Документ: Біологічна та біоорганічна хімія_Мардашко О.О._ изд. 2008-342 с._ОНМедУ-2012, страницы 61-65

Утворення складних ефірів:

	CH2OH
		O
	OH			+ 5(CH3CO)2O
				+ 5(CH3CO)2O

OH			OH
		OH
		O	Ac
		CH2
				O
		O	Ac			+ 5CH3COOH ,
						+ 5CH3COOH ,

Ac O					O	Ac
Ac O					O	Ac

O Ac

де Ас — залишок оцтової кислоти.

Ефіри неорганічних кислот, зокрема ефіри фосфорної кислоти — фосфати — містяться у всіх рослинних і тваринних організмах, вони являють собою метаболічно активні форми моносахаридів. До них належать фосфати D-глюкози і D-фруктози. У печінці є фермент глюкокіназа, що каталізує фосфорилування глюкози (ефір фосфорної кислоти) по 6-му атому Карбону з утворенням глюкозо-6-фосфату. Ця ж сполука утворюється в м’язах за допомогою ферменту гексокі-

нази.

OH

CH2OH

CH2O

P

O

+АТФ

O

OH

-АДФ

OH

Глюкокіназа

OH

HO

OH

Гексокіназа HO

OH

D-Глюкоза D-Глюкозо-6-фосфат

Глюкозо-6-фосфат у повністю протонованій формі може існувати в середовищах із рН нижче 6. В організмі рН дорівнює 7,3, тому глюкозо-6- фосфат перебуває переважно у формі діаніону.

O-

CH2O P O

O O-

OH

HO

OH

Фруктоза під дією ферменту гексокінази в організмі людини перетворюється на фруктозо-6- фосфат, а під дією ферменту печінки фруктокінази — переважно на фруктозо-1-фосфат.

D-Фруктозо-6-фосфат

O

HO P OH

а

з

а

CH OH

ін

к

2

о

с

к

O

е

CH2OH Г

HO

Фр

OH

укт

(

о

п

кі

е

н

OH

а

з

чі

н

а

D-Фруктоза

ка)


CH2O
	O	CH2OH
	HO
		OH
OH

CH OH						OH
	2 O			CH2O			O
					P


		HO
		HO			OH
			OH		OH
	OH		OH
	OH

D-Фруктозо-1-фосфат

Відновлення

H

C

O

CH2OH

H

OH

H

C

OH Aмальгама натрію

C

HO

C

H

H2/Ni, LiAIH4

HO

C

H

C

OH

H

C

OH

H

C

OH

H

C

OH

CH2OH

D-Глюкоза D-Сорбіт

При відновленні цукрів утворюються багатоатомні спирти. Цукрові спирти — це безбарвні солодкі речовини, які легко розчиняються у воді.

Сорбіт є вихідним продуктом для синтезу аскорбінової кислоти (вітамін С). Він замінює цукор хворим на діабет.

Окиснення Залежно від природи окисника та умов ре-

акції (рН середовища, температури) моносахариди перетворюються на різні продукти. Продуктами окиснення цукрів є полігідроксикислоти (альдонові за дії м’яких окисників і глікарові, якщо окисником є HNO3 чи KMnO4).

H

O

HO

O

HO

O

C

H

OH

C

H

C

OH

H

C

OH

H

Br2 + H2O(HBrO)

H HNO3[O]

HO

C

HO

C

HO

C

H

C

OH

H

C

OH

H

C

OH

H

C

OH

H

C

OH

H

C

OH

CH2OH

HO

C

O

І	ІІ	ІІІ
	Глюконова	Глюкарова
D-глюкоза	(альдонова)	(цукрова)
	кислота	кислота

Ці реакції відбуваються в кислому чи нейтральному середовищі.

Якщо реакція перебігає в лужному середовищі, то утворюється суміш продуктів окиснення вуглеводів. Ці реакції застосовуються для якісного визначення положення карбонільної групи у вуглеводах. Навіть такі слабкі окисники, як гідроксид срібла в аміачному середовищі (реактив Толленса) чи лужний розчин тартратного комплексу Купруму (ІІ) (реактив Фелінга), легко відновлюються альдозами.

Реакція срібного дзеркала:

H			t°			суміш продуктів
H		O t°, [Ag(NH ) ]OH			+	окиснення
	C		3 2	Ag		окиснення

R

Альдоза

Реакція Фелінга:

		COOK			t°	O			COOK
O			CHO		t0, 2H O					CHOH

R C + 2				Cu	2	R C	+ Cu2O	+ 2
		CHO							CHOH
H						OH
			COONa							COONa

Альдоза	Реактив					Червоний
	Фелінга						осад

Суміш продуктів окиснення

59

3.2. СТРУКТУРА І ФУНКЦІЇ

Целобіоза

ОЛІГО- І ПОЛІСАХАРИДІВ

Целобіоза є проміжним продуктом гідролізу

Дисахариди

клітковини. При гідролізі утворює дві молекули

глюкози. Це відновлювальний цукор, може бути

Дисахариди (олігосахариди) складаються з

окисненим у целобіонову кислоту. Відмінність від

двох моносахаридних ланок однакової або різної

мальтози полягає в тому, що аномерний атом,

природи. Легко гідролізуються. Загальна форму-

який бере участь в утворенні глікозидного зв’яз-

ла дисахаридів така: С

12

Н

22

О . Це кристалічні

ку, має β -конфігурацію.

11

речовини. При розчиненні у воді вони утворю-

CH2OH

ють істинні розчини, солодкі на смак. Основні біо-

O

OH

зи, при гідролізі яких утворюються монози, на-

O

OH

ведені нижче:

HO

Целобіоза + Н2О → D-глюкоза + D-глюкоза

OH

Мальтоза + Н2О → D-глюкоза + D-глюкоза

β -D-Глюкопіранозил-1,4-β -D-глюкопіраноза

Лактоза + Н2О → D-глюкоза + D-галактоза

Сахароза + Н2О → D-глюкоза + D-фруктоза

Лактоза (молочний цукор)

Дисахариди належать до О-глікозидів, у яких

Лактоза (β -D-галактопіранозил-1,4-β -D-глю-

друга молекула моносахариду відіграє роль аг-

копіраноза) міститься в молоці (4–5 %). Вона

лікону. За типом зв’язування моносахаридних

складається із залишків β -D-галактопіранози і

залишків дисахариди можна розподілити на дві

D-глюкози, які з’єднані β -зв’язком.

групи:

Галактоза

Глюкоза

1. Зв’язок утворюється за рахунок напіваце-

CH2OH

тальної (глікозидної) ОН-групи одного і будь-

OH

O

OH

O

O OH

якої спиртової ОН-групи іншого моносахариду

OH

O

OH

O

OH

(відновлювальні дисахариди).

OH

2. Зв’язок утворюється за рахунок напіваце-

α

-Лактоза

β -Лактоза

тальних (глікозидних) ОН-груп обох моносаха-

ридів (невідновлювальні дисахариди).

Лактоза застосовується в фармацевтичній

Відновлювальні дисахариди

промисловості для виготовлення порошків і таб-

У відновлювальних дисахаридів в утворенні

леток, вона є складовою частиною продуктів

глікозидного зв’язку бере участь напівацеталь-

харчування для малюків. У материнському мо-

ний гідроксил однієї монози і спиртовий гідроксил

лоці вміст лактози сягає 8 % від маси.

другої, найчастіше у С-4 або С-6, іноді у С-3. При

Невідновлювальні дисахариди

цьому одна напівацетальна ОН-група зали-

Представником цього ряду дисахаридів є са-

шається вільною і зберігає здатність до розкрит-

тя циклу (цикло-оксо-таутомерія). Свіжоприго-

хароза (буряковий і тростинний цукор). До її

товлені розчини таких дисахаридів мутаротують

складу входять α -D-глюкоза і β -D-фруктоза:

і реагують із реактивами на альдегідну групу

глюкоза — у піранозній, а фруктоза — у фура-

аналогічно глюкозі: відновлюються в багато-

нозній формі. Глікозидний зв’язок утворюється за

атомні спирти, окиснюються в альдонові кисло-

рахунок гідроксильних груп при аномерних ато-

ти. Для відновлювальних цукрів характерною є

мах Карбону. Тому сахароза не здатна до цик-

цикло-оксо-таутомерія.

ло-оксо-таутомерії і не виявляє відновних влас-

Мальтоза (солодовий цукор)

тивостей (не реагує з реактивом Толленса і реак-

тивом Фелінга).

Дисахарид мальтоза (α -D-глюкопіранозил- 1,4-α -D-глюкопіраноза) складається із залишків двох α -глюкоз, зв’язок α -1,4-глікозидний. У назві цієї сполуки перша молекула має закінчення «озил», якщо в реакції брав участь напівацетальний гідроксил, а друга молекула зберігає закінчення «оза».

Утворюється як проміжний продукт при дії амілаз на крохмаль.

CH2OH

CH

O

2 O

OH

O

OH

Мальтоза

Ізомальтоза

α -1,4-Глікозидний зв’язок

α -1,6-Глікозидний зв’язок

CH2OHO

HO OH

OH CH2OHO O

OH

CH2OH OH

α -D-Глюкопіранозил-1,2-β -D- фруктофуранозид (сахароза)

При гідролізі сахарози, яка має праве обертання, знак обертання змінюється, тому що утворюється D-фруктоза, яка значно сильніше обертає вліво, ніж D-глюкоза — вправо. Це явище називається інверсією, а одержана суміш —

інвертним цукром (штучний мед).

60

Ферменти людського організму здатні розщеплювати 1,4- і 1,6-глікозидні зв’язки в крохмалі та глікогені. Відмічено, що гідроліз сахарози, на відміну від інших біоз, перебігає легше, оскільки фруктоза, що входить до її складу, перебуває у вигляді менш стійкого п’ятичленного фуранозного циклу. Сахароза легко гідролізується в кишечнику і, подібно до моносахаридів, потрапляє у кров. Гідроліз іншого дисахариду — лактози

— відбувається сповільнено внаслідок зниження активності ферменту, що розщеплює лактозу, — лактази. Зниження активності ферменту призводить до непереносності деякими людьми молока та молочних продуктів харчування. Олігосахариди досить поширені в природі. У рослинному світі вони відіграють роль резервних вуглеводів. Найчастіше зустрічаються олігосахариди групи сахарози. Майже так широко, як сахароза, у рослинах поширені рафіноза і стахіоза.

Другою великою групою природних олігосахаридів є олігосахариди молока, яким належить важлива роль у формуванні кишкової флори новонароджених, необхідної для травлення. Вони сприяють розвитку в шлунково-кишковому тракті мікроорганізму Lactobacillus bifidus, який розщепляє лактозу молока (дисахарид) з утворенням молочної й оцтової кислоти, яка перешкоджає росту патогенних бактерій. До їхнього складу входять D-галактоза, α -фруктоза, N-ацетилглюкозамін і залишок лактози. Один із важливих олігосахаридів молока — лакто-N-фу- копентоза.

Глікопротеїни

Глікопротеїни — це змішані біополімери, в яких молекула білка містить ковалентно приєднані олігосахаридні ланцюги.

CH2OH

O

NH2

O NH

C

CH

2

CH

COOH

			OH	     
OH				Аспарагін

NH C CH3

O

N-Глікопротеїн

Глікопротеїни входять до складу всіх органів, тканин і клітин організму людини і тварин; вони містяться в секреторних рідинах і плазмі крові. Функції глікопротеїнів надзвичайно різноманітні. Серед них зустрічаються ферменти, гормони, білки імунної системи, компоненти плазми крові, муцини, рецептори клітинних мембран. Найбільш розповсюдженим типом зв’язку у тваринних глікопротеїнах є N-глікозидний зв’язок, утворений залишками N-ацетилглюкозаміну і β -амідною групою аспарагіну (імуноглобуліни, антигени тканинної сумісності).

Іншим типом зв’язку у тваринних глікопротеїнах є О-глікозидний зв’язок між залишками N-ацетилгалактозаміну і гідроксильною групою серину чи треоніну. Цей тип зв’язку характерний для муцинів, речовин груп крові, глікофорину мембрани еритроцитів і т. ін.

CH2OH

OH

O

NH2

OH

O

CH2

CH

COOH

HO

CH

COOH

NH

C

CH

3

CH3

O

О-Глікопротеїн

У багатьох глікопротеїнах (як сироваткових, так і мембранних) одночасно присутні О- і N-глікозидні ланцюги.

Синтез вуглеводної частини глікопротеїнів

1. О-зв’язані глікопротеїни. Поліпептидні лан-

цюги О-зв’язаних глікопротеїнів кодуються відповідними мРНК; оскільки більшість глікопротеїнів зв’язана з мембранами, вони звичайно транслюються на мембранозв’язаних полірибосомах. Олігосахаридні ланцюги глікопротеїнів О-глікозидного типу конструюються шляхом

східчастого додавання цукрів із нуклеотидцукрів,

таких як УДФ-GalNAc, УДФ-Gal, ЦДФ NeuAc.

Ферменти, які каталізують цю реакцію, являють собою мембранозв’язану глікопротеїн-глікозил- трансферазу. Для утворення одного типу зв’язку потрібна відповідна трансфераза (гіпотеза: «один зв’язок — одна глікозилтрансфераза»).

		CH2OH					Серин
OH			O
	OH				~
					~
				O		CH2		C
			NH		~
					~
			C O

				CH3
N-Ацетилгалактозамін						О-Глікозидний зв’язок

О-зв’язані глікопротеїни

2. N-зв’язані глікопротеїни. Синтез полісаха-

ридів, приєднаних N-глікозидним зв’язком, відбувається інакше, у цьому випадку бере участь проміжний носій олігосахариду доліхолфосфат. Це амфіфільна речовина. Гідрофобним кінцем вона занурена в мембрану, а виступаючий гідрофільний кінець служить акцептором першого моносахариду — GlcNAc; у результаті реакції утворюється N-ацетилглюкозаміндифос- фатдоліхол.

CH3

HO CH2 CH2 CH CH2 CH2 CHC CH2 CH2 CH C CH3

CH3	n
CH3
Приєднання фосфату	Доліхол n=17–20

Потім при дії серії специфічних глікозилтрансфераз приєднуються інші моносахари, утворюється олігосахарид. Він переноситься на амідну групу аспарагіну в складі пептидного ланцюга (глікопротеїну) в процесі їх утворення на мембранних полірибосомах. Далі під дією окремих глікозилтрансфераз, локалізованих головним чином в апараті Гольджі, відбувається приєднання вуглеводного фрагмента.

61

	CH2OH				Аспарагін
	CH2OH
HO		O
HO
	OH			O			~
							~
			NH NH	C		CH2		C
			NH NH	C		CH2		C
							~
		C O

			CH3
N-Ацетилгалактозамін					N-Глікозидний зв’язок

N-Зв’язані глікопротеїни

Найбільш поширені гліколіпіди — це глікоцераміди (глікосфінголіпіди), що являють собою похідні цераміду. Антигени А і В мембран еритроцитів є глікоцерамідами. Гліколіпіди зустрічаються тільки в мембранах (головним чином, у плазматичній мембрані).

Полісахариди

Полісахариди утворюють основну масу органічної речовини нашої планети. Досить згадати, що з них складається основна частина рослинного світу, де полісахариди виконують скелетні функції, а також служать резервними вуглеводами.

Гомополісахариди

Із вищих полісахаридів найбільш розповсюдженими і важливими є крохмаль, глікоген і клітковина. Усі три полісахариди мають загальну формулу (С6Н12О5)n і складаються із залишків глюкози. Однак їхні структури істотно розрізняються.

Крохмаль є запасним поживним вуглеводом рослин — тимчасове депо глюкози рослин. Складається з двох фракцій: амілози й амілопектину (табл. 3.1). Амілоза в крохмалі становить близько 20 %, амілопектин — близько 80 %.

	Таблиця 3.1
Склад крохмалю

Амілоза	Амілопектин

α -1,4-глікозидні зв’язки	Крім α -1,4-глікозидних
	зв’язків є і α -1,6-гліко-
	зидні зв’язки, що забезпе-
	чують його форму. На 30
	α -1,4 зв’язків припадає
	приблизно одинα -1,6-
	зв’язок
Входить до складу 200–	Входить до складу 600–
1000 залишків глюкози	6000 залишків глюкози
Добре розчинна в гаря-	Погано розчинний
чій воді	у гарячій воді
Йодом забарвлюється в	Йодом забарвлюється
синій колір	у фіолетовий колір

Глікоген — основне депо вуглеводів (глюкози) в організмі тварин і людини. Глюкоза глікогену використовується організмом в інтервалах між прийманням їжі й у період м’язової активності. Особливо багаті на глікоген печінка і скелетні м’язи, де зосереджено близько 90 % всієї його кількості в організмі. У печінці глікогену міститься 2–5 % від загальної ваги органа (близько 150 г), у скелетних м’язах — 0,5–2 % (близько 200 г). Глікоген, як і крохмаль, складається із залишків α -глюкоз, з’єднаних α -1,4-глікозидними зв’язками,

але крім цього наявна значна кількість α -1,6-гліко- зидних зв’язків, що забезпечують гіллясту будову глікогену, тобто за будовою глікоген близький до амілопектину. Приблизно на кожен десяток молекул глюкози з α -1,4-глікозидними зв’язками припадає один α -1,6-глікозидний зв’язок (рис. 3.3).

							6 CH2OH							α
				1		4		5		O					(1,6)-глікозидні
										O

α (1,4)-глікозидні					O		OH					1					зв’язки
							3
							3				2 O
											2 O
зв’язки									OH
зв’язки			6	CH2OH						6		CH2					6	CH2OH
			6	CH2OH						6		CH2					6	CH2OH
				5		O						5	O					5	O
	1 4		OH					1		4 OH					1 4		OH		1
		O	3				2		O		3			2		O	3			2 O
						OH							OH						OH

Рис. 3.3. Будова крохмалю і глікогену

Целюлоза (клітковина) — лінійний полісаха-

рид, побудований з молекул β -глюкози, з’єднаних β -(1→ 4)-глікозидними зв’язками, ступінь полімеризації 2000–3000.

Звичайне її джерело — деревина, містить близько 50 % целюлози.

	CH OH			CH2OH		CH2OH
	2	O		O		O
		O		O		O
O	OH		O	OH	O	OH	O
	OH			OH		OH
		OH		OH		OH

Целюлоза

Геміцелюлоза — суміш полісахаридів клітинної стінки рослин, склад яких залежить від виду рослини. Залежно від моносахаридного складу основного ланцюга геміцелюлози поділяються на ксилани, глюкоманани і галактани.

У наземних рослинах і водоростях широко представлені пектинові речовини — поліуроніди. Основним компонентом рослин є D-галактуроно- ва кислота, а в малих кількостях присутні L-ара- біназа і D-галактоза.

Розчинні пектинові речовини знаходяться, головним чином, у соках рослин, нерозчинні утворюють міжклітинну речовину і значну частину стінки молодих рослин. Частково етерифіковані поліуроніди називаються пектиновими кислота-

ми, а самі поліуроніди — пектовими кислотами.

Пектинові кислоти здатні утворювати в розчинах міцні гелітаколоїди, що зумовлено міжмолекулярною асоціацією. Це знаходить застосування в кондитерській і фармацевтичній промисловості.

Гетерополісахариди

Камедями називаються полісахариди, що виділяються при ушкодженні кори рослин у вигляді в’язких розчинів і перетворюються на склоподібну масу. Слизи — споріднені камедям полісахариди, присутні у неушкоджених рослинах. Джерелами слизів служать кора, листя, корені тощо. Слизи є продуктом метаболізму рослин. Камеді утворюються в результаті патологічних процесів

— механічного і бактеріального походження. Обидва типи утворень є гетерополісахаридами складного складу і будови.

62

Протеоглікани — сполуки, що складаються з білків і полісахаридів, у яких на частку полісахариду припадає основна частина молекули — звичайно більше 95 %. Вуглеводна частина в протеогліканах представлена глікозаміногліканами (кислими мукополісахаридами).

Глікозаміноглікани утворюються з повторюваних дисахаридних залишків, кожний з яких є похідною аміногексози — звичайноD-глюкозамінучи D-галактозаміну. Щонайменше один із двох цукрів у повторюваному дисахаридному залишку глікозаміноглікану містить кислотну групу, що має при рН=7 негативний заряд — як правило, це карбоксильна чи сульфатна група.

Протеоглікани присутні в гелеподібній основній речовині, що заповнює в більшості тканин простір між клітинами. Крім того, вони містяться в хрящах, сухожиллях і шкірі, а також у синовіальній рідині, що виконує функцію змащування в суглобах. Молекули протеогліканів у розчині «розпущені» внаслідок відштовхування одноіменно заряджених ланцюгів глікозаміногліканів (займають великий об’єм). При збільшенні тиску об’єм, який займають молекули, зменшується, тому що рідина вичавлюється з проміжків. Якщо тиск зняти, молекула знову набуває розпущеної форми. Ця властивість дуже важлива для суглобів.

Гіалуронова кислота — це глікозаміноглікан міжклітинної основної речовини тканин тварин, що складається із залишків D-глюкуронової кислоти і N-ацетил-D-глюкозаміну, які багаторазово чергуються.

COOH

CH2OH

HO

O

OH

HO

OH

OH NH

C

CH3

O

Гіалуронова кислота

Гіалуронова кислота утворює дуже в’язкі, гелеподібні розчини. Протеоглікановий гель обмежує дифузію і проникність для молекул і частинок. Фермент гіалуронідаза, який секретується деякими патогенними бактеріями, здатний гідролізувати глікозидні зв’язки гіалуронової кислоти і тим самим полегшувати проникнення бактерій у тканину.

Хондроїтин-4-сульфат — основний компо-

нент протеогліканів хряща, що складається з

D-глюкуронової кислоти і N-ацетил-D-галактоз- 4-сульфату.

		S3OH
COOH		O	CH2OH
	O	O		O	O
	O			O
O OH		O
O OH

	OH			NHC	CH3
	OH			NHC	CH3

O

Хондроїтин-4-сульфат

Гепарин відомий як коагулянт, це — глікозаміноглікан. Він синтезується тучними клітинами.

	COOH			CH	OSO		H
		O		2	O 3
O	OH		O	OH			O

		OSO3H			NHC CH3
						O
Залишок D-глюк-				Залишок N-ацетил-
уронат2-сульфату			глюкозамін-6-сульфату

Гепарин

КОНТРОЛЬНІ ПИТАННЯ

1.Вуглеводи: визначення, класифікація. Моносахариди (альдози і кетози; тріози, тетрози, пентози, гексози, гептози); біомедичне значення окремих представників.

2.Моносахариди: пентози (рибоза, 2-дезок- сирибоза, ксилоза), гексози (глюкоза, галактоза, маноза, фруктоза) — будова, властивості. Якісні реакції на глюкозу.

3.Будова та властивості похідних моносахаридів. Амінопохідні: глюкозамін, галактозамін. Уронові кислоти. L-Аскорбінова кислота (вітамін С). Продукти відновлення моносахаридів: сорбіт, маніт.

4.Олігосахариди: будова, властивості. Дисахариди (сахароза, лактоза, мальтоза); їх біомедичне значення.

5.Полісахариди. Гомополісахариди: крохмаль, глікоген, целюлоза, декстрини — будова, гідроліз, біомедичне значення. Якісна реакція на крохмаль.

6.Гетерополісахариди: визначення, структура. Будова та біомедичне значення глікозаміногліканів (мукополісахаридів) — гіалуронової кислоти, хондроїтинсульфатів, гепарину.

Глава 4. БІОЛОГІЧНО АКТИВНІ ГЕТЕРОЦИКЛІЧНІ СПОЛУКИ.

НУКЛЕОЗИДИ, НУКЛЕОТИДИ, НУКЛЕЇНОВІ КИСЛОТИ

4.1. КЛАСИФІКАЦІЯ, БУДОВА ТА ЗНАЧЕННЯ БІОЛОГІЧНО ВАЖЛИВИХ ГЕТЕРОЦИКЛІЧНИХ СПОЛУК

Циклічні сполуки, які у складі циклу, крім атомів Карбону, містять інші атоми, дістали на-

зву гетероциклічних (від грецьк. heteros — інший). Найбільше значення мають гетероциклічні сполуки з атомами Нітрогену, Сульфуру й Оксигену. Валентні кути між зв’язками у цих атомів майже не відрізняються від валентних кутів атомів Карбону у стані sp3- або sp2-гібри-

63

Материал: Біологічна та біоорганічна хімія_Мардашко О.О._ изд. 2008-342 с._ОНМедУ-2012

Смотрите также: