Медико-биологическое значение гидроксикарбоновых кислот

Молочная кислота CH₃CH(OH)COOH была впервые обнаружена Шееле (1780) в прокисшем молоке, отсюда и получила название. Благодаря наличию в молекуле асимметрического атома углерода молочная кислота может существовать в виде двух оптически активных энантиомеров – D- и L-форм – и оптически неактивной рацемической формы. Последняя представляет собой молочную кислоту брожения. L–Молочная кислота, образуется в мышечной ткани как продукт расщепления и дальнейшего превращения полисахарида гликогена. D–Молочная кислота может быть получена под действием микроорганизмов.

Соли и сложные эфиры молочной кислоты называются лактатами. Важно отметить, что соли и эфиры L-молочной кислоты являются левовращающими, а соли и эфиры D–молочной кислоты – правовращающими.

Яблочная кислота HOOCCH₂CH(OH)COOH – представитель гидроксидикарбоновых кислот. Яблочная кислота, как и молочная, существует в виде двух энантиомеров. L–яблочная кислота, содержится в незрелых яблоках, плодах рябины и барбариса.

Лимонная кислота – наиболее распространенная гидрокситрикарбоновая кислота. Она содержится в плодах цитрусовых (в лимонах её 6-8% от сухой массы), некоторых ягодах и фруктах. Лимонная кислота и её соли (цитраты) широко используются в пищевой промышленности и фармации.

Салициловая кислота о -HOC₆H₄COOH представляет собой кристаллическое вещество, плохо растворимое в воде. По кислотности (р К _а=2,98) она превосходит почти все монозамещённые бензойные кислоты, в том числе и с электроноакцепторными заместителями.

Салициловая кислота обладает антисептическими свойствами и находит применение, как в медицине, так и как консервант некоторых пищевых продуктов. Но ещё более широко используются в медицинской практике производные салициловой кислоты по обеим функциональным группам. Главным образом, это сложные эфиры по карбоксильной группе – метилсалицат и фенилсалицат, имеющий торговое название салол, и по фенольному гидроксилу – ацетилсалициловая кислота, для которой одно из многочисленных торговых названий - аспирин.

Метилсалацилат Аспирин

 

Тема 5. УГЛЕВОДЫ. СТРОЕНИЕ И СВОЙСТВА МОНО-, ДИ-, И ПОЛИСАХАРИДОВ.

АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ

Углеводы – гетерофункциональные соединения общей формулы C_n(H₂O)_m, что исторически и определило общее название данного класса соединений. Углеводы играют значительную роль в процессах жизнедеятельности животной и растительной клетки, выполняя энергетическую, резервную и структурные функции.

Углеводы по праву считаются основой существования животных и растительных организмов. Основным моносахаридом растительной и животной клетки является глюкоза, топливная молекула, являющаяся основным источником энергии, участвующая в биосинтезе резервных полисахаридов: крахмала (растения) и гликогена (высшие животные). Глюкоза может окисляться как в аэробных, так и в анаэробных условиях, обеспечивая энергетические потребности организма более чем на 60%. Моносахариды рибоза и дезоксирибоза являются структурными компонентами нуклеиновых кислот – биополимеров, принимающих участие в сохранении и передаче генетической информации. В комплексе с белками углеводы образуют гормоны, ферменты, секреты слюнных и слизистых желёз.

Полисахариды– гиалуроновая кислота и хондроитин сульфаты выполняют структурную функцию, являясь основными структурными компонентами мягких соединительных тканей. Полисахарид гепарин входит в состав липопротеинлипазы плазмы крови и ферментов свёртывания крови.

Представления о химической природе углеводов, их строении и специфических свойствах лежат в основе понимания процессов переваривания углеводов, их метаболизма и путей энергетического обмена в организме человека.

 

ЦЕЛИ ОБУЧЕНИЯ

ОБЩАЯ ЦЕЛЬ:

Уметь классифицировать углеводы по их способности к гидролизу, по их химической природе, для объяснения особенностей их химического поведения и различия их биохимических функций.

 

КОНКРЕТНЫЕ ЦЕЛИ.

УМЕТЬ:

1. Интерпретировать понятия моносахарид, линейная и циклическая структура моносахарида.

2. Интерпретировать химические поведение моносахаридов с точки зрения их химического строения.

3. Интерпретировать реакцию гидролиза как ключевуюреакциюметаболизма олиго- и полисахаридов.

4. Интерпретировать биологическую роль моно-, ди- и полисахаридов в процессах энергетического обмена.

5. Трактовать биологическую роль гетерополисахаридов соединительной ткани: хондроитин сульфата, гиалуроновой кислоты, гепарина.

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ВОПРОСЫ

1. Классификация углеводов. Моно-, олиго- и полисахариды.

2. Строение и свойства моносахаридов. Классификация по числу атомов углерода в молекуле и по природе старшей функциональной группы.

3. Оптическая изомерия в ряду моносахаридов. Углеводы D- и L-ряда.

4. Особенности поведения моносахаридов в водных растворах. Линейные и циклические формы (Приложение 12).

5. Строение, биологическая роль важнейших моносахаридов: рибоза, дезоксирибоза, глюкоза, галактоза, фруктоза.

6. Химические свойства моносахаридов. Реакции окисления, восстановления, образования гликозидов.

7. Строение и свойства дисахаридов. Гликозидная связь. Реакции гидролиза. Строение, свойства и биологическая роль дисахаридов: мальтоза, лактоза, сахароза (Приложение 13).

8. Строение и свойства гомополисахаридов: крахмал, гликоген, целлюлоза (Приложение 14).

9. Строение и биологические функции гетерополисахаридов: гиалуроновая кислота, хондроитин сульфат, гепарин (Приложение 15).

 

Основная литература.

1. Губський Ю.І. Біоорганічна хімія: Підручник. – Вінниця: Нова книга, 2004. – С.217-250

 

 

РЕШЕНИЕ ОБУЧАЮЩИХ ЗАДАЧ

Задача 1.

Напишите структурные формулы D- и L-рибозы. Укажите, конфигурация какого атома углерода определяет отнесение данных веществ к D- и L-ряду.

Эталон решения:

Рибоза является альдопентозой, т.е. содержит пять атомов углерода и альдегидную группу. D- иL- рибоза являются энантиомерами и представляют собой зеркальные отражения друг друга. Отнесение углевода к D- и L-ряду проводится по конфигурации последнего хирального центра в стандартной проекции Фишера.В ряду пентоз это атом углерода С₄. Если в стандартной проекции Фишера ОН группа у атома С₄ расположена слева, углевод относится к L ряду, если справа – к D ряду.

Задача 2.

Напишите схему превращения D-глюкозы в циклическую a-форму (проекции Фишера, Толленса и Хеуорса).

Эталон решения:

Глюкоза является альдогексозой, ее структурная формула в стандартной проекции Фишера приведена ниже:

Конфигурация атома С₅ в молекуле говорит о том, что представленная формула отвечает D- глюкозе. В водных растворах моносахариды образуют циклические полуацетали, образование которых связано с нуклеофильным присоединением ОН к карбонильной группе. Стабильными являются, пяти- и шестичленные циклические полуацетали, следовательно, в реакции циклизации участвует ОН группа при атоме углерода С₅.

При циклизации атом углерода С₁ становится хиральным, следовательно происходит образование равновесной смеси двух циклических форм, отличающихся только конфигурацией атома углерода С₁ (аномеры).

Для того, что бы превратить циклическую проекцию Толленса в проекцию Хеуорса воспользуемся следующими правилами:

1. Представим молекулу в виде шестичленной циклической структуры, проведем нумерацию атомов углерода как это представлено на схеме:

 

2. Проведем вертикальные линии, представляющие собой связи С-Н и С-ОН для каждого атома углерода.

3. Расставим Н и ОН группы, пользуясь следующими правилами:

а) Для углеводов D-ряда все группы, записанные внутри цикла в проекции Толленса, в проекции Хеуорса пишутся внизу. В данном примере это ОН группы у атомов С₂ и С₄, и протон у атома С₃. Все группы, записанные вне цикла в проекции Толленса, в проекции Хеуорса записываются сверху. В данном примере это протоны у атомов С₂ и С₄, и ОН группа у атома С₃.

б) Для углеводов D-ряда шестая СН₂ОН группа всегда записывается наверху.

в) Для первого атома углерода (полуацетальный атом углерода) ОН пишется внизу для a-аномера и наверху для b-аномера.

 

4. В условии данной задачи требовалось составить a-циклическую форму D- глюкозы. Ее название по заместительной номенклатуре IUPAC: a-D-глюкопираноза.

 

Задача 3.

Напишите уравнение реакции гидролиза a-лактозы, назовите продукты реакции.

Эталон решения:

Лактоза являются восстанавливающим дисахаридом, следовательно, содержит свободную полуацетальную ОН группу и способна существовать как в двух формах a- и b.

Молекула a-лактозы состоит из двух моносахаридных единиц: b-галактозы и a-глюкозы, следовательно, образует их при гидролизе, в результате разрываb-1,4-гликозидной связи:

НАБОР ЗАДАНИЙ ДЛЯ КОНТРОЛЯ САМОПОДГОТОВКИ

Задание 1.

Назовите следующее соединение.

А. Глюкоза

В. Фруктоза

С. Галактоза

D. Рибоза

Е. Дезоксирибоза

 

Задание 2.

Для моносахаридов характерно явление оксо-цикло-таутомерии. Что обозначает данный термин?

А. Обратимый переход моносахаридов в дисахариды

В. Обратимый переход альдоз в кетозы

С. Необратимый переход гексоз в пентозы

D. Обратимый переход оксоформы в циклическую

Е. Необратимый переход оксоформы в циклическую

Задание 3.

Дезоксирибоза входит в состав дезоксирибонуклеиновых кислот - ДНК. Укажите класс углеводов, к которому она относится:

А. Пентоза

В. Гексоза

С. Кетоза

D. Гомополисахарид

Е. Дисахарид

 

Задание 4.

Моносахариды – гетрофункциональные соединения, содержащие гидрокси- и карбонильную группы. Укажите название приведенного соединения:

A. D-фруктоза

B. b-D-2-дезоксирибофураноза

C. α-D-гюкопираноза

D. α-D-галактопираноза

E. D-рибоза

 

Задание 5.

В результате какой реакции можно получить из глюкозы глюконовую кислоту?

А. Окисление бромной водой

В. Окисление азотной кислотой

С. Восстановление в присутствии катализатора

D. Окисление KMnO₄

Е. Нагревание в кислой среде

Задание 6.

Какой реагент может быть использован для превращения галактозы в галактаровую кислоту:

А. С₂Н₅ОН

В. НСl

С. Н₃РО₄

D. NаОН

Е. НNО₃

Задание 7.

В результате какой реакции из глюкозы можно получить шестиатомный спирт сорбит?

А. Окисление бромной водой

В. Окисление азотной кислотой

С. Восстановление в присутствии катализатора

D. Окисление гидроксидом меди (рективом Фелинга)

Е. Нагревание в кислой среде

Задание 8.

Какие продукты образуются при гидролизе лактозы?

А. β-D-галактопираноза и α- D-глюкопираноза

В. α-D-галактопираноза и α- D-глюкопираноза

С. β-D-фруктофураноза и α- D-глюкопираноза

D. две молекулы α-D-глюкопиранозы

Е. две молекулы β-D-фруктофуранозы

Задание 9.

Выберите невосстанавливающий дисахарид из следующих веществ:

A. Лактоза

B. Сахароза

C. Мальтоза

D. Целлобиоза

E. Галактоза

Задание 10.

Какие типы гликозидной связи присутствуют в молекуле гликогена?

А. α-1,4 и β-1,4-гликозидные

В. α-1,4 и β-1,6-гликозидные

С. α-1,4 и α-1,6-гликозидные

D. только α-1,4-гликозидные

Е. только β-1,4-гликозидные

Задание 11.

Какие структурные компоненты входят в состав гиалуроновой кислоты?

А. β-D-глюкуроновая кислота и N-ацетил-6-сульфогалактозамин

В. β-D-глюкуроновая кислота и N-ацетилглюкозамин

С. β-D-глюкуроновая кислота и N-ацетилглюкозаминсульфат

D. N-ацетилглюкозаминсульфат и N-ацетил-6-сульфогалактозамин

Е. N-ацетил-6-сульфогалактозамин и D-идуроновая кислота

Задание 12.

Гетерополисахариды являются важными компонентами соединительной ткани. Где преимущественно обнаруживается хондроитинсульфат?

А. Тучные клетки

В. Суставная жидкость

С. Хрящи

D. Зубы

Е. Лимфоциты

Эталоныответов:

1 – A, 2 – D, 3 – A, 4 – C,5 – A, 6 – E, 7 – C, 8 – A, 9 – B, 10 – C, 11 – B, 12 - C.

Приложение 12.