюкозы и одного остатка фруктозы. Стахиоза содержится в корнях Stachys, в семенах люпина, сои, гороха и является невосстанавливающим тетрасахаридом.
Циклические олигосахариды – циклодекстрины (декстрины Шардингера), образуются при гидролизе крахмала под действием амилазы из Bacillus macerans. Состоят из 610 остатков D- глюкозы, связанных (-1,4-гликозидными связями. Циклодекстрины известны тем, что проявляют каталитические свойства, например способны катализировать гидролиз сложных эфиров фенолов. Образуют цветные комплексы с йодом, причём молекулы йода лежат внутри полости циклодекстрина.

Вопрос 24. Какие углеводы называются полисахаридами?
Ответ. Полисахариды или полиозы – это высокомолекулярные углеводы. По химической природе это полигликозиды.
В молекулах полисахаридов много остатков моносахаридов связаны друг с другом гликозидными связями. При этом для связи с предыдущим остатком новый остаток предоставляет спиртовую гидроксильную группу, чаще всего при 4-м или 6-м атомах углерода. Для связи с последующим остатком предыдущий остаток предоставляет гликозидный (полуацетальный) гидроксил.
В полисахаридах растительного происхождения в основном осуществляются (1(4)- и (1(6) связи. Полисахаридные цепи могут быть разветвлёнными или неразветвлёнными (линейными).
Полисахариды гидролизуются в кислой среде и устойчивы к гидролизу в кислой среде. Полный гидролиз приводит к образованию моносахаридов или их производных, неполный – к ряду промежуточных олигосахаридов, в том числе и дисахаридов.

Вопрос 25. Чем отличаются гомополисахариды от гетерополисахаридов?
Ответ. Полисахариды делятся на две группы: гомополисахариды и гетерополисахариды.
Гомополисахариды состоят из остатков одного моносахарида, например: крахмал, целлюлоза, гликоген и др.
Крахмал – это смесь двух полисахаридов, построенных из (-D-глюкопиранозных остатков: амилозы (10...20 %) и амилопектина (80...90 %).
Цепь амилозы неразветвлённая, включает 2001000 глюкозных остатков (молекулярная масса 160000).






Молекулы амилозы свёрнуты в спираль, во внутренний канал которой могут входить подходящие по размерам молекулы (например – йода), образуя комплексы, называемые соединениями включения. Комплекс амилозы с йодом имеет синий цвет. Это используется как качественная реакция на крахмал (йодкрахмальная проба).
Амилопектин, в отличие от амилозы, представляет собой разветвлённую спираль. В его основной цепи остатки
·-D- глюкопиранозы связаны
·(1(4)-гликозидными связями, а в точках разветвления –
·(1(6)-гликозидными связями. Между точками разветвления располагаются 2025 остатков
·-D- глюкопиранозы. Молекулярная масса амилопектина достигает нескольких миллионов.













Крахмал представляет собой белое аморфное вещество. В холодной воде не растворяется, в горячей воде набухает и растворяется частично.
Крахмал образуется в растениях в процессе фотосинтеза и откладывается в клубнях, корнях, семенах. В пищеварительном тракте под действием ферментов происходит гидролиз крахмала, конечным продуктом гидролиза является
·-D-глюкоза.
Гликоген – структурный и функциональный аналог растительного крахмала, содержащийся в животных организмах. По своему строению гликоген подобен амилопектину, но имеет ещё большее разветвление цепей. Между точками разветвления обычно содержатся 1012 глюкозных звеньев. Молекулярная масса гликогена очень велика (до 100 миллионов). В организме гликоген выполняет функции резервного углевода. В нужный момент от него отщепляется в необходимых количествах глюкоза и энергетический фонд организма пополняется. В растениях роль резервного полисахарида выполняет амилопектин.
Целлюлоза или клетчатка – наиболее распространенный растительный полисахарид. Она выполняет роль опорного материала растений. В хлопке содержится почти 100 % целлюлозы, в древесине – 5070 %.
Целлюлоза построена из остатков
·-D-глюкопиранозы, которые связаны между собой
·(1(4)-гликозидными связями. Цепь не имеет разветвлений, в ней содержится 250012000
·-D-глюкозных остатков (молекулярная масса 0,42 млн.).






Линейное строение целлюлозы поддерживается также водородными связями, образующимися внутри углеводных цепей и между отдельными цепями. Целлюлоза не расщепляется ферментами желудочно-кишечного тракта человека и не может быть питательным веществом, но она необходима для нормального питания, т.к. способствует регулированию функции желудочно-кишечного тракта, стимулирует перистальтику толстого кишечника.
Пектиновые вещества содержатся в плодах и овощах. В присутствии органических кислот они образуют желе, что используется в пищевой промышленности. Молекулы пектиновых веществ включают пектовую (полигалактуроновую) кислоту, состоящую из остатков D-галактуроновой кислоты, связанных (-(1(4)- гликозидной связью.
Некоторые пектиновые вещества оказывают противоязвенное действие и являются основой ряда препаратов, например, плантаглюцида из подорожника.







Гетерополисахариды состоят из остатков разных моносахаридов. Гетерополисахариды в организме связаны с белками и образуют сложные надмолекулярные комплексы. Примерами гетерополисахаридов могут служить гиалуроновая кислота и гепарин.
Гиалуроновая кислота состоит из остатков D-глюкуроновой кислоты и N-ацетил-D-глюкозамина, связанных
·-(1(3)-гликозидной связью.





Гиалуроновая кислота обладает большой молекулярной массой и большой вязкостью и обеспечивает непроницаемость соединительной ткани для патогенных микроорганизмов. Гиалуроновая кислота обычно находится не в свободном виде, а в связи с полипептидными цепями. Смешанные биополимеры составляют основу клеток и жидкостей животных организмов.
В состав полимерных молекул гепарина входят остатки D-глюкозамина и двух уроновых кислот – D-глюкуроновой и L-идуроновой. В количественном отношении преобладает L-идуроновая кислота. Аминогруппа у большинства глюкозаминных остатков сульфатирована (содержит SО3Н-группу), а у некоторых из них – ацетилирована (связана с СН3СО-группой). Кроме того, группы SО3Н содержатся у ряда остатков L-идуриновой кислоты. Гепарин и его производное – гепаритин сульфат – в организме связаны с белком, гепарин препятствует свёртыванию крови, гепаритин сульфат входит в состав стенок кровеносных сосудов.








2. нуклеотиды и нуклеиновые кислоты

Вопрос 26. Какие соединения являются мономерами нуклеиновых кислот?
Ответ. Нуклеиновые кислоты (полинуклеотиды) – это биологические полимеры, мономерными звеньями которых являются нуклеотиды.
Нуклеотид – это не индивидуальное соединение, он состоит из нуклеозида и остатка фосфорной кислоты.
Нуклеозид тоже не является индивидуальным соединением, а образуется при взаимодействии углевода (рибозы или дезоксирибозы) и гетероциклического основания.

Вопрос 27. В какой форме углеводы входят в состав нуклеиновых кислот?
Ответ. В состав молекул РНК входит рибоза в циклической фуранозной форме – (-D-рибофураноза, молекулы ДНК содержат 2-дезоксирибозу так же в фуранозной форме – 2-дезокси-(-D-рибофуранозу.






Вопрос 28. Какие гетероциклические основания могут входить в состав нуклеиновых кислот?
Ответ. Нуклеиновые основания – это производные азотсодержащих гетероциклических соединений – пурина (аденин и гуанин) пиримидина: тимин (только в ДНК), урацил (только в РНК) и цитозин:






Вопрос 29. В чём состоит различие структур ДНК и РНК?
Ответ. ДНК и РНК отличаются типом углеводного компонента (в состав РНК входит (-D-рибофураноза, в состав ДНК 2-дезокси-(-D-рибофураноза) и составом пиридиновых оснований (в состав РНК входят урацил и цитозин, в состав ДНК – тимин и цитозин). Кроме того, ДНК существует в форме двойной спирали, состоящей из двух отдельных молекул. Молекулы РНК, в среднем, гораздо короче и преимущественно одноцепочечные.

Вопрос 30. Как определить тип связи между отдельными соединениями и фрагментами, входящими в состав нуклеиновых кислот?
Ответ. Нуклеиновые кислоты представляют собой длинные цепи мономеров – нуклеотидов. Нуклеотид – это сложное соединение, состоящее из нуклеозида и связанного с ним остатка фосфорной кислоты. Нуклеозид, в свою очередь, образуется по реакции между углеводом (рибозой или дезоксирибозой) и гетероциклическим основанием. При этом в реакцию вступает группа –NН– гетероциклического основания и полуацетальный гидроксил углевода. В результате образуется N-гликозидная связь:








Поскольку углевод в нуклеиновых кислотах присутствует в (-D-фуранозной форме, связь называется (-N-гликозидной. Этот тип связи образуют как пиримидиновые, так и пуриновые гетероциклические основания.
Далее спиртовая гидроксильная группа углевода нуклеозида в положении 5’ или 3’ должна прореагировать с фосфорной кислотой по реакции этерификации. При этом образуется сложный эфир, следовательно, связь можно назвать сложноэфирной. Поскольку в образовании сложного эфира участвует фосфорная кислота, ещё одно название связи – фосфоэфирная.
При соединении нуклеотидов между собой ещё раз протекает реакция этерификации между остатком фосфорной кислоты нуклеотида и спиртовой гидроксильной группой углевода в положении 5’ или 3’. Можно сказать, что нуклеотиды связаны между собой 3’,5’-сложноэфирной или фосфодиэфирной связью.
При образовании вторичной структуры (двойной спирали) ДНК между комплементарными гетероциклическими основаниями образуются водородные связи, обеспечивающие существование спиралевидной структуры молекулы.

Вопрос 31. Что такое первичная структура нуклеиновых кислот?
Ответ. Первичная структура нуклеиновых кислот – нуклеотидный состав и нуклеотидная последовательность, т.е. порядок чередования нуклеотидных звеньев в молекуле нуклеиновой кислоты. Устанавливают нуклеотидный состав, исследуя продукты гидролитического расщепления нуклеиновых кислот.
РНК легко гидролизуются в мягких условиях в щелочной среде до нуклеотидов, которые в свою очередь способны в щелочной среде отщеплять остаток фосфорной кислоты с образованием нуклеозидов. Нуклеозиды в кислой среде гидролизуются до гетероциклических оснований и углеводов.
Химический гидролиз ДНК почти не применяют из-за осложнения его побочными процессами. Более предпочтителен ферментативный гидролиз под действием нуклеаз.

Вопрос 32. Что такое вторичная структура ДНК?
Ответ. Вторичная структура ДНК – это пространственная организация полинуклеотидной цепи. Её модель была предложена в 1953 г. Дж. Уотсоном и Ф. Криком. Согласно этой модели, молекула ДНК имеет форму правозакрученной спирали, образованную двумя полинуклеотидными цепями, закрученными относительно друг друга и вокруг общей оси. Модель ДНК представлена на рисунке 4. Видно, что расстояние между витками (шаг [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ]) равно 3,4 нм. На этом участке укладываются 10 нуклеотидных остатков, размер одного [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ] составляет 0,34 нм; диаметр биспиральной [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ] равен 1,8 нм.














Рисунок 4. Схематическое изображение двойной спирали ДНК:
а – по Уотсону и Крику (с – остаток дезоксирибозы, р – остаток форсорной кислоты); б – А-форма ДНК; в – В-форма ДНК

Конфигурация двойной [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ] [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ] меняется в зависимости от количественного содержания [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ] и ионной силы раствора. Доказано существование по крайней мере 6 форм [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ], названных А-, В-, С-, D-, Е- и Z-формами. Конфигурация двух из них в простейшей форме представлена на рис. 4. У А-формы наблюдается некоторое смещение [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ] [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ] от оси [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ] к периферии, что отражается на размерах (2,8 нм – длина одного витка, в котором вместо 10 содержится 11 мононуклеотидов; меняется расстояние между [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ] и др.). Если А- и В-формы представляют собой правозакрученную двойную спираль, то Z-форма (зигзагообразная) [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ] имеет левозакрученную конфигурацию, в которой фосфодиэфирный остов располагается зигзагообразно вдоль оси [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ]. Предполагают, что в А-форме [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ] выполняет роль [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ] в процессе [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ] (синтез [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ] на [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ] [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ]), а в В-форме – роль [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ] в процессе [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ] (синтез [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ] на [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ] [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ]).
Остатки нуклеиновых оснований направлены внутрь спирали. Для обеспечения наибольшей устойчивости этой структуры между азотистыми основаниями образуются водородные связи, их должно быть максимально много. Это достигается определенным соответствием в расположении остатков оснований одной спирали по отношению к остаткам другой: тиминовые группы одной спирали располагаются напротив адениновых групп другой спирали (между ними образуются две водородные связи), цитозиновые – напротив гуаниновых (между ними образуются три водородные связи). Эти основания составляют комплементарные пары. Водородные связи образуются между аминогруппой одного основания и карбонильной группой другого, между амидным и иминным атомами азота.

Вопрос 33. Что такое третичная структура ДНК?
Ответ. В клетках ДНК образует суперспирали, что обеспечивает компактность ее упаковки. ДНК длиной до 4 см располагается в хромосоме размером до 5 нм. Длина ДНК уменьшается в 100 тысяч раз. Третичная структура ДНК эукариот формируется путем взаимодействия с ядерными белками и на определенном этапе клеточного цикла приобретает форму хромосом (рис.5).










Рисунок 5. Схема образования третичной структуры ДНК.

Вопрос 34. Что такое вторичная структура РНК?
Ответ. В отличие от ДНК, молекула рибонуклеиновой кислоты построена из одной полинуклеотидной цепи. Отдельные участки цепи РНК образуют спирализованные петли – «шпильки», за счёт водородных связей между комплементарными азотистыми основаниями аденин-урацил и гуанин-цитозин (рис. 6). Участки цепи РНК в таких спиральных структурах антипараллельны, но не всегда полностью комплементарны, в них встречаются неспаренные нуклеотидные остатки или даже одноцепочечные петли, не вписывающиеся в двойную спираль. Наличие спирализованных участков характерно для всех типов РНК.











Рисунок 6. Схема образования вторичной структуры РНК:
а – схема образования связей между комплементарными основаниями; б – схема транспортной РНК.

Транспортные РНК содержат четыре спирализованных участка и три (иногда четыре) одноцепочечные петли. При изображении такой структуры на плоскости получается фигура, называемая «клеверным листом».

Вопрос 35. Что такое третичная структура РНК?
Ответ. Одноцепочечные РНК характеризуются компактной и упорядоченной третичной структурой, возникающей путём взаимодействия спирализованных элементов вторичной структуры. Так, возможно образование дополнительных водородных связей между нуклеотидными остатками, достаточно удалёнными друг от друга, или связей между ОН-группами остатков рибозы и основаниями. Третичная структура РНК стабилизирована ионами двухвалентных металлов, например Mg2+, связывающимися не только с фосфатными группами, но и с основаниями.

Вопрос 36. Какое основание комплементарно тимину? Приведите строение этой комплементарной пары и обозначьте водородные связи.
Ответ. Комплементарным тимину основанием является аденин. Между ними образуются две водородные связи.






Вопрос 37. Какое основание комплементарно по отношению к цитозину? Приведите строение этой комплементарной пары и обозначьте водородные связи.
Ответ. Комплементарным цитозину основанием является аденин. Между ними образуются три водородные связи.







Вопрос 38. Фрагмент какого биополимера представлен на рис. 7? Какая структура полимера изображена (первичная, вторичная)? Есть ли ошибки в изображении данного фрагмента? Какова роль данного биополимера в организме?
Ответ. Для того, чтобы определить, какой биополимер представлен на рисунке, надо внимательно рассмотреть его строение. На рисунке мы видим фрагмент нуклеиновой кислоты, состоящий из трёх нуклеотидов.













Рисунок 7. Схема биополимера

Углеводный компонент здесь – рибоза, т.к. в положении 2’присутствует гидроксильная группа. Следовательно, на рисунке представлен фрагмент РНК. Представлена первичная структура (последовательность нуклеотидов в цепи нуклеиновой кислоты). Но верхний нуклеотид содержит в своём составе гетероциклическое основание тимин, и не урацил (присутствует группа –СН3). Следовательно, в изображении фрагмента РНК присутствует ошибка.

Существуют разные типы РНК, различающиеся по величине молекул, структуре, расположению в клетке и роли в организме. Низкомолекулярные транспортные РНК (тРНК) составляют примерно 10% от всей клеточной РНК. При реализации генетической информации каждая тРНК присоединяет и переносит определенную аминокислоту к рибосомам – месту синтеза белка. Рибосомные РНК (рРНК) составляют до 85% всей РНК клетки. Они входят в состав рибосом и выполняют структурную функцию. Кроме того, рРНК участвуют в формировании активного центра рибосомы, где происходит образование пептидных связей между молекулами аминокислот в процессе трансляции (биосинтеза белка). Информационные, или матричные РНК (иРНК) программируют синтез белков клетки, осуществляя непосредственную передачу кода ДНК к месту синтеза белков.
Однако функции РНК в современных клетках не ограничиваются их ролью в трансляции. Так, [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ] принимают участие в [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ] [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ] [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ] и других процессах.
Помимо того, что молекулы РНК входят в состав некоторых ферментов (например, [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ]), у отдельных РНК обнаружена собственная [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ] активность: способность вносить разрывы в другие молекулы РНК или, наоборот, «склеивать» два РНК-фрагмента. Такие РНК называются [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ].
Геномы ряда [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ] состоят из РНК, то есть у них она играет роль, которую у высших организмов выполняет ДНК. На основании разнообразия функций РНК в клетке была выдвинута гипотеза, согласно которой РНК – первая молекула, которая была способна к самовоспроизведению в добиологических системах.
Вопрос 39. Фрагмент какого биополимера представлен на рис. 8? Какая структура полимера изображена (первичная, вторичная)? Есть ли ошибки в изображении данного фрагмента? Какова роль данного биополимера в организме?
Ответ. Для того, чтобы определить, какой биополимер представлен на рисунке, надо внимательно рассмотреть его строение. На рисунке мы видим фрагмент нуклеиновой кислоты, состоящий из трёх нуклеотидов.













Рисунок 8. Схема биополимера

Углеводный компонент здесь – дезоксирибоза, т.к. в положении 2’отсутствует гидроксильная группа. Следовательно, на рисунке представлен фрагмент ДНК. Представлена первичная структура (последовательность нуклеотидов в цепи нуклеиновой кислоты). Верхний нуклеотид содержит в своём составе гетероциклическое основание тимин (присутствует группа –СН3). Следовательно, в изображении фрагмента ДНК нет ошибок.
Функция ДНК в клетке – хранение наследственной информации. Функциональной единицей является ген. Ген – определенная последовательность нуклеотидов (5002000 нуклеотидных единиц) с помощью которых закодирован определенный признак (морфогенез, старение, устойчивость к антибиотикам, половая дифференциация, цвет кожи, глаз).
Структурный ген – закодированный признак. Для его функционирования необходимо 2 регуляторных гена: ген-регулятор и ген-оператор (они могут быть рядом, могут быть удалены). Ген - оператор, ген-регулятор и структурный ген вместе составляют оперон. Оперон – функциональная надструктура генетического аппарата. Сколько признаков, сколько оперонов, например, к структурным генам относится гены, ответственные за синтез белка и если белков – 5 миллионов, то и оперонов – 5 миллионов.
Вопрос 40. Какие виды РНК существуют?
Ответ. Существует несколько видов РНК.
Рибосомные РНК (рРНК) входят в состав рибосом, являются их структурной основой. Целостность их молекул необходима для биосинтеза белков на рибосомах.
Биологическая роль транспортных РНК (тРНК) заключается в присоединении активированных аминокислотных остатков и переносе (транспорте) их на рибосомы, т. е. к месту синтеза полипептидных цепочек.
Информационные, или матричные, РНК (иРНК, мРНК) играют роль матриц при биосинтезе белков в процессе трансляции (считывания нуклеотидного кода и перевода его в последовательность аминокислот в полипептидных цепях белков).
Обсуждается целесообразность выделения в отдельные категории ещё нескольких видов РНК: низкомолекулярных (малых) ядерных, антисмысловых, вирусных.
Малые ядерные РНК (мяРНК) – класс РНК, которые встречаются в ядре эукариотических клеток. Они участвуют в важных процессах, таких как сплайсинг (удаление интронов из незрелой мРНК), регуляции факторов транскрипции или РНК-полимеразы и поддержании целостности теломер.
Антисмысловые РНК – это одноцепочечные РНК, которые комплементарны мРНК. Антисмысловые РНК вводят в клетки для ингибирования трансляции комплементарных мРНК за счет того, что антисмысловые РНК спариваются с мРНК-мишенью и физически препятствуют формированию трансляционного комплекса. Данный эффект поэтому является стехиометрическим.
Вирусные РНК являются составными частями вирусных и фаговых рибонуклеопротеинов, несут всю информацию, необходимую для размножения вируса в клетках хозяина.






3. ЛИПИДЫ И НИЗКОМОЛЕКУЛЯРНЫЕ
БИОРЕГУЛЯТОРЫ

Вопрос 41. К какому классу органических соединений относятся липиды?
Ответ. Липиды (от греч. lipos – жир) – это природные жироподобные вещества, практически нерастворимые в воде, хорошо растворимые в неполярных органических растворителях.
Липиды не относятся к какому-то одному классу органических соединений и не имеют общих структурных особенностей. В большинстве случаев представляют собой сложные эфиры высших жирных кислот с глицерином и другими спиртами (например, сфингозином). В состав липидов также могут входить фосфорная кислота, аминоспирты или углеводы.

Вопрос 42. Являются ли липиды биополимерами?
Ответ. Липиды не являются биополимерами, однако в организме часто бывают связаны с другими биополимерами, например, с белками.

Вопрос 43. Какие функции в организме выполняют липиды?
Ответ. Важнейшие биологические функции липидов.
1. Строительная (структурная) – липиды принимают участие в образовании клеточных мембран. В составе мембран находятся фосфолипиды, гликолипиды, липопротеиды. Липиды также принимают участие в образовании многих биологически важных соединений.
2. Энергетическая – при окислении липидов выделяется большее количество энергии. При расщеплении 1 г жира до СО2 и Н2О выделяется 38,9 кДж (9,5 ккал) энергии, что примерно в два раза больше по сравнению с белками и углеводами. Липиды обеспечивают 2530 % энергии, необходимой организму.
3. Запасающая – высокая калорийность и нерастворимость в воде делают жиры и масла идеальными компонентами для накопления энергии. Это особенно важно для животных, впадающих в холодное время года в спячку или совершающих длительные миграции через местность, где нет источников питания. Семена многих растений содержат жир, необходимый для обеспечения энергией прорастающего зародыша.
4. Терморегуляторная – жиры плохо проводят тепло, поэтому подкожный жировой слой теплокровных животных помогает им сохранять тепло.
5. Защитно-механическая – амортизирующие свойства подкожного жира защищают органы, например такие, как почки, от механического повреждения.
6. Каталитическая – связана с жирорастворимыми витаминами (А, D, Е, К), молекулы которых имеют липидную основу. Сами по себе витамины не обладают каталитической активностью, но они входят в состав ферментов, и без них последние не могут выполнять свои функции.
7. Источник метаболической влаги – одним из продуктов окисления жиров является вода. Эта метаболическая влага очень важна для обитателей пустынь. Так, жир, которым заполнен горб верблюда, служит в первую очередь не источником энергии, а источником воды.
8. Защита от обводнения и чрезмерных потерь воды – жировые выделения сальных желез помогают коже и шерсти быть водонепроницаемыми. Восковая кутикула насекомых и растений уменьшает испарение воды, т.к. вода не может пересечь нерастворимый липидный слой.
9. Регуляторная – половые гормоны, тестостерон, прогестерон и кортикостероиды, а также и другие являются производными холестерола. Витамин D, производные холестерола, играют важную роль в обмене кальция и фосфора. Желчные кислоты участвуют в пищеварении (эмульгирование жиров), а также и всасывания высших карбоновых кислот.
10. Электрическая изоляция – миелин, выделяемый шванновскими клетками и содержащий 70...75 % липидов, изолирует некоторые нейроны таким образом, что передача импульсов происходит значительно быстрее.

Вопрос 44. В чём состоит отличие омыляемых липидов от неомыляемых?
Ответ. Омыляемые липиды содержат сложноэфирные связи, способные расщепляться в процессе гидролиза. Если гидролиз проводят в щелочной среде, в числе продуктов реакции образуются мыла – соли высших карбоновых кислот. Неомыляемые липиды не содержат сложноэфирных связей и не подвергаются гидролизу.

Вопрос 45. Какие липиды относятся к омыляемым?
Ответ. Омыляемые липиды делят на две группы: простые и сложные. Простые липиды являются сложными эфирами и состоят только из остатков жирных кислот и спиртов (одно-, двух- или трехатомных), к ним относят воски, жиры и церамиды. В состав сложных липидов входят остатки жирных кислот и спиртов с замещенными группами, остатки фосфорной кислоты, моносахаридов. К сложным омыляемым липидам относятся, прежде всего, фосфолипиды, гликолипиды и сфинголипиды.

Вопрос 46. Какие липиды относятся к неомыляемым?
Ответ. Неомыляемые липиды не являются сложными эфирами, поэтому в щелочной среде они не гидролизуются с образованием жирных кислот и не образуют мыла.
Многие из неомыляемых липидов являются:
– низкомолекулярными регуляторами (тромбоксаны, лейкотриены, простагландины, простациклин);
– витаминами (все жирорастворимые витамины);
– гормонами (стероидные половые гормоны, глюкокортикоиды и минералокортикоиды);
– растительными гормонами (гиббереллины, абсцизовая кислота, этилен),
– пигментами (каротин, ликопин);
– пахучими веществами (гераниол, гераниаль, ментол, мирцен);
– феромонами (цитраль, грандизол).

Вопрос 47. Остатки какого спирта входят в состав растительных масел?
Ответ. Растительные масла относятся к простым омыляемым липидам, точнее к жидким жирам. В состав жидких (как и твёрдых) жиров входят остатки трёхатомного спирта глицерина.

Вопрос 48. Остатки каких карбоновых кислот входят в состав растительных масел?
Ответ. В составе растительных масел присутствуют преимущественно эфиры глицерина и высших непредельных карбоновых кислот. Самыми распространёнными являются олеиновая С17Н33СООН, линолевая C17H31COOH и линоленовая C17H29COOH кислоты. Все эти кислоты имеют 18 атомов углерода, в радикале олеиновой кислоты содержится одна двойная связь (ровно посередине молекулы), в радикале линолевой кислоты – две двойные связи, разделённые группой –СН2–, в радикале линоленовой кислоты присутствуют три двойные связи, разделённые метиленовыми группами (–СН2–).








Вопрос 49. Остатки каких карбоновых кислот входят в состав твёрдых жиров?
Ответ. В составе твёрдых жиров присутствуют преимущественно эфиры глицерина и высших предельных карбоновых кислот. Самыми распространёнными являются пальмитиновая C15H31COOH и стеариновая С17Н35СООН кислоты:




Вопрос 50. Какую конфигурацию относительно кратной связи имеют ненасыщенные кислоты, входящие в состав природных жиров?
Ответ. В составе растительных масел присутствуют преимущественно остатки высших непредельных карбоновых кислот, содержащих в радикале одну или несколько двойных связей в цис-конфигурации. Углеводородный радикал кислоты в цис-конфигурации имеет изогнутый и укороченный вид, молекулы занимают больший объём, а при образовании кристаллов упаковываются менее плотно, чем транс-изомеры. Отсюда и разница в температурах плавления и агрегатном состоянии кислот. Так, олеиновая кислота при комнатной температуре – жидкая, а её транс-изомер, элаидиновая кислота – твёрдая.




Цис- конфигурация непредельных кислот менее устойчива, чем транс-конфигурация. Это делает пищевые жиры более подверженными катаболизму, они легче перевариваются.

Вопрос 51. Как написать формулу триолеилглицерина?
Ответ. Триолеилглицерин представляет собой сложный эфир глицерина и трёх молекул олеиновой кислоты:




На рисунке жирным шрифтом выделен остаток глицерина.

Вопрос 52. Как написать формулу 1-олеил-2-стеарил-3-пальмитилглицерина?
Ответ. 1-Олеил-2-стеарил-3-пальмитилглицерин представляет собой сложный эфир глицерина и трёх молекул различных кислот: олеиновой, стеариновой и пальмитиновой. Атомы углерода в глицериновом фрагменте нумеруются обычно сверху вниз, значит остаток олеиновой кислоты должен располагаться вверху, ниже – остаток стеариновой кислоты, ещё ниже – пальмитиновой.





Вопрос 53. Какой реагент переводит жидкие жиры в твердые? Приведите схему реакции.
Ответ. В состав триацилглицеринов жидких жиров входят остатки, преимущественно непредельных кислот, в состав твёрдых жиров – остатки, преимущественно предельных кислот. Следовательно, перевести жидкие жиры в твёрдые можно по реакции восстановления действием водорода в присутствии металлического катализатора. Схема реакции на примере триолеилглицерина выглядит следующим образом:










Вопрос 54. Взаимодействием каких реагентов можно получить мыло?
Ответ. Мылами называют соли высших карбоновых кислот. Получить их можно реакцией нейтрализации между высшей карбоновой кислотой и основанием или реакцией щелочного гидролиза (омыления) жиров.
СН3(СН2)7СН=СН(СН2)7СООН + NaOH (
( СН3(СН2)7СН=СН(СН2)7СООNa + H2O













Вопрос 55. Сколько бензольных колец присутствует в молекуле холестерина?
Ответ. Для ответа на вопрос необходимо написать формулу холестерина и внимательно рассмотреть её строение.







Видно, что в состав молекулы холестерина входит три шестичленных кольца, два из которых предельные, одно – непредельное, но нет ни одного ароматического бензольного кольца.

Вопрос 56. Каковы функции холестерина в организме?
Ответ. Рассмотрим основные функции холестерина.
1. Структурная функция. Холестерин является важным компонентом клеточных мембран.
В клеточных и субклеточных мембранах холестерин распределен неравномерно. Более 90 % холестерина клетки содержится в плазматической мембране, в мембранах митохондрий холестерина нет. Содержание холестерина в наружном монослое клеточной мембраны гораздо выше, чем во внутреннем, т.е. холестерин преимущественно сосредоточен на границе с внешней средой. В клеточной мембране холестерин располагается вместе с фосфолипидами и отвечает за пространственную упаковку молекул фосфолипидов. Холестерин вынуждает остатки жирных кислот располагаться более плотно в пространстве и уменьшает их подвижность, повышает микровязкость клеточных мембран.
2. Гормональная функция. Холестерин отвечает за выработку половых гормонов, гормонов надпочечников.
Кортикостероиды (кортикоиды) образуются в корковом веществе надпочечников и регулируют углеводный и солевой обмен. Их боковая цепь у С17 включает два атома углерода в виде гидроксикетонной группировки. Примером служит кортикостерон (рис. 9 а), который действует как антагонист инсулина, повышая содержание глюкозы в крови.
Половые стероидные гормоны синтезируются в основном в [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ] и по биологическому действию подразделяются на [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ] (мужские половые гормоны), [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ] (женские половые гормоны) и [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ] (гормоны беременности).
Андрогены (рис. 9 б) стимулируют развитие вторичных половых признаков, влияют на эндокринную систему, обладают сильным анаболическим эффектом. Эстрогены (рис. 9 в) контролируют некоторые важные циклы в женском организме, используются при лечении гипертонии и других заболеваний.












Рисунок 9. Строение стероидных гормонов
3. Пищеварительная функция. От 60% до 80% холестерина идёт на образование желчных кислот.
Желчные кислоты эмульгируют пищевые жиры, активируют липазу (фермент, гидролизующий жиры), выполняют роль переносчиков трудно растворимых в воде продуктов гидролиза жира в стенку кишечника. При эмульгировании жир дробится на мелкие частицы, стабилизируется, увеличивается поверхность контактов с растворённой в воде липазой. Стабилизированная эмульсия жира быстрее подвергается гидролизу
4. Участвует в синтезе витамина D. Активная форма витамина D3 – 1,25-диоксихолекальциферол синтезируется в коже под действием ультрафиолетовых лучей из холестерина, и затем гидроксилируется: в печени и в почках.
Недостаток витамина D в организме человека может привести к развитию серьёзных заболеваний: рахита, остеопороза, рассеянного склероза, сахарного диабета 1-го типа, ревматоидного артрита. Кроме этого нед
·остаток витамина D приводит к быстрой мышечной утомляемости.

Вопрос 57. Что такое гормоны?
Ответ. Гормоны – биологически активные вещества, образующиеся в результате деятельности желез внутренней секреции и принимающие участие в регуляции обмена веществ и физиологических функций в организме.
Гормоны – промежуточное звено между нервной системой и ферментами. Синтезированные в железах внутренней секреции гормоны переносятся током крови к органам-мишеням и там либо повышают каталитическую активность соответствующих ферментов, либо ускоряют их биосинтез.
К общим свойствам гормонов можно отнести:
– строгую специфичность их физиологического действия;
– высокую биологическую активность, ведь гормоны оказывают свое физиологическое действие в чрезвычайно малых дозах;
– дистантный характер действия: клетки-мишени располагаются обычно далеко от места образования гормона;
– пролонгированность действия.
Вопрос 58. Какое влияние на организм оказывают гормоны?
Ответ. Гормоны млекопитающих оказывают следующее влияние на организм:
– стимулируют или ингибируют рост;
– влияют на настроение;
– стимулируют или ингибируют [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ];
– стимулируют или ингибируют иммунную систему;
– регулируют метаболизм;
– подготавливают организм к борьбе, бегу и другим активным действиям;
– подготавливают организм к следующему жизненному периоду – половому созреванию, родам и к менопаузе;
– контролируют [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ];
– вызывают чувство голода и насыщения;
– вызывают половое влечение.
Также гормоны регулируют выработку и секрецию других гормонов. Гормоны также поддерживают постоянство внутренней среды организма ([ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ]).

Вопрос 59. Как классифицирутся гормоны?
Ответ. Гормоны можно классифицировать по месту их синтеза в организме (гормоны гипоталамуса, надпочечников и т.п.). Однако это не всегда удобно, т.к. некоторые из них вырабатываются в одних железах, а секретируются в кровь в других.
Классификация по биологическим функциям условна, поскольку одни и те же гормоны могут выполнять разные функции. Например, адреналин участвует в регуляции обмена жиров и углеводов и, кроме этого, регулирует частоту сердечных сокращений, давление, сокращение гладких мышц. Кортизол стимулирует глюконеогенез и вызывает задержку NaCl.
Существует химическая классификация (по строению молекул гормонов). В соответствии с этой классификацией выделяют:
– белковые (пептидные) гормоны;
– гормоны, являющиеся производными аминокислот;
– стероидные гормоны;
– гормоноподобные вещества (эйкозаноиды).
К белковой и пептидной группам относятся гормоны гипофиза и гипоталамуса, такие как гормон роста, кортикотропин, тиреотропин, тиролиберин, соматолиберин, соматостатин и др. Также к этой группе относятся гормоны поджелудочной железы инсулин и глюкагон.
Группа гормонов, являющихся производными аминокислот (в основном аминокислоты тирозина), включает в себя такие низкомолекулярные соединения, как адреналин и норадреналин, которые вырабатываются в мозговом веществе надпочечников, а также гормоны щитовидной железы (тироксин и его производные). Производными триптофана являются мелатонин, серотонин; гистамин образуется из гистидина.
К группе стероидных относятся жирорастворимые гормоны, вырабатываемые корковым веществом надпочечников: кортикостероиды, половые гормоны, такие как андрогены и эстрогены.
Эйкозаноиды – это гормоноподобные вещества, оказывающие местное воздействие. Они являются производными полиненасыщенной жирной арахидоновой кислоты и делятся на 3 подкласса: тромбоксаны, простагландины и лейкотриены. Эти нестабильные соединения нерастворимы в воде. Они оказывают воздействие на клетки, находящиеся рядом с местом их синтеза.















4. ВИТАМИНЫ

Вопрос 60. Какие вещества называются витаминами?
Ответ: Витамины – группа низкомолекулярных органических соединений, имеющих разнообразное химическое строение и физико-химические свойства и совершенно необходимых для нормальной жизнедеятельности любого организма. Подробным изучением витаминов занимается наука – витаминология, которая включает основы биохимии, гигиены питания, фармакологии и некоторых других медико-биологических дисциплин.
Если в организм поступает недостаточно витаминов, развивается патологическое состояние – гиповитаминоз, если витамины отсутствуют – авитаминоз, если витамины находятся в избытке – гипервитаминоз.
Данные, свидетельствующие о существовании витаминов, накапливались постепенно. Важность некоторых видов пищи для предотвращения определенных болезней была известна еще в древности. Так, древние египтяне знали, что печень помогает от куриной слепоты. Ныне известно, что куриная слепота может вызываться недостатком витамина А.
В 1747 г. шотландский врач Джеймс Линд, пребывая в длительном плавании, провел своего рода эксперимент на больных матросах. Вводя в их рацион различные кислые продукты, он открыл свойство цитрусовых предотвращать цингу. Джеймс Кук на практике доказал роль растительной пищи в предотвращении цинги, введя в корабельный рацион кислую капусту и цитрусовый сироп. В результате он не потерял от цинги ни одного матроса – неслыханное достижение для того времени. Лимоны и другие цитрусовые стали стандартной добавкой к рациону британских моряков. Это послужило появлением крайне обидной для матросов клички – лимонник.
Русский биолог Николай Лунин (1880 г.) скармливал подопытным мышам по отдельности все известные вещества (элементы), входящие в состав коровьего молока: сахар, белки, жиры, углеводы, соли. Мыши погибли. В то же время мыши, которых кормили молоком, нормально развивались. Лунин сделал вывод, что существует неизвестное вещество, в небольших количествах необходимое для жизни живого организма.
В 1889 г. голландский врач Эйкман обнаружил, что куры при питании вареным белым рисом заболевают бери-бери, а при добавлении в пищу рисовых отрубей – излечиваются. Роль неочищенного риса в предотвращении бери-бери у людей открыта в 1905 г. Уильямом Флетчером.
Польский ученый Казимир Функ в 1911 г. выделил кристаллический препарат, небольшое количество которого излечивало бери-бери. Препарат был назван «Витамайн» –(Vitamine), от латинского vita – «жизнь» и английского amine – «амин», азотсодержащее соединение. Функ высказал предположение, что и другие болезни – цинга, пеллагра, рахит тоже могут вызываться недостатком определенных веществ.
В 1923 г. установлена химическая структура витамина С, а в 1933 г. швейцарские иследователи синтезировали аскорбиновую кислоту, идентичную витамину С.
Ученые Хопкинс и Эйкман в 1929 г. за открытие витаминов получили Нобелевскую премию.
Затем были открыты и другие витаимны.
Лайнус Полинг в 1970 г. написал книгу «Витамин С, обычная простуда и грипп», в которой дал документальные свидетельства об эффективности этого витамина. С тех пор «аскорбинка» остается самым известным, популярным и незаменимым витамином для нашей повседневной жизни. В отличие от животных, человек не может сам вырабатывать витамин С, поэтому его запас необходимо пополнять каждый день.

Вопрос 61. Как классифицируются витамины?
Ответ: Современная классификация витаминов основана на физико-химических свойствах (растворимость) или на их химической природе. Однако до сих пор сохраняются и буквенные обозначения витаминов. Обычно указывается и основной биологический эффект, показывающий способность данного витамина предотвращать или устранять развитие соответствующего заболевания. Исходя из растворимости, витамины делят на водорастворимые и жирорастворимые. Водорастворимые витамины в существенных количествах не депонируются (не накапливаются) в организме и при избытке выводятся с мочой. Жирорастворимые витамины накапливаются в организме, причем их депо являются жировая ткань и печень. Это объясняет то, что гиповитаминозы довольно часто встречаются относительно водорастворимых витаминов, а гипервитаминозы чаще наблюдаютя относительно жирорастворимых витаминов.
По химическому строению и физико-химическим свойствам витамины делят на две группы.
Витамины, растворимые в жирах:
Витамин А (антиксерофтальмический); ретинол
Витамин D (антирахитический); кальциферолы
Витамин Е (антистерильный, витамин размножения); токоферол
Витамин К (антигеморрогический); нафтохиноны.
Витамины, растворимые в воде:
Витамин В1 (антиневритный); тиамин
Витамин В2 (витамин роста); рибофлавин
Витамин В3 (антидерматитный); пантотеновая кислота
Витамин В6 (антидерматитный); адермин, пиридоксин
Витамин Вс (антианемический); фолиевая кислота
Витамин В12 (антианемический); цианкобаламин, кобаламин
Витамин РР (антипеллагрический); ниацин, никотинамид, витамин В5
Витамин Р (капилляроукрепляющий); биофлавоноиды
Витамин Н (антисеборейный, фактор роста бактерий, дрожжей и грибков); биотин
Витамин С (антискорбутный); аскорбиновая кислота.

Обратите внимание, что в различных источниках пантотеновую кислоту и витамин РР могут называть по-разному. По классификации Международного союза по чистой и прикладной химии (IUPAC) витамин В3 – это пантотеновая кислота, а никотиновая кислота – это витамин РР. Но исторически сложилось так, что, в одних странах пантотеновую кислоту называют витамином В3, в других – витамином В5. Теми же двумя терминами обозначается и витамин РР.
Вопрос 62. Каковы функции витаминов в организме?
Ответ: Витамины участвуют во множестве биохимических реакций, выполняя каталитическую функцию в составе активных центров разнообразных ферментов. Ферменты – это биологически активные соединения белковой природы, ускоряющие все метаболические реакции, протекающие в организме. Витамины входят в состав многих коферментов. Коферментом называют небелковую часть фермента, необходимую для его функционирования. Даже если в организме в достаточном количестве присутствует фермент, при авитаминозе (а, следовательно, и отсутствии кофермента) реакция, катализируемая данным ферментом, протекать не будет.
Витамины могут также выступать информационными регуляторными посредниками, выполняя сигнальные функции гормонов. Термином «сигнальная функция» обозначается способность гормонов служить сигнальными веществами, передавая сигналы между тканями и клетками. Гормон связывается со специальным белком-рецептором, расположенным на мембране клетки, в цитозоле или в её ядре. Связывание гормона с рецептором является сигналом, запускающим в клетке необходимые химические реакции (например, отщепление глюкозы от макромолекулы гликогена).
Концентрация витаминов в тканях и суточная потребность в них невелики, но при недостаточном поступлении витаминов в организм наступают патологические изменения, с характерными признаками, являющиеся опасными для жизнедеятельности.
Витамины отличаются от других органических пищевых веществ тем, что не включаются в структуру тканей и не используются организмом в качестве сточника энергии (не обладают калорийностью).
Большинство витаминов не синтезируется в организме человека. Поэтому они должны регулярно и в достаточном количестве поступать в организм с пищей или в виде витаминно- минеральных комплексов и пищевых добавок. Исключения составляют витамин К, достаточное количество которого в норме синтезируется в толстом кишечнике человека за счет деятельности бактерий, и витамин В3, синтезируемый бактериями кишечника из аминокислоты триптофан.
Биологические функции виаминов водорастовримых и жирорастворимых витаминов приведены в таблицах 1 и 2. Там же приведены и характерные признаки авитаминозов, вызванных отсутствием в организме того или иного витамина.

Таблица 1. Биологические функции и характерные признаки авитаминозов витаминов, растворимых в воде.
Название
Биологические функции
Характерные признаки авитаминозов

В1
(тиамин)
Декарбоксилирование (- кетокислот, транскетолаза
Полиневрит

В2 (рибофлавин)
В составе дыхательных ферментов, перенос водорода
Поражение глаз (кератиты, катаракта)

B3
(пантотеновая кислота)
Транспорт ацильных групп
Дистрофические изменения в надпочечниках и нервной ткани

В6
(пиридоксин)
Обмен аминокислот (трансаминирование, декарбоксилирование)
Повышенная возбудимость нервной системы, дерматиты

PP (ниацин)
Акцепторы и переносчики водорода
Симметричный дерматит, деменция, диарея

Н (биотин)
Фиксация СО2, реакции карбоксилирования (например, пирувата и ацетил-КоА)
Дерматиты, усиленная деятельность сальных желёз

Вc (фолиевая кислота)
Транспорт одноуглеродных групп
Нарушения кроветворения (анемия)

В12
(кобаламин)
Транспорт метальных групп
Макроцитарная анемия

С
(аскорбиновая кислота)
Гидроксилирование пролина, лизина (синтез коллагена), антиоксидант
Кровоточивость дёсен, расшатывание зубов, подкожные кровоизлияния, отёки (цинга)

Р
(рутин)
Вместе с витамином С участвует в окислительно- восстановительных процессах, тормозит действие гиалуронидазы
Кровоточивость дёсен и точечные кровоизлияния


Таблица 2. Биологические функции и характерные признаки авитаминозов жирорастворимых витаминов.
Название
Биологические функции
Характерные признаки авитаминозов

А
(ретинол)
Участвует в акте зрения, регулирует рост и дифференцировку клеток
Куриная слепота, ксерофтальмия, кератомаляция, кератоз эпителиальных клеток

D (кальциферол)
Регуляция обмена фосфора и кальция в организме
Рахит

Е
(токоферол)
Антиоксидант; регулирует интенсивность свободнорадикальных реакций в клетке
Недостаточно изучены; положительно влияет на развитие беременности, при лечении бесплодия

К (нафтохинон)
Участвует в активации факторов свёртывания крови.
Нарушение свёртывающей системы крови


Вопрос 63. Каковы причины возникновения гипо- и авитаминозов?
Ответ: Причины гипо- и авитаминозов могут быть экзогенными и эндогеннными.
К экзогенным причинам относится недостаточное поступле витаминов или полное отсутствие их в пище.
Эндогенные причины:
– повышенная потребность в витаминах при некоторых физиологических и патологических состояниях (беременность, лактация, тиреотоксикоз);
– нарушение процесса всасывания витаминов при заболеваниях пищеварительного тракта;
– усиленный распад витаминов в кишечнике вследствие развития в нем микрофлоры;
– болезни печени, поджелудочной железы, сопровождающиеся нарушением всасывания жиров, жирных кислот и соответственно жирорастворимых витаминов.
Если авитаминоз (гиповитаминоз) развивается на экзогенной почве, то вводят недостающий витамин с пищей или чистый его препарат. Если причина эндогенная, то, помимо лечения основного заболевания, параллельно вводят витамин парентерально.
Вопрос 64. Охарактеризуйте строение, источники и биологическое действие витамина В1.
Ответ: Структура витамина включает пиримидиновое и тиазоловое кольца, соединенные метиленовой группой (–СН2–):
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ]
Витамин В1 – первый витамин, выделенный в кристаллическом виде К.Функом в 1912 г. Он широко распространен в продуктах растительного происхождения (оболочка семян хлебных злаков и риса, горох, фасоль, соя и др.). В организмах животных витамин В1 содержится преимущественно в виде дифосфорного эфира тиамина (тиаминдифосфат, ТДФ):
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ]
ТДФ образуется в печени, почках, мозге, сердечной мышце путем фосфорилирования тиамина приучастии тиаминпирофосфокиназы и АТФ.
Суточная потребность взрослого человека составляет в среднем 23 мг витамина В1. Потребность в нем зависит от состава и общей калорийности пищи, интенсивности обмена веществ и интенсивности работы. Преобладание углеводов в пище повышает потребность организма в витамине; жиры – наоборот, резко уменьшают эту потребность.
Витамин В1 легко всасывается в кишечнике, не токсичен, не накапливается в тканях; его избыток быстро выводится с мочой.
Биологическая роль витамина В1, определяется тем, что в виде ТДФ он входит в состав как минимум трех ферментов и ферментных комплексов: в составе пируват- и
·- кетоглутаратдегидрогеназных комплексов он участвует в окислительном декарбоксилировании пировиноградной и
·-кетоглутаровой кислот, в составе транскетолазы ТДФ участвует в пентозофосфатном пути превращения углеводов.
Основной, наиболее характерный и специфический признак недостаточности витамина В1 – полиневрит, в основе которого лежат дегенеративные изменения нервов. Вначале развивается болезненность вдоль нервных стволов, затем – потеря кожной чувствительности и наступает паралич (бери-бери). Второй важнейший признак заболевания – нарушение сердечной деятельности, что выражается в нарушении сердечного ритма, увеличении размеров сердца и в появлении болей в области сердца. К характерным признакам заболевания, связанного с недостаточностью витамина В1 относят нарушение секреторной и моторной функций желудочно-кишечного тракта; снижение кислотности желудочного сока, потерю аппетита, атонию кишечника.
В ряде стран Азии и Индокитая, где основным продуктом питания служит рис без оболочки и семян, широко распространено заболевание бери-бери. В европейских странах недостаток витамина В1 проявляется как симптом Вернике в виде энцефалопатии или как симптом Вейса в виде поражения сердечно - сосудистой системы. Содержание витамина В1 в сердечной мышце и печени у больных бери-бери в 56 раз ниже нормы. Вероятно, что это заболевание является следствием недостаточности не только витамина В1, но и витаминов РР, С и других.

Вопрос 65. Что представляет собой витамин В2 (рибофлавин)? Каково его влияние на организм человека?
Ответ: Впервые витамин В2 был выделен из молока, а затем и из других продуктов. В зависимости от источника получения витамин В2 называли по-разному, хотя это было одно и то же соединение. Витамин В2 – кристаллы желтого цвета (желтый – «flavos» лат.). Его растворы в воде имеют оранжевую окраску и желто-зеленую флуоресценцию. В основе молекулы рибофлавина лежит гетероциклическое соединение изоаллоксазин (сочетание бензольного, пиразинового и пиримидинового колец). В положении девять к атому азота присоединен остаток пятиатомного спирта – рибитола:
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ]
Витамин В2 устойчив в кислых растворах, но легко разрушается в нейтральных и щелочных средах. Он чувствителен к видимому и ультрафиолетовому свету и легко подвергается обратимому восстановлению, присоединяя водород по месту двойной связи и превращаясь в бесцветную лейкоформу. Это свойство лежит в основе его биологического действия в процессе метаболизма.
Основные источники витамина В2 – печень, почки, яйца, молоко, дрожжи. Витамин В2 также содержится в шпинате, пшенице, ржи. Частично человек получает витамин В2 как продукт жизнедеятельности кишечной микрофлоры.
Суточная потребность в витамине В2 взрослого человека составляет 1,7 мг. При тяжелой физической нагрузке и в пожилом возрасте эта потребность возрастает.
В слизистой оболочке кишечника после всасывания витамина происходит образование коферментов флавинмононуклеотида (ФМН) и флавинадениндинуклеотида (ФАД):
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ]
Коферменты ФАД и ФМН входят в состав ферментов (оксидоредуктаз), принимающих участие в окислительно- восстановительных реакциях. Эти ферменты катализируют два типа реакций. Первый тип – это реакции, в которых происходит прямое окисление с участием кислорода (оксидазы аминокислот, альдегидооксидаза, ксантинооксидаза и др.). Второй тип –окисление восстановленных пиридиновых коферментов (один из главных процессов биологического окисления).
Клинические проявления недостаточности витамина В2 выражаются в остановке роста молодых организмов. Часто развиваются воспалительные процессы на слизистой оболочке ротовой полости, появляются длительно незаживающие трещины в углах рта, дерматит носогубной складки. Типично воспаление глаз: конъюктивиты, васкуляризация роговицы, катаракта. Кроме того, при авитаминозе В2 развиваются общая мышечная слабость и слабость сердечной мышцы.

Вопрос 66. Охарактеризуйте значение витамина РР.
Ответ: Витамин РР (никотиновая кислота, никотинамид, ниацин, витамин В5) выделен в 1937 г. из печени. При введении никотиновой кислоты или ее амида происходит излечение от болезни – пеллагра, поэтому витамин РР называют антипелларгическим витамином.
Витамин РР относят к соединениям пиридинового ряда:
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ]
Он мало растворим в воде, но легко растворяется в водных щелочных растворах. В чистом виде никотиновая кислота представляет собой белые кристаллы, похожие на иглы.
Витамин РР широко распространен в продуктах растительного происхождения, высоко его содержание в рисовых и пшеничных отрубях, дрожжах. Много витамина содержится в печени и почках крупного рогатого скота и свиней. Витамин РР может образовываться из триптофана, что снижает потребность в витамине РР при увеличении количества триптофана в пище.
Суточная потребность в этом витамине составляет для взрослых 18 мг.
Никотиновая кислота в организме входит в состав никотинамидадениндинуклеотида (НАД+) и никотинамидадениндинуклеотидфосфата (НАДФ+), выполняющих функции коферментов различных дегидрогеназ (подкласс оксидоредуктаз).
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ]

Недостаточность витамина РР приводит к заболеванию «пеллагра», для которой характерны три основных признака: дерматит, диарея, деменция («три Д»). Пеллагра проявляется в виде симметричного дерматита на участках кожи, доступных действию солнечных лучей, расстройства желудочно-кишечного тракта (диарея) и воспалительных поражений слизистых оболочек рта и языка. В далеко зашедших случаях пеллагры наблюдают расстройства центральной нервной системы (деменция): потеря памяти, галлюцинации и бред. Симптомы пеллагры особенно резко выражаются у больных с недостаточным белковым питанием, что связано с недостатком триптофана, из которого может синтезироваться никотинамид в тканях.

Вопрос 67. Какое действие на организм оказывает пантотеновая кислота?
Ответ: Пантотеновая кислота (от греческого pantoten – повсюду), витамин В3, была открыта в 1933 г. Она широко распространена во всех живых объектах (растения, животные, микроорганизмы). Синтез пантотеновой кислоты был осуществлен в 1940 г.
Пантотеновая кислота состоит из остатков D-2,4- дигидрокси-3,3-диметилмасляной кислоты и
·-аланина, соединенных между собой амидной связью:
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ]
Пантотеновая кислота хоршо растворима в воде, она малоустойчтва и легко гидролизуется по месту пептидной связи под действием кислот и щелочей. Она синтезируется растениями и микроорганизмами. Содержится во многих продуктах животного и растительного происхождения (яйца, печень, мясо, рыба, молоко, дрожжи, картофель, морковь, пшеница, яблоки). В кишечнике человека пантотеновая кислота в небольших количествах продуцируется кишечной палочкой.
Суточная потребность человека в пантотеновой кислоте составляет 35 мг.
Пантотеновая кислота используется для синтеза коферментов: 4-фосфопантотеина и коэнзима А (кофермента А, КоА):
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ]
4-Фосфопантотеин является коферментом пальмитоилсинтазы (фермент, катализирующий синтез пальмитиновой кислоты). КоА участвует в переносе ацильных радикалов в реакциях общего пути катаболизма, активации жирных кислот, синтеза холестерина и кетоновых тел, синтеза ацетилглюкозаминов, обезвреживании чужеродных веществ в печени.
При недостатке витамина В3 у человека и животных развиваются дерматиты, дистрофические изменения желез внутренней секркции (например, надпочечников), нарушение деятельности нервной системы (невриты, параличи), дистрофические изменения в сердце, почках, депигментация и выпадение волос и шерсти у животных, потеря аппетита, истощение. Низкий уровень пантотена в крови у людей часто сочетается с другими гиповитаминозами (В1, В2) и проявляется как комбинированная форма гиповитаминоза.

Вопрос 68. Какова структура витамина В6? Как он влияет на жизнедеятельность человека?
Ответ: Витамина В6 (антидерматитный, пиридоксин) был открыт в 1934 г., а в 1938 г. его выделили из дрожжей и печени, а затем получили синтетическим путем.
Термином «витамин В6» обозначают три производных пиридина, обладающих одинаковой витаминной активностью: пиридоксол (пиридоксин), пиридоксаль, пиридоксамин. Эти три формы витамина В6 отличаются друг от друга природой заместителя в положении 4 пиридинового ядра.
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ]
Все три формы витамина бесцветные кристаллы, хорошо растворимые в воде и этиловом спирте. Водные растворы устойчивы по отношению к кислотам и щелочам, но чувствительны к действию света в нейтральной среде.
Все формы витамина В6 используются в организме для синтеза коферментов: пиридоксальфосфата и пиридоксаминфосфата.
Коферменты образуются путем фосфорилирования по гидроксиметильной группе в пятом положении пиримидинового кольца при участии фермента пиридоксалькиназы и АТФ как источника фосфата.
Пиридоксалевые ферменты играют ключевую роль в обмене аминокислот: катализируют реакции трансаминирования и декарбоксилирования аминокислот, участвуют в специфических реакциях метаболизма отдельных аминокислот: серина, треонина, триптофана, серосодержащих аминокислот, а также в синтезе
·-аминолевулиновой кислоты, являющейся предшественником гема в гемоглобине. Известно более 20 пиридоксалевых ферментов, катализирующих главные реакции азотистого обмена во всех живых организмах. Авитаминоз В6 у детей проявляется повышенной возбудимостью центральной нервной системы, переодическими судорогами, что связано, возможно, с недостаточным образованием тормозного медиатра (- аминомасляной кислоты (ГАМК), специфическими дерматитами, которые не поддаются лечению никотиновой кислотой. У взрослых признаки гиповитаминоза В6 наблюдаются при длительном лечении туберкулеза изониазидом (антогонист витамина В6). При этом возникают поражения нервной системы (полиневриты), дерматиты. При недостатке витамина В6 нарушается обмен триптофана.
Основным источником витамина В6 для человека являются такие продукты питания, как яйца, печень, молоко, зеленый перец, морковь, пшеница, дрожжи. Некоторое количество витамина синтезируется кишечной флорой. Во многих продуктах животного происхождения витамин В6 связан с белком, но в пищеварительном тракте под влиянием ферментов он легко освобождается. Суточная потребность организма человека в витамине В6 составляет 23 мг.

Вопрос 69. Какое строение имеет молекула биотина? Какова его биологическая роль?
Ответ: В начале двадцатого века было установленно, что в дрожжевом экстрактк печени и желтке куриного яйца содержится витамин, отличающийся от уже известных к тому времени витаминов. Он стимулировал рост дрожжей и азотфиксирующих бактерий. Этот витамин назвали биотином (от греческого bios – жизнь) или коэнзимом R. Названия: биотин, витамин Н, коэнзим R, относятся к одному и тому же индивидуальному веществу. Некоторые белки, прежде всего гликопротеин авидин, способны связывать биотин с образованием нерастворимого в воде комплекса. Этот комплекс не подвергается расщеплению в пищеварительном тракте, поэтому биотин не всасывается, хотя и содержится в пищевых продуктах.
В основе строения биотина лежит тиофеновое кольцо, к которому присоединена молекула мочевины, а боковая цепь представлена валериановой кислотой:
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ]
Биотин может связываться с аминокислотой лизин, образуя биологически активный биоцитин. Сложные природные белки, содержащие биотин, при попадании в организм расщепляются с образованием биоцитина, который подвергается гидролизу с образованием биотина и лизина.
Биотин содержится почти во всех продуктах животного и растительного происхождения. Наиболее богаты им печень, почки, молоко, желток яйца. В обычных условиях человек получает достаточное количество биотина в результате бактериального синтеза в кишечнике. Суточная потребность в биотине у человека примерно 0,25 мг.
Биотин выполняет коферментную функцию в составе карбоксилаз.
В организме биотин используется в образовании малонил- КоА , в синтезе пуринового кольца, а также в реакции карбоксилирования пирувата с образованием оксалоацетата. Клинические проявления недостаточности биотина у человека изучены мало, поскольку бактерии кишечника обладают способностью синтезировать этот витамин в необходимых количествах. Поэтомо картина авитаминоза проявляется при дисбактериозах кишечника, например, после приема больших количеств антибиотиков или сульфаниламидных препаратов, вызывающих гибель микрофлоры кишечника, либо после введения в рацион большого количества сырого яичного белка. В яичном белке содержится гликопротеин авидин, который соединяется с биотином и препятствует всасыванию биотина из кишечника. Авидин состоит из четырех идентичных субъединиц, содержащих по 128 аминокислот; каждая субъединица связывает по одной молекуле биотина.
При недостаточности биотина у человека развиваются явления специфического дерматита, характеризующегося покраснением и шелушением кожи, а также обильной секрецией сальных желез (себорея). При авитаминозе витамина Н наблюдается также выпадение волос и шерсти у животных, поражение ногтей, часто отмечают боли в мышцах, усталость, сонливость и депрессию.

Вопрос 70. Что представляет собой витамин Вс? Каково его влияние на жизнедеятельность организма?
Ответ: Витамин Вс (фолиевая кислота) (от латинского folium – лист) был выделен из зеленых листьев растений в 1941 г. Первые сведения о витамине Вс были получены в 1940 г. в опытах с цыплятами. Буква «с» в обозначении витамина происходит от английского слова chicken – цыпленок.
Молекула фолиевой кислоты включает три структурных остатка: птеридина, пара-аминобензойной кислоты и L- глутаминовой кислоты.
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ]
В молекуле может содержаться от 3 до 6 остатков глутаминовой кислоты в зависимости от источника получения витамина. Фолиевая кислота – игольчатые кристаллы желтого цвета (кристаллогидрат с двумя молекулами воды), устойчива на воздухе, растворяется в воде (ограниченно), уксусной кислоте, спиртах; при длительных воздействиях света разрушается.
Витамин Вс содержится в зеленых растениях, дрожжах, печени, почках, мясе, других продуктах животного происхождения.
Суточная потребность организма человека в фолиевой кислоте составляет около 2 мг.
Фолиевая кислота может синтезироваться в кишечнике человека и животных. Восстановленная фолиевая кислота служит субстратом для синтеза коферментов, участвующих в реакциях переноса одноуглеродных радикалов различной степени окисленности: метильных, оксиметильных, формильных и других. Коферменты участвуют в синтезе пуриновых нуклеотидов, в обмене глицина и серина.
Признаком авитаминоза витамина Вс является нарушение кровотечения, развитие различных форм малокровия (макроцитарная анемия), лейкопения и задержка роста. При недостатке фолиевой кислоты обнаруживается восстановление эпителия, особенно в ЖКТ, что обусловленно недостатком пуриновых и пиримидиновых основания для синтеза ДНК в постоянно делящихся клетках слизистой оболочки. Авитаминоз фолиевой кислоты редко проявляется у человека и животных, так как этот витамин в достаточном количестве синтезируется кишечной микрофлорой. Развитие авитаминоза могут вызывать сульфаниламидные препараты. Эти препараты – структурные аналоги парааминобензойной кислоты; они препятствуют синтезу фолиевой кислоты. Производные птеридина (аминоптерин и метотрексат) тормозят рост почти всех организмов, нуждающихся в фолиевой кислоте. Эти лекарства применяются для лечения онкологических больных.

Вопрос 71. Охарактеризуйте строение и биологическое действие витаимна В12.
Ответ: Витамин В12 (цианкобаламин) был получен в чистом виде в 1948 г., его сложная структура расшифрована с помощью рентгенографического и кристаллографического методов исследования в 1955 г., и только в 1971 г. под руководством известного химика Р.Б. Вудверда был осуществлен его синтез:
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ]

Молекула витамина В12 содержит планарную (плоскостную) группу из четырех пиррольных колец с атомом кобальта в центре. Перпендикулярно к планарной группе располагается нуклеотид, включающий диметилбензимидазол в качестве основания и
·-D-рибофуранозу в качестве углевода. Планарная группа витамина В12 окрашена в рубиново-красный цвет. Водные растворы витамина В12 в светло-сиреневый цвет. Витамин В12 хорошо растворим в воде, спиртах, алифатических органических кислотах, но не растворим в эфире, ацетоне, хлороформе, бензоле. Под действием света он теряет свою активность. Из природных источников были выделены аналоги витамина В12, но все они обладают меньшей биологической активностью.
Это единственный витамин, синтезируемый почти исключительно микроорганизмами: бактериями,актиномицетами и сине-зелеными водорослями. Животные и растения не способны его синтезировать.
Источниками витамина В12 для человека служат: мясо, говяжья печень, почки, рыба, молоко, яйца. Витамин В12 накапливается у человека в печени. При наличии в пище кобальта витамин В12 может синтезироваться микрофлорой кишечника.
Потребность в витамине В12 для взрослого человека составляет примерно 0,003 мг в сутки.
Авитаминоз В12 связан с нарушением всасывания витамина в тонком кишечнике. Витамин хорошо всасывается, если в кишечнике и желудочном соке присутствует особый белок – гастромукопротеин (так называемый «внутренний фактор Касла»), который связывает витамин В12 в специфический комплекс. Оканчательно роль фактора Касла не выяснена. Он синтезируется обкладочными клетками желудка и соединяется с витамином В12 при участии ионов кальция. Гиповитаминоз В12 обычно сочетается с понижением кислотности желудочного сока, а также может развиться после удаления желудка при хирургических операциях.
Витамин В12 служит источником образования двух коферментов: метилкобаламина в цитоплазме и дезоксиаденозилкобаламина в митохондриях.
Витамина В12 участвует в образовании метионина из гомоцистеина, принимает участие в превращениях производных фолиевой кислоты, необходимых для синтеза нуклеотидов – предшественников ДНК и РНК; участвует в метаболизме жирных кислот с нечетным числом углеродных атомов и аминокислот с разветвленной углеродной цепью.
При авитаминозе В12 развивается макроцитарная (мегалобластная) анемия. Увеличиваются размеры эритроцитов, снижается их количество в кровотоке, снижается концентрация гемоглобина в крови. Нарушение кроветворения связано в первую очередь с нарушением обмена нуклеиновых кислот, в частности синтеза ДНК в быстроделящихся клетках кроветворной системы. Для авитаминоза В12 характерно также расстройство деятельности нервной системы из-за накопления токсичной метилмалоновой кислоты, образующейся в организме при распаде жирных кислот и некоторых аминокислот.

Вопрос 72. Опишите строение и биологическое действие витамина С.
Ответ: Первые сведения о витамине С (аскорбиновой кислоте) относятся к 1885 г.Тогда его называли антицинготным фактором, так как его наличие в пище предотвращало возникновение заболевания цинга (скорбут). С 1920 г. антицинготный фактор получил название витамина С. В 1927 г. было установлено его строение, а в 1932 г. осуществили синтез:
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ]
Витамин С – это бесцветные кристаллы, кислые на вкус, хорошо растворимые в спирте и воде, но нерастворимые в бензоле, хлороформе, эфире. В присутствии кислорода воздуха а также в растворах (особенно щелочных) витамин С быстро разрушается. Ионы железа и меди ускоряют этот процесс. Поэтому при кулинарной обработке пищи часть витамина С разрушается.
Источниками витамина С служат фрукты, овощи, зелень. Особенно много его в плодах шиповника, облепихи, черной смородины. Содержится он и в картофеле, томатах, яблоках и т.д.
Средняя суточная потребность человека в витамине С достаточна велика и составляет около 75 мг. Некоторые ученые рекомендуют более высокие дозы (до 1 г), но они пока недостаточно обоснованы.
Длительный прием высоких доз аскорбиновой кислоты приводит к [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ] [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ]; повышает концентрацию мочевой кислоты в моче; способствует образованию [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ]; увеличивает концентрацию эстрогенов в крови женщин, получающих эстрогенные препараты. Кроме того, на фоне высоких доз витамина С активируются метаболизирующие его ферменты. Если это происходит во время [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ], то у новорожденного может развиться [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ].
Витамин С активно участвует в окислительно - восстановительных процессах: при гидроксилировании пролина и лизина, присинтезе коллагена, синтезе гормонов коры надпочечников, аминокислоты триптофан и др. Ферментные системы, в состав которых входит витамин С, пока не выделены. В кишечнике аскорбиновая кислота восстанавливает Fe2+ до Fe3+ , способствуя его всасыванию, ускоряет освобождение железа из ферритина.
Недостаточность аскорбиновой кислоты приводит к заболеванию, называемому цинга. Цинга, возникающая у человека при содержании в пищевом рационе свежих фруктов и овощей, описана более 300 лет назад, со времени проведения длительных морских плаваний и северных экспедиций. Болеют цингой только люди, приматы и морские свинки. При цинге нарушается образование коллагена в соединительной ткани. От этого разрыхляются десны, расшатываются зубы, нарушается целостность капилляров (появляются подкожные кровоизлияния). Возникают отеки, боль в суставах, анемия. Анемия при цинге может быть связана с нарушением способности использовать запасы железа, а также с нарушением метаболизма фолиевой кислоты.

Вопрос 73. Что представляют собой бифлавоноиды? Как они влияют на организм человека?
Ответ: Бифлавоноиды – большая группа веществ со сходной биологической активностью: катехины, халконы, дигидрохалконы, флавины и некоторые другие. Все эти вещества повышают проницаемость капиллярных сосудов (от латинского permeabiliti –проницаемость) и объединяются под общим названием – витамин Р (рутин). В основе этих веществ лежит скелет флавона. Очень часто в состав бифлавоноидов вхлдят остатки углеводов.
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ]
Химически чистые соединения Р-витаминной группы представляют собой кристаллические вещества желтого или оранжевого цвета, труднорастворимые в воде, но растворимые в спиртовых растворах. Источником витамина Р являются те же продукты, в которых много витамина С, а также гречиха, черника, брусника, вишня, виноград, перец и др.
Суточная потребность для человека в витамине Р не установлена.
Биологическая роль флавоноидов заключается в стабилизации межклеточного матрикса соединительной ткани и уменьшении проницаемости капилляров. Многие представители группы витамина Р обладают гипотензивным действием.
Считают, что витамины группы Р, участвуют в окислительно-восстановительных процессах, взаимосвязанных с витамином С. Действие витаминов С и Р усиливается в присутствии друг друга. Витамин С может образовывать комплексные соединения с биофлавоноидами. Один из таких комплексов – лечебный препарат аскорутин. В последнее время установленно, что витамины группы Р являются антиоксидантами, проявляют противоопухолевую активность.
Клиническая активность гиповитаминоза витамина Р характеризуется повышенной кровоточивостью десен и точечными подкожными кровоизлияниями, общей слабостью, быстрой утомляемостью и болями в конечностях.

Вопрос 74. Какова химическая природа витамина А? Каково его биологическое действие?
Ответ: Витамин А (ретинол) имеет несколько витамеров (разновидностей) – А1 и А2. наиболее распространенным из них является витамин А1 (его много в печени морских рыб).
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ]

Изучение витамина А началось в 1909 г., синтез осуществили в 1933 г. Две формы витамина – А1 и А2 имеют геометрические изомеры, но биологической активностью обладают лишь некоторые из них. Таким образом, витамин А представляет собой смесь циклических ненасыщенных спиртов с большим числом сопряженных двойных связей.
Витамеры витамина А – кристаллические вещества лимонно-желтого цвета, хорошо растворимы в жирах и жирорастворителях: эфире, хлороформе, бензоле и т.д. При отсутствии кислорода витамин А устойчив. В организме ретинол окисляется при участии биокатализаторов в альдегид – ретиналь, также биологически активный. В тканях животных витамин А может находиться в виде сложных эфиров с пальмитиновой кислотой.
Источнтком витамина А для человека являются: рыбий жир, печень, желток яйца, сливочное масло, зеленые части растений и красномякотные овощи (морковь, перец, томаты и др.). В овощах витамин А содержится в виде провитамина
·-каротина.
·-Каротин в организме человека и животных (в кишечной стенке) распадается с образованием витамина А1. Усвоение витамина А и каротина зависит от содержания жиров в пище и от наличия свободных желчных кислот, которые необходимы для процесса всасывания продуктов распада жиров.
Суточная потребность человека в витамине А составляет в среднем 2,7 мг. У человека витамин А может откладываться в печени про запас (примерно 20 мг витамина на 100 г ткани печени). Витамин А влияет на барьерную функцию кожи, слизистых оболочек, проницаемость клеточных мембран и биосинтез определенных гликопротеинов. Из-за наличия двойных связей витамин А участвует в окислительно-восстановительных реакциях, образуя перекиси, которые, в свою очередь, повышают скорость окисления других соединений.
Подробно изучено участие витамина А в процессе светоощущения. Основным светочувствительным пигментом сетчатки глаза является сложный белок родопсин или зрительный пурпур. Простетическая группа этого белка представлена ретиналем (альдегидная форма витамина А). Под действием света родопсин расщепляется на белок опсин и ретиналь. Ретиналь затем превращается из цис-формы в транс-форму. С этим превращением и связана трансформация световых лучей в зрительное ощущение. В темноте происходит обратный процесс – синтез родопсина. Эти превращения совершаются при действии ферментов дегидрогеназ и изомераз.
При авитаминозе А ослабляется зрение (появляется сумеречная или «куриная» слепота), поражаются эпителиальные ткани (сухость, слущивание эпителия), в том числе и ткани роговицы глаза. Роговица глаза воспаляется (возникает ксерофтальмия), поэтому витамин А называют антиксерофтальмическим витамином. Кроме того при А авитаминозе наблюдается торможение роста, снижение массы и истощение организма. Сухость кожи и слизистых оболочек способствует проникновению микробов, что приводит к возникновению дерматитов, бронхитов и других заболеваний дыхательных путей. У растений принедостатке каротиноидов затрудняется нормальное прорастание пыльцы и оплодотворение.

Вопрос 75. К какому классу веществ относится витамин D ? Как он влияет на функционирование организма человека?
Ответ: Изучение витамина D (кальциферола) началось в 1916 г. В 1931 г. он был получен синтетическим путем. Витамин D существует в виде нескольких витамеров. Наиболее распространены витамины D2 и D3.
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ]
Их можно отнести к классу стероидов. Провитаминами D2 и D3 являются соответственно эргостерин и холестерин. При наличии провитаминов в организме человека под действием солнечных лучей может синтезироваться витамин D. По международной номенклатуре витамин D2 получил название эргокальциферол, а витамин D3 – холекальцеферол.
Витамины D2 и D3 представляют собой бесцветные кристаллы, нерастворимые в воде, но хорошо растворимые в жирах и растворителях жиров (хлороформ, бензол, ацетон, эфир). Оба витамера малостабильны и быстро разрушаются под действием окислителей и минеральных кислот.
Наибольшее количество витамина D3 содержится в продуктах животного происхождения: сливочном масле, желтке яиц, рыбьем жире. Витамина D2 много в растительных маслах и дрожжах.
Суточная потребность витамина D для детей 1225 мг, для взрослого человека потребность значительно меньше.
В организме человека витамин D3 гидроксилируется и превращается в биологически активное соединение 1,25 – дигидроксихолекальциферол. Последний выполняет гормональную функцию, участвуя в регуляции обмена Са2+ и фосфатов, стимулируя всасывание Са2+ в кишечнике и кальцификацию костной ткани, реабсорбцию Са2+ и фосфатов в почках. При низкой концентрации Са2+ или высокой концентрации D3 он стимулирует мобилизацию Са2+ из костей.
При недостатке витамина D у детей развивается заболевание «рахит», поэтому витамина D называют антирахитическим витамином. Рахит характеризуется нарушением кальцификации растущих костей. При этом наблюдается деформация скелета с характерными изменениями костей (Х- или О- образная форма ног, «четки» на ребрах, деформация костей черепа, задержка прорезывания зубов). При «ударной» терапии рахита может возникать большой избыток витамина D в организме. D- гипервитаминоз характеризуется избыточным отложением солей кальция в тканях легких, почек, сердца, стенках сосудов, а также остеопорозом с частыми переломами костей.

Вопрос 76. Как охарактеризовать семейство токоферолов и их влияние на организм человека?
Ответ: В 1936 г. из масла пшеничных зародышей и хлопеового масла были выделены три производных бензопирана, которые оказались витамерами витамина Е. Это
·-,
·- и
·- токоферолы (от греческого tocos – потомство, fero – несущие). Наибольшую биологическую активность проявляет
·-токоферол. Его синтез осуществлен в 1938 г. Позднее были получены
·- токоферол и 8-метилтокотриенол, также обладающие Е-витаминной активностью.
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ]

Токоферолы – это бесцветные маслянистые жидкости, хорошо растворимые в растительных маслах, спирте, эфире. Токоферолы устойчивы по отношению к нагреванию и соляной кислоте, но разрушаются под действием ультрофиолетовых лучей; они обладают оптической активностью.
Источниками витаимна Е для человека являются растительные масла, салат, капуста, семена злаков, сливочное масло, яичный желток.
Витамин Е может откладываться в организме в мышцах, поджелудочной железе, жировой ткани, поэтому Е-авитаминоз наблюдается редко, даже если витамин Е длительно не поступает в организм.
Суточная потребность взрослого человека примерно 5 мг.
Токоферол является биологическим антиоксидантом. Он ингибирует свободнорадикальные реакции в клетках и таким образом препятствует развитию цепных реакций перекисного окисления ненасыщенных жирных кислот в липидах биологических мембран и других молекул, например ДНК. Токоферол повышает биологическую активность витамина А, защищая от окисления ненасыщенную боковую цепь.
Проявления Е-авитаминоза у человека до конца не изучены. Известно положительное влияние витамина Е при лечении нарушения процесса оплодотворения, при повторяющихся непроизвольных абортах, некоторых форм мышечной слабости и дистрофии. Показано применение витамина Е для недоношенных детей и детей, находящихся на искуственном вскармливании, так как в коровьем молоке витамина Е в 10 раз меньше, чем в женском. Дефицит витамина Е проявляется развитием гемолитической анемии из-за разрушения мембран эритроцитов. Может наблюдаться дегенирация спинного мозга и паралич конечностей, жировые перерождения.

Вопрос 77. Какое строение имеет витамин К? Какова его биологическая роль?
Ответ: Группа витаминов К представлена двумя природными витаминами К1 и К2. В растениях содержится витамин К1 (филлохинон), в клетках кишечной флоры – витамин К2 (менахинон).
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ]
Наблюдения, указывающие на существование вещества, регулирующего процесс свертывания крови, впервые были сделаны в 1929 г. В 1939 г. витамин К1 был получен синтетическим путем. Оба витамина (К1 и К2) являются производными нафтохинона и отличаются строением боковых цепей. К-витаминной активностью обладают и некоторые другие производные нафтохинона, например, синтетический витамин К3, менадион, или 2- метил-1,4-нафтохинон. Широкое применение в качестве лекарства нашла натриевая соль гидросульфитного производного витамина К3 – викасол, растворимая в воде (синтезирована в 1942 г. А.В.Палладиным).
Витамин К1 (маслянистая жидкость) и К2 (желтые кристаллы) неустойчивы при нагревании и облучении. Витамин К3 – желтый кристаллический порошок нерастворимый в воде. Викасол представляет собой бесцветный, мелкокристаллический порошок.
Источники витамина К – растительные (капуста, шпинат, корнеплоды и фрукты) и животные (печень) продукты. Кроме того он синтезируется микрофлорой кишечника. Обычно авитаминоз К развивается вследствие нарушения всасывания витамина К в кишечнике, а не врезультате его отсутствия в пище.
Суточная потребность в витамине взрослого составляет 12 мг. Биологическая функция витамина К связана с его участием в процессе свертывания крови. Он участвует в активации факторов свертывания крови: протромбина (фактор ІІ), проконвертина (фактор VІІ), фактора Кристмаса (фактор ІX) и фактора Стюарта (фактор X). Эти белковые факторы синтезируются как неактивные предшественики. Один из этапов активирования – их карбоксилирование по остаткам глутаминовой кислоты с образованием
·-карбоксиглутаминовой кислоты, необходимой для связывания ионов кальция. Витамин К участвует в реакциях карбоксилирования в качестве кофермента.
Протромбин является протеолитическим ферментом и расщепляет некоторые пептидные связи в молекулах растворимого белка крови фибриногена с образованием нерастворимого фибрина.
Для лечения и предупреждения гиповитаминоза К используют синтетические производные нафтохинона: менадион, викасол, синкавит.
Основное проявление авитаминоза К – сильное кровотечение, часто приводящее к шоку и гибели организма.
Существуют соединения, оказывающие действие, противоположное действию витамина К, так называемые антивитамины витамина К. Прежде всего это дикумарол (дикумкрин).
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ]
Это природное вещество резко снижает содержание протромбина в крови и вызывает кровотечения. Синтетический аналог витамина К – варфарин, является эффективным антикоагулянтом и действует как конкурентный ингибитор тромбообразования.
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ]
Дикумарол и варфарин используют для лечения болезней, сопровождающихся повышенной свертываемостью крови, например, тромбофлебиты.





















5. ИДЕНТИФИКАЦИЯ ОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ

Вопрос 78. В трёх пробирках находятся растворы желатина, глюкозы и крахмала (в одной пробирке одно вещество). Как провести идентификацию этих соединений?
Ответ. Идентификация – это установление тождества неизвестного соединения с другим, известным. Для этого обычно сопоставляют свойства веществ, используя часто качественные реакции, характерные для данного класса соединений. Желатин – это белок, глюкоза – моносахарид, крахмал – гомополисахарид.
Качественная реакция на крахмал: синее окрашивание при добавлении раствора йода. Из каждой пробирки отбираем пробы (отливаем по 1 мл в чистые пробирки). К каждой пробе добавим по 1...2 капли раствора йода. В одной из пробирок раствор окрасится в синий цвет, значит, в той пробирке, откуда взята эта проба, содержится крахмал.
Ещё раз возьмём пробы двух оставшихся веществ, добавим к обеим аммиачный раствор оксида серебра и слегка подогреем на водяной бане. В пробе с глюкозой появится осадок серебра – «серебряное зеркало» – качественная реакция на глюкозу.
Идентифицировав два вещества, приходим к выводу, что в третьей пробирке находится желатин. Для проверки добавим к раствору в оставшейся пробирке раствор гидроксида натрия и несколько капель раствора сульфата меди (биуретовая реакция на белки), в пробирке появится фиолетовое окрашивание.
Следует помнить, что не нужно проводить качественные реакции со всем изначальным объёмом раствора, т.к. после первой реакции уже не останется вещества для следующей качественной реакции, или повторения какой-либо реакции, выполненной перед этим некорректно.

Вопрос 79. В трёх пробирках находятся растительное масло, глицерин и раствор мальтозы (в одной пробирке одно вещество). Как провести идентификацию этих соединений?
Ответ. Для идентификации используем качественные реакции для предложенных веществ. Растительное масло – это триацилглицерин, содержащий остатки высших непредельных карбоновых кислот, мальтоза – восстанавливающий дисахарид, глицерин – трёхатомный спирт.
Качественная реакция на кратные связи: обесцвечивание бромной воды или раствора перманганата калия. Нам не известно, в какой из пробирок находится растительное масло, поэтому из каждой пробирки отольём немного раствора в три другие пустые пробирки (т.е., возьмём пробы для проведения реакции). К каждой пробе добавим по 1 мл бромной воды (или раствора перманганата калия) и тщательно перемешаем. В одной из пробирок бромная вода или раствор перманганата калия обесцветится, значит, в той пробирке, откуда взята эта проба, содержится растительное масло.
Ещё раз возьмём пробы двух оставшихся веществ, добавим к обоим аммиачный раствор оксида серебра и слегка подогреем на водяной бане. В пробе с мальтозой появится осадок серебра – «серебряное зеркало» – качественная реакция на соединения, содержащие альдегидную группу.
Идентифицировав два вещества, приходим к выводу, что в третьей пробирке находится глицерин. Для проверки в чистой пробирке смешаем раствор гидроксида натрия и несколько капель раствора сульфата меди, в результате выпадет голубой осадок гидроксида меди (II). После добавления нескольких капель глицерина осадок растворяется, в пробирке появляется васильковое окрашивание медного комплекса глицерина.

Вопрос 80. В трёх пробирках находятся этанол, олеат натрия и раствор винной кислоты (в одной пробирке одно вещество). Как провести идентификацию этих соединений?
Ответ. Для идентификации используем качественные реакции для предложенных веществ. Этанол – это предельный одноатомный спирт, олеат натрия – соль высшей непредельной карбоновой кислоты, винная кислота – гетерофункциональное соединение, содержащее две карбоксильные группы и две гидроксигруппы в вицинальном положении (у соседних атомов углерода).
Хорошо известна качественная реакция на кратные связи: обесцвечивание бромной воды или раствора перманганата калия. Нам не известно, в какой из пробирок находится олеат натрия, поэтому из каждой пробирки отольём немного раствора в три другие пустые пробирки (т.е., возьмём пробы для проведения реакции). К каждой пробе добавим по 1 мл бромной воды или раствора перманганата калия и тщательно перемешаем. В одной из пробирок бромная вода или раствор перманганата калия обесцветится, значит, в той пробирке, откуда взята эта проба, содержится олеат натрия.

СН3(СН2)7СН=СН(СН2)7СОONa + Br2 ( СН3(СН2)7СНBr-CHBr(СН2)7СОONa
натриевая соль олеиновой к-ты натриевая соль 9,10-дибромстеариновой к-ты

Ещё раз возьмём пробы двух оставшихся веществ, осторожно по каплям добавим к каждой пробе 2...3 мл хромовой смеси. В пробе с этанолом в результате протекания окислительно - восстановительной реакции и изменения степени окисления хрома оранжевый цвет хромовой смеси через несколько секунд начнёт переходить в зелёный, реакционная масса разогреется и появится характерный запах продукта окисления этанола. Образующийся ацетальдегид имеет запах зелёного яблока.
3С2Н5ОН + K2Cr2O7 + 4H2SO4 ( 3СН3CHO + K2SO4 + Cr2(SO4)3 + 7H2O
Идентифицировав два вещества, приходим к выводу, что в третьей пробирке находится винная кислота. Для проверки к пробе из этой пробирки добавляем несколько капель раствора гидроксида калия, интенсивно встряхиваем и наблюдаем постепенное выделение белого кристаллического осадка гидротартрата калия. К полученному осадку добавляем по каплям раствор гидроксида натрия до полного его растворения. Образуется раствор двойной калий-натриевой соли винной кислоты (сегнетовой соли):






Затем в чистую пробирку помещаем несколько капель раствора сульфата меди, добавляем раствор гидроксида натрия до выпадения голубого осадка гидроксида меди (II) и добавляем полученный из винной кислоты раствор сегнетовой соли. Осадок растворяется, в пробирке появляется фиолетовое окрашивание медного комплекса:
CuSO4 + 2NaOH ( Cu(OH)2+ Na2SO4





Вопрос 81. В трёх пробирках находятся ацетон, раствор фруктозы и раствор цистеина. Как провести идентификацию этих соединений?
Ответ. Для идентификации используем качественные реакции для предложенных веществ. Ацетон – это кетон, фруктоза – кетогексоза, цистеин – серусодержащая аминокислота.
Качественная реакция на кетогексозы: образование красного окрашивания при нагревании с реактивом Селиванова.
Нам не известно, в какой из пробирок находится раствор фруктозы, поэтому из каждой пробирки отольём немного раствора в три другие пустые пробирки (т.е., возьмём пробы для проведения реакции). К каждой пробе добавим по 1 мл реактива Селиванова, нагреем смесь до кипения, после прекращения нагревания дадим пробам постоять 5 минут. В одной из пробирок появится красное окрашивание, значит, в той пробирке, откуда взята эта проба, содержится раствор фруктозы.
Ещё раз возьмём пробы двух оставшихся веществ, добавим к каждой пробе 0,5 мл насыщенного раствора 2,4- динитрофенилгидразина. В пробе с ацетоном наблюдают появление желтого осадка 2,4-динитрофенилгидразона ацетона.




Идентифицировав два вещества, приходим к выводу, что в третьей пробирке находится раствор цистеина. Для проверки к пробе из этой пробирки добавляем вдвое больший объем раствора гидроксида натрия, перемешиваем, кипятим 1...2 мин. К полученному щелочному раствору добавляем несколько капель раствора ацетата свинца (II) и вновь кипятим. Наблюдаем появление черного осадка.

Вопрос 82. В трёх пробирках находятся растворы альбумина, тирозина и салициловой кислоты. Как провести идентификацию этих соединений?
Ответ. Для идентификации используем качественные реакции для предложенных веществ. Альбумин – это белок, тирозин – аминокислота с ароматическим углеводородным радикалом, салициловая кислота – ароматическая гидроксикислота, содержащая фенольный фрагмент.
Хорошо известно, что фенолы образуют окрашенные комплексы с хлоридом железа (III). Нам не известно, в какой из пробирок находится раствор салициловой кислоты, поэтому из каждой пробирки отольём немного раствора в три другие пустые пробирки (т.е., возьмём пробы для проведения реакции). К каждой пробе добавим по 1 мл раствора хлорида железа (III) и тщательно перемешаем. В одной из пробирок раствор приобретает интенсивную фиолетовую окраску, значит, в той пробирке, откуда взята эта проба, содержится раствор салициловой кислоты.
Для аминокислот с ароматическим углеводородным радикалом качественной является ксантопротеиновая реакция. Ещё раз возьмём пробы двух оставшихся веществ, добавим к каждой пробе 2...3 капли концентрированной азотной кислоты, осторожно нагреем, все время встряхивая. В одной из пробирок раствор окрасится в желтый цвет. Охладив пробирку, осторожно добавляем 2...3 капли 1 водного раствора гидроксида натрия. Появление ярко-оранжевой окраски подтверждает, что в этой пробе содержится раствор тирозина.
Идентифицировав два вещества, приходим к выводу, что в третьей пробирке находится раствор альбумина (яичного белка). Для проверки добавим к раствору в оставшейся пробирке раствор гидроксида натрия и несколько капель раствора сульфата меди (биуретовая реакция на белки), в пробирке появится фиолетовое окрашивание.

Вопрос 83. С помощью каких химических реакций можно идентифицировать жирорастворимые витамины?
Ответ. Витамин А содержит сопряженные двойные связи. Для соединений такого сотава характерно образование окрашенного комплекса по реакции с хлоридом сурьмы (III). Для проведения идентификации 12 капли раствора витамина или, например, рыбьего жира, помещают в сухую пробирку, добавляют 56 капель хлороформного раствора хлорида сурьмы (III) и 23 капли уксусного ангидрида. Появляется синее окрашивание, постепенно переходящее в розово-фиолетовое.
Более специфичной является реакция с сульфатом железа (II). К 23 каплям рыбьего жира (или к 1 капле препарата витамина А, растворенного в 10 мл хлороформа) добавляют 1012 капель ледяной уксусной кислоты, насыщенной сульфатом железа (II), и 23 капли концентрированной серной кислоты. Наблюдают появление голубого окрашивания, постепенно переходящего в розово-красное.
Ещё одна качественная реакция – взаимодействие с серной кислотой (реакция Друммонда). Растворяют 12 капли рыбьего жира в 56 каплях хлороформа и добавляют 12 капли концентрированной серной кислоты. Появляется голубое окрашивание, быстро переходящее в буро-красное.
В основе приведенных реакций лежит дегидратирующее действие хлорида сурьмы (III) и серной кислоты на витамин А. Предшественник витамина А – каротин, дает с сульфатом железа (II) светло-зеленое окрашивание.
Для идентификации витамина D можно использовать реакцию с раствором брома в хлороформе. В сухой пробирке смешивают 1мл рыбьего жира и 1 мл раствора брома в хлороформе. В присутствии витамина D появляется зеленовато-голубое окрашивание. Реакция неспецифична.
Можно определить присутствие витамина D по реакции с анилином. В сухую пробирку наливают 1 мл рыбьего жира и 1 мл смеси анилина с концентрированной соляной кислотой (15:1), перемешивают, осторожно нагревают до кипения и кипятят одну минуту. При наличии витамина D появляется зеленая, а затем красная окраска образовавшейся эмульсии. Пробирку оставляют при комнатной температуре. Эмульсия расслаивается, нижний слой окрашивается в ярко-красный цвет.
Качественная реакция на витамин Е (токоферол) – окисление его азотной кислотой. К 56 каплям 0,1%-ного спиртового раствора токоферола в сухой пробирке прибавляют 10 капель концентрированной азотной кислоты и встряхивают. Образуется эмульсия, которая постепенно расслаивается и ее верхний слой приобретает красную окраску. Окрашивание вызвано окислением токоферола в продукт, имеющий хиноидную структуру. Реакция неспецифична, ускоряется при нагревании.

Вопрос 84. С помощью каких химических реакций можно идентифицировать водорастворимые витамины?
Ответ. Витамин В1 (тиамина) можно окислить до тиохрома. Немного тиамина (на кончике скальпеля) растворяют в 0,5 мл воды, приливают 56 капель 5 %-ного раствора красной кровяной соли и 1 мл 30 %-ного раствора гидроксида натрия, перемешивают. Затем прибавляют 1 мл изобутилового спирта и сильно взбалтывают в течение 12 минут. Наблюдают в верхнем спиртовом слое голубую флуоресценцию в УФ-лучах. Смесь в пробирке при перемешивании нагревают на водяной бане. Наблюдают появление желтой окраски.
Определение витамина В2 (рибофлавин) также основано на использовании окислительно-восстановительной реакции. Рибофлавин растворяют в воде (наблюдают окрашивание и флуоресценцию раствора), к 0,5 мл раствора приливают 10 капель концентрированной соляной кислоты и вносят небольшой кусочек металлического цинка. Начинается выделение пузырьков водорода, жидкость постепенно розовеет, затем обесцвечивается. Реакция обусловлена восстановлением рибофлавина сначала в родофлавин красного цвета, а затем в бесцветный лейкофлавин. При взбалтывании обесцвеченного раствора лейкосоединение вновь окисляется кислородом воздуха в рибофлавин:
Качественная реакция на водорастворимое производное витамина К (викасол). К 1 мл 0,05%-ного спиртового раствора викасола приливают 23 капли 0,025%-ного раствора цистеина и 23 капли 10%-ного раствора гидроксида натрия. Появляется желтое окрашивание.
Качественная реакция на витамин РР. В колбу объемом 50 мл наливают 5 мл раствора никотиновой кислоты и нагревают на водяной бане до 70 (С. Затем в колбу приливают 1 мл роданобромидного раствора, 2 мл спиртового раствора анилина, хорошо перемешивают и добавляют 17 мл спиртовой фосфатно-буферной смеси (рН=5,1). Постепенно раствор окрашивается в красный цвет. Раствор можно отфильтровать и использовать для количественного определения витамина РР.
Существует несколько качественных реакций на витамин С (аскорбиновую кислоту).
Витамин С может взаимодействовать с К3[Fe(CN)6]. К 5 мл 0,02%-ного раствора витамина С прибавляют по несколько капель 5%-ного раствора КOH и 10%-ного раствора К3[Fe(CN)6], перемешивают и добавляют 23 капли 10%-ного раствора соляной кислоты (для подкисления) и 12 капли 10%-ного раствора хлорида железа (III). Появляется сине-зеленое окрашивание и постепенно образуется синий осадок берлинской лазури – Fe4 [Fe(CN)6]3. Параллельно проделывают контрольный опыт, используя вместо раствора витамина С дистиллированную воду. В этом случае берлинская лазурь не образуется.
Характерная окраска образуется и при витамина С с 2,6-дихлориндофенолом. К раствору аскорбиновой кислоты добавляют по каплям 0,02%-ный раствор натриевой соли 2,6- дихлориндофенола – происходит обесцвечивание синего раствора. Раствор аскорбиновой кислоты подкисляют 10%-ным раствором уксусной кислоты и добавляют по каплям 0,02%-ный раствор 2,6-дихлориндофенола. Появляется и исчезает розовое окрашивание.
Качественные реакции на вещества Р-витаминного действия довольно разнообразны.
Реакция с хлоридом железа (III). К 2 мл насыщенного водного раствора рутина прибавляют 34 капли 1%-ного раствора FeCl3. Наблюдают появление зеленого окрашивания вследствие образования комплексного соединения рутина с железом. Координатные связи возникают между ионами железа и атомами кислорода фенольных гидроксильных групп молекулы рутина.
Реакция с серной кислотой. К 2 мл насыщенного водного раствора рутина осторожно по стенке пробирки приливают 1 мл концентрированной серной кислоты. На границе раздела жидкостей появляется желтое кольцо. Концентрированная серная кислота, образует с флаваноидами оксониевые соли, растворы которых окрашены в желтый цвет.
Восстановление кверцетина магнием. К 1 мл насыщенного спиртового раствора кверцетина в пробирке добавляют немного (на кончике скальпеля) порошка металлического магния и несколько капель концентрированной соляной кислоты. Постепенно появляется вначале розовая, а затем малиновая окраска.
Гидролиз рутина. В пробирку насыпают около 0,5 рутина, добавляют 5 мл 0,5%-ного раствора соляной кислоты, осторожно кипятят на спиртовке 12 минуты, затем фильтруют. К полученному фильтрату приливают 3 мл 10%-ного раствора NaOH и 3 мл фелинговой жидкости, снова нагревают до кипения и наблюдают выпадение красного осадка оксида меди (II).
При кислотном гидролизе рутина вначале отщепляется молекула дисахарида – рутинозы, которая далее распадается на глюкозу и рамнозу, проявляющие восстанавливающие свойства.

Вопрос 85. Какими способами можно определить наличие витаминов в биологических объектах?
Ответ. Кроме химических реакций для определения витаминов используют физико-химические и биологические методы.
С некоторыми химическими соединениями витамины вступают в реакции с образованием окрашенных продуктов. Интенсивность окраски раствора пропорциональна содержанию в нём витаминов. Поэтому для обнаружения витаминов часто используют фотоколориметрический метод. Например, витамин В1 определяют при помощи так назывемой диазореакции. Физико-химические методы позволяют судить как о наличии витаминов, так и о количественном содержании их в исследуемом жидком образце или в органнах и тканях человека, животных или растений. Часто определяют наличие витаминов, исследуя сыворотку крови, мочу или биопсийный материал. Однако эти методы можно использовать далеко не во всех случаях из-за трудности в подборе специфических реактивов для определения конкретных витаминов.
Некоторые витамины могут поглощать лучи определённой части спектра. Например, витамин А имеет особую полосу поглощения в области 328330 нм. Измерив фотометрически коэффициент поглощения, можно достаточно точно определить количественное содержание витамина в исследуемом объекте. Витамины В1 и В2 можно определять методом флуорометрии.
В случае биологических методов определяют то минимальное количество витамина, которое при добавлении к искусственной диете, лишённой только данного витамина, предозраняет животное от развития авитаминоза или излечивает его от уже наступившей болезни. Это количество витамина условно пинимают за единицу.
Некоторые бактерии успешно растут в присутствии витаминов. Скорость их роста пропорциональна концентрации витамина. Так, например, можно определить содержание фолиевой кислоты в крови. Количество витаминов принято выражать не только в мг, мкг, но и в международных единицах (МЕ или IU).
МЕ в [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ] это [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ] количества вещества, основанная на биологической активности.
1 МЕ для [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ] эквивалентна 0,3 [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ] [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ], или 0,6 мкг
·-[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ]; для [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ] – 50 мкг [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ];, для [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ] – 0,025 мкг холе- или эргокальциферола.



Литература

1. Тюкавкина Н.А. Биоорганическая химия: учеб. для вузов / Н.А. Тюкавкина Н. А., Ю.И. Бауков. – М.: Дрофа, 2006.
2. Овчинников Ю. А. Биоорганическая химия: учеб. для вузов / Ю.А. Овчинников. – М.: Просвещение, 1987.
3. Руководство к лабораторным занятиям по биоорганической химии / под редакцией Н.А.Тюкавкиной. – М.: Дрофа, 2006.













13PAGE 15


13PAGE 149015





С

О

Н

Н

НО

ОН

Н

СН2ОН

Н

ОН

Н

ОН

С

О

Н

Н

Н

ОН

ОН

СН2ОН

Н

ОН

СН2ОН

СН2ОН

С = О

НО

Н

Н

ОН

Н

ОН

D – рибоза

D – фруктоза

D – глюкоза

D – фруктоза

D – фруктоза

D – фруктоза

С

О

Н

Н

Н

ОН

ОН

СН2ОН

Н

ОН

D - рибоза L - рибоза

С

О

Н

НО

НО

Н

Н

СН2ОН

НО

Н

С

О

Н

Н

Н

ОН

ОН

СН2ОН

Н

ОН

Н

ОН

D - аллоза L - аллоза

С

О

Н

НО

НО

Н

Н

СН2ОН

НО

Н

НО

Н

1

2

3

4

5

6

1

2

3

4

5

6

1

2

3

4

5

1

2

3

4

5

D – рибулоза

СН2ОН

СН2ОН

С = О

Н

ОН

Н

ОН

1

2

3

4

5

L – рибулоза

СН2ОН

СН2ОН

С = О

НО

Н

НО

Н

1

2

3

4

5

D – ксилулоза

L – ксилулоза

1

2

3

4

5

СН2ОН

СН2ОН

С = О

НО

Н

Н

ОН

СН2ОН

СН2ОН

С = О

Н

ОН

НО

Н

1

2

3

4

5

С

О

Н

ОН

СН2ОН

Н

С

О

Н

Н

СН2ОН

НО

L – глицериновый альдегид


D – глицериновый альдегид


D – фруктоза (1)

L – фруктоза (2)

СН2ОН

СН2ОН

С = О

НО

Н

Н

ОН

Н

ОН

2

1

3

4

5

6

2

1

3

4

5

6

СН2ОН

СН2ОН

С = О

Н

ОН

НО

Н

НО

Н

D – фруктоза

С

О

Н

С

О

Н

1

2

3

4

5

6

1

2

3

4

5

6

Н

НО

ОН

Н

Н

ОН

НО

Н

ОН

Н

Н

НО

Н

НО

ОН

Н

СН2ОН

СН2ОН

L – галактоза

D – галактоза

D – идоза

НО

НО

С

О

Н

Н

Н

ОН

СН2ОН

Н

Н

ОН

L – идоза

Н

Н

С

О

Н

НО

ОН

Н

СН2ОН

ОН

НО

Н

С

О

Н

Н

Н

ОН

ОН

СН2ОН

Н

ОН

Н

ОН

D – аллоза

1

2

4

5

6

3

1

2

4

5

6

3

1

2

4

5

6

3

D – глюкоза

Н

Н

С

О

Н

НО

ОН

Н

СН2ОН

ОН

Н

ОН

С

О

Н

НО

НО

Н

Н

СН2ОН

Н

ОН

Н

ОН

D – манноза

1

2

4

5

6

3

1

2

4

5

6

3

+

Проекция Фишера

D-галактоза

(-D-галактопираноза

(-D-галактопираноза

Преобразованная проекция Фишера

Н

НО

ОН

Н

СН2ОН

НО

Н

Н

ОН

1

2

3

4

5

6

С

О

Н

Н

НО

ОН

Н

НО

Н

Н

1

2

3

4

5

6

Н

ОН

О

СН2ОН

Н

НО

ОН

Н

НО

Н

Н

1

2

3

4

5

6

НО

Н

О

СН2ОН

+

Проекция Фишера

D-фруктоза

(-D-фруктофураноза

(-D-фруктофураноза

Преобразованная проекция Фишера

НО

Н

СН2ОН

Н

ОН

Н

ОН

1

2

3

4

5

6

СН2ОН

С = О

НО

Н

СН2ОН

Н

НО

ОН

Н

1

2

3

4

5

6

О

СН2ОН

Н

НОН2С

Н

НО

ОН

Н

1

2

3

4

5

6

О

СН2ОН

ОН


б

в


НО

б

Н

СН2ОН

ОН


Н


Н

ОН

б

НО

СН2ОН

Н

Н

а

О

(-D-глюкопираноза

(-D-фруктофураноза

О

СН2ОН

НОСН2

Н

Н

Н

НО

ОН

ОН

С

О

Н

НО

НО

Н

Н

СН2ОН

Н

ОН

Н

ОН

D-манноза

1

2

4

5

6

3

НОСН2

D-манноза

С

О

Н

ОН

Н

ОН

Н

Н

ОН

ОН

Н

1

2

4

5

6

3

С

О

Н

НО

НО

Н

Н

СН2ОН

Н

ОН

Н

ОН

D-манноза

1

2

4

5

6

3

НОСН2

D-манноза

С

О

Н

ОН

Н

ОН

Н

Н

ОН

ОН

Н

1

2

4

5

6

3

1

2

4

5

6

3

С

О

Н

Н

ОН

СН2ОН

L-манноза

НО

НО

ОН

Н

Н

Н

НОСН2

D-манноза

С

О

Н

Н

ОН

ОН

1

2

4

5

6

3

Н

ОН

ОН

Н

Н

НОН2С

Преобразованная
проекция D-маннозы

С

О

Н

ОН

Н

ОН

Н

Н

ОН

Н

1

2

4

5

6

3

НО

НОН2С

С

О

Н

Н

ОН

1

2

4

5

6

3

Н

ОН

ОН

Н

Н

НО

Преобразованная
проекция L-маннозы

(-D-маннопираноза

Н

ОН

НО

Н

ОН

НО

СН2ОН

Н

Н

Н

О

ОН

НО

Н

ОН

НО

СН2ОН

Н

Н

Н

С

О

Н

1

2

3

4

5

6

СН2ОН

Преобразованная
проекция D-маннозы

С

О

Н

ОН

Н

ОН

Н

Н

ОН

Н

1

2

4

5

6

3

НО

НОН2С

Преобразованная
проекция L-маннозы

С

О

Н

ОН

ОН

Н

ОН

Н

1

2

4

5

6

3

НО

Н

Н

ОНОН

НО Н Н

НОНОН

ОНОН

НОНН

СН2ОНСН2ОНСН2ОН

Н

Н

НН

С

О

Н

1

2

3

4

5

6

(-L-маннопираноза (-D-фруктофураноза (-D-фруктофураноза

Н

ОН

НО

Н

ОН

НО

СН2ОН

Н

Н

Н

ООО

D-фруктоза

НО

Н

СН2ОН

Н

ОН

Н

ОН

1

2

3

4

5

6

СН2ОН

С = О

СН2ОН

С

ОН

Н

Н

ОН

Н

1

2

4

5

6

3

НО

СН2ОН

О

ОН

ОН

НО

СН2ОН

Н

Н

Н

1

2

3

4

5

6

СН2ОН

С

О

Преобразованная проекция D-фруктозы

+

(-D-фруктофураноза

О

СН2ОН

Н

Н

НО

ОН

Н

СН2ОН

ОН

О

СН2ОН

Н

Н

НО

ОН

Н

СН2ОН

ОН

(-D-фруктофураноза

СН2ОН

(-D-фруктопираноза

Н

ОН

НО

Н

ОН

НО

Н

Н

Н

О

1

2

3

4

5

6

+

СН2ОН

(-D-фруктопираноза

Н

ОН

НО

Н

ОН

НО

Н

Н

Н

О

1

2

3

4

5

6

D-фруктоза

НО

Н

СН2ОН

Н

ОН

Н

ОН

1

2

3

4

5

6

СН2ОН

С = О

НОСН2

С

ОН

Н

Н

ОН

Н

1

2

4

5

6

3

НО

СН2ОН

О

6

ОН


ОН

НО

С–ОН

Н

Н

Н

3

4

5

1

2

СН2ОН

С

О

Н

Н

(-D-фруктофураноза

О

СН2ОН

НОСН2

Н

Н

Н

НО

ОН

ОН

СН2ОН

(-D-фруктопираноза

Н

ОН

НО

Н

ОН

НО

Н

Н

Н

О

1

2

3

4

5

6

СН2ОН

(-D-фруктопираноза

Н

ОН

НО

Н

ОН

НО

Н

Н

Н

О

1

2

3

4

5

6

(-D-фруктофураноза

О

СН2ОН

НОСН2

Н

Н

Н

НО

ОН

ОН

СН2ОН

6

ОН


ОН

НО

С–ОН

Н

Н

Н

3

4

5

1

2

С

О

Н

Н

D – глюкоза

Н

Н

С

О

Н

НО

ОН

Н

СН2ОН

ОН

Н

ОН

1

2

4

5

6

3

Н2

Pd

D – глюцит

Н

Н

НО

ОН

Н

СН2ОН

ОН

Н

ОН

СН2ОН

1

2

4

5

6

3

L – сорбит

НО

Н

НО

Н

Н

СН2ОН

ОН

НО

Н

СН2ОН

1

2

4

5

6

3

(

Acetobacter suboxydans



L – сорбоза

Н

НО

C = O

Н

СН2ОН

ОН

НО

Н

СН2ОН

L – сорбит

НО

Н

НО

Н

Н

СН2ОН

ОН

НО

Н

СН2ОН

Аскорбиновая кислота

Н–С

О

СН2ОН

НО–С–Н

О=С

С–ОН

С–ОН

+

Н2

Pd

D-фруктоза

НО

Н

СН2ОН

Н

ОН

Н

ОН

1

2

3

4

5

6

СН2ОН

С = О

D – глюцит

НО

Н

СН2ОН

Н

ОН

Н

ОН

1

2

3

4

5

6

СН2ОН

Н – С – ОН

D – маннит

НО

Н

СН2ОН

Н

ОН

Н

ОН

1

2

3

4

5

6

СН2ОН

НО – С – Н

1

2

4

5

6

3

Н2

Pd

D – аллоза

Н

Н

С

О

Н

Н

ОН

ОН

СН2ОН

ОН

Н

ОН

аллит

Н

Н

Н

ОН

ОН

СН2ОН

ОН

Н

ОН

СН2ОН

1

2

4

5

6

3

1

2

4

5

6

3

Н2

Pd

D – галактоза

Н

НО

С

О

Н

НО

ОН

Н

СН2ОН

Н

Н

ОН

дульцит

Н

НО

НО

ОН

Н

СН2ОН

Н

Н

ОН

СН2ОН

1

2

4

5

6

3

1

2

4

5

6

3

D – галактоза

Н

НО

С

О

Н

НО

ОН

Н

СН2ОН

Н

Н

ОН

аммонийная соль
D – галактоновой кислоты


2[Ag(NН3)2]OH

to

Н

НО

НО

ОН

Н

СН2ОН

Н

Н

ОН

1

2

4

5

6

3

С

О

ONН4

+ 2Ag( + 3NH3 + H2O

1

2

4

5

6

3

D – галактоза

Н

НО

С

О

Н

НО

ОН

Н

СН2ОН

Н

Н

ОН

D – галактоновая кислота


+ 2Cu(OН)2(

осадок
голубого
цвета

+ Cu2O( + 2H2O

Н

НО

НО

ОН

Н

СН2ОН

Н

Н

ОН

1

2

4

5

6

3

С

О



to

осадок
красного цвета

1

2

4

5

6

3

D – галактоза

Н

НО

С

О

Н

НО

ОН

Н

СН2ОН

Н

Н

ОН

D – галактоновая кислота


+ Br2 + Н2О

Н

НО

НО

ОН

Н

СН2ОН

Н

Н

ОН

1

2

4

5

6

3

С

О



+ НBrО

1

2

4

5

6

3

D – галактоза

Н

НО

С

О

Н

НО

ОН

Н

СН2ОН

Н

Н

ОН

HNO3

D – галактаровая (слизевая) кислота


Н

НО

НО

ОН

Н

Н

Н

ОН

1

2

4

5

6

3

СООН

СООН

1

2

4

5

6

3

D – галактоза

Н

НО

С

О

Н

НО

ОН

Н

СН2ОН

Н

Н

ОН

D – галактуроновая кислота


фермент

Н

НО

НО

ОН

Н

СООН

Н

Н

ОН

1

2

4

5

6

3

С

О

Н

+

[O]

1

2

СООН

СООН

щавелевая кислота

НСООН

муравьиная кислота

D-фруктоза

НО

Н

СН2ОН

Н

ОН

Н

ОН

1

2

3

4

5

6

СН2ОН

С = О

D-арабинаровая кислота

НО

Н

СООН

Н

ОН

Н

ОН

2

3

4

5

6

СООН

мезовинная кислота

СООН

Н

ОН

Н

ОН

3

4

5

6

СООН

ОC2Н5

ОН

R–СН–OC2H5 + C2H5OH ( R–СН–OC2H5 + H2O

ацеталь

полуацеталь

(-D-маннопираноза

Н

ОН

НО

Н

ОН

НО

СН2ОН

Н

Н

Н

О

CН3ОН, сухой HCl

– Н2О

О-метил-(-D-маннопиранозид

Н

О–CН3

НО

Н

ОН

НО

СН2ОН

Н

Н

Н

О

а


а

O

а





О

Н

ОН

Н

ОН

Н

Н

НОН2С

псевдоуридин – С-гликозид



NH

N


O

O





О

Н

ОН

Н

ОН

Н

Н

НОН2С

уридин – N-гликозид

синигрин – S-гликозид

Н



Н

ОН



НО

СН2ОН

Н

Н

О

ОН

Н

S–С=N–CН2–CН=CH2

ОSO3Н

(-D-глюкопираноза

Н



Н

ОН



НО

СН2ОН

Н

Н

О

ОН

Н

ОН

О

5 СН3–С–О–С–СН3

О

1,2,3,4,6-пента-О-ацетил- (-D-глюкопираноза

Н



Н

О–СО–СН3



Н3С–ОС–О

СН2О–СО–СН3

Н

Н

О

ОСОСН3

Н

ОСОСН3

ОН

Н



Н

ОН



НО

О=Р–О–СН2

Н

Н

О

ОН

Н

НО

НО

6-фосфат (-D-глюкопиранозы

1

2

3

4

5

6

1-фосфат
(-D-глюкопиранозы

О–Р=О

Н



Н

ОН



НО

СН2ОН

Н

Н

О

ОН

Н

ОН

ОН

6

1

2

3

4

5

(-D-галактопиранозил-(1(4)-(-D-галактопираноза

О

Н

Н

ОН



НО

СН2ОН

Н

Н

О

ОН

Н

6

1

2

3

4

5

Н

Н

ОН



СН2ОН

Н

Н

О

ОН

Н

6

1

2

3

4

5

ОН*

Н

Н

ОН



НО

СН2ОН

Н

Н

О

ОН

Н

6

1

2

3

4

5

ОН

(-D-галактопираноза

О

Н

Н

ОН



НО

СН2ОН

Н

Н

О

ОН

Н

6

1

2

3

4

5

Н

Н

ОН



СН2ОН

Н

Н

О

ОН

Н

6

1

2

3

4

5

О–СН3

(-D-глюкопиранозил-(-D-фруктофуранозид – сахароза

О

Н



Н

ОН



НО

СН2ОН

Н

Н

О

ОН

Н

6

1

2

3

4

5

О

СН2ОН

НОСН2

Н

Н

НО

ОН

ОН

1

2

3

4

5

6

Н

О

Н

ОН

ОН

НО

СН2ОН

Н

Н

Н

О

Амилоза

Н

Н

Н

Н

Н

СН2ОН

ОН

ОН

О

О

1

1

2

2

3

3

4

4

5

5

6

6

О

СН2ОН

6

5

Н

Н

Н

Н

Н

ОН

ОН

ОН

2

3

4

1



Н

О

Н

ОН

ОН

О

СН2ОН

Н

Н

Н

О

основная цепь амилопектина


Н

Н

Н

Н

Н

СН2О

ОН

ОН

О

О

1

1

2

2

3

3

4

4

5

5

6

6

О

СН2ОН

6

5

Н

Н

Н

Н

Н

ОН

ОН

О

2

3

4

1



О

боковая цепь амилопектина

Н

Н

Н

Н

Н

СН2ОН

ОН

ОН

О

О

1

2

3

4

5

6

О

СН2ОН

6

5

Н

Н

Н

Н

Н

ОН

НО

О

2

3

4

1



Н

О

Н

ОН

ОН

НО

СН2ОН

Н

Н

Н

О

Целлюлоза

Н

а

Н

Н

Н

СН2ОН

ОН


О

О


1


2

3

3

4

4

5

5

6

6

О

СН2ОН


а

Н

Н

б

Н

Н

а

ОН

ОН

2

3

4

1

Н

О

Н

ОН

ОН

НО

СООН

Н

Н

О

Полигалактуроновая кислота

Н

Н

Н

Н

Н

СООН

ОН

ОН

О

О

3

1

2

1

1

3

4

3

2

5

6

2

О

СООН

5

4

Н

Н

Н

Н

Н

ОН

ОН

ОН

6

6

4

5

Н

Н

О

Н

ОН

ОН

О

СООН

Н

Н

Н

О

Гиалуроновая кислота

О

1

2

3

4

5

6

О

СООН

6

5

Н

Н

Н

Н

Н

ОН

ОН

2

3

4

1

NНСОСН3

Н

Н

Н

Н

СН2ОН

О

1

2

3

4

5

6

Н

СН2ОН

6

Н

Н

Н

Н

О

1

2

3

4

5

Н

О

NНСОСН3



НО

НО





О

Н

ОН

5

4

3

2

1

Н

ОН

Н

Н

НОН2С

(-D-рибофураноза

ОН





О

Н

Н

5

4

3

2

1

Н

ОН

Н

Н

НОН2С

2-дезокси-(-D-рибофураноза

ОН

NHNH

N
НN


O

OO

H

урацил

Н

аденин



N


NН2

N

N

N

Н

гуанин



N


О

N

N



NН2



N 6

N
5

NH2Н

OОН

Н

цитозин

NH

N


O

O

H

тимин

Н3С

O

урацил



NH

N


O

Н

+

– Н2О





О

Н

ОН

5

4

3

2

1

Н

ОН

Н

Н

НОН2С

(-D-рибофураноза

ОН



NH

N


O

O





О

Н

ОН

5

4

3

2

1

Н

ОН

Н

Н

НОН2С

уридин (U)

а

б



тимин – аденин




N


Н–NН

N

N
H

N

1

2

3 (СН3СО)2О
избыток

4

5

6

7

8

9



NHН

N
H

OОНН

OН1

Н3СН2



N


О

N

N
H

НN

1

2

3

4

5

6

7

8

9

Н

N
H



N

N
H

Н–N–H

O

цитозин – аденин




Кофермент А (КоА)

олеиновая кислота

СН

СН

(СН2)7

С

ОН

О

СН3

(СН2)7

линолевая кислота

СН

СН

(СН2)7

С

ОН

О

СН3

(СН2)4

СН2

СН

СН

линоленовая кислота

СН

СН

(СН2)7

С

ОН

О

СН3

СН2

СН2

СН

СН

СН2

СН

СН

стеариновая кислота

(СН2)16

С

ОН

О

СН3

пальмитиновая кислота

(СН2)14

С

ОН

О

СН3

(СН2)7–СООН

Элаидиновая кислота

Н

С = С

Н3С–(СН2)7

Н

Олеиновая кислота

Н

С = С

Н3С–(СН2)7

(СН2)7–СООН

Н

триолеилглицерин

СН2–О–СО–(CH2)7–СН=СН–(СН2)7–CH3

СН – О–СО–(CH2)7–СН=СН–(СН2)7–CH3

СН2–О–СО–(CH2)7–СН=СН–(СН2)7–CH3

1-олеил-2-стеарил-3-пальмитилглицерин

СН2–О–СО–(CH2)7–СН=СН–(СН2)7–CH3

СН – О–СО–(CH2)16–CH3

СН2–О–СО–(CH2)14–CH3

триолеилглицерин

СН2–О–СО–(CH2)7–СН=СН–(СН2)7–CH3

СН – О–СО–(CH2)7–СН=СН–(СН2)7–CH3 + 3 Н2 ((

СН2–О–СО–(CH2)7–СН=СН–(СН2)7–CH3

(

тристеарилглицерин

СН2–О–СО–(CH2)7–СН2–СН2–(СН2)7–CH3

СН – О–СО–(CH2)7–СН2–СН2–(СН2)7–CH3

СН2–О–СО–(CH2)7–СН2–СН2–(СН2)7–CH3

Ni

СН2–ОH

СН – ОH +

СН2–ОH

глицерин

СН2–О–СО–(CH2)7–СН=СН–(СН2)7–CH3

СН – О–СО–(CH2)16–CH3 + 3 NaOH (

СН2–О–СО–(CH2)14–CH3

стеарат натрия

С

ОNa

О

СН3

(СН2)16

1-олеил-2-стеарил-3-пальмитилглицерин

+

олеат натрия

СН

СН

(СН2)7

С

ОNa

О

СН3

(СН2)7

пальмитат натрия

С

ОNa

О

СН3

(СН2)14

+

+

+

COOH COOK COOK

H – C – OH + KOH H – C – OH + NaOH H – C – OH

H – C – OH -H2O H – C – OH -H2O H – C – OH

COOH COOH COONa
винная кислая калиевая средняя калий-натриевая
кислота соль винной кислоты соль винной кислоты

COOK H

HC – OH K+ -OOC – CH – O O – CH – COO- K+
2 + Cu(OH)2 Cu
HC – OH -2H2O Na+ -OOC – CH – O O – CH – COO- Na+

COONa H

O O2N O2N
СH3–C + NH2–NH NO2 СH3 – C N–NH NO2+ H2O
СН3 СН3
2,4-динитрофенилгидразон ацетона



Рисунок 1Root Entry

Приложенные файлы

  • doc 8841094
    Размер файла: 3 MB Загрузок: 1

Добавить комментарий