Презентация на тему "Лекция на тему:Углеводы:классификация, строениеи физико-химические свойства."

Содержание

• 
  Слайд 1
  

  Лекция на тему:Углеводы:классификация, строениеи физико-химические свойства.

  1 Министерство здравоохранения Украины Запорожскийгосударственный медицинский университетКафедра органической и биоорганической химии Лектор: д. фарм. н., профессорКоваленко С.И.

• 
  Слайд 2

  План лекции

  1. Углеводы. Общая характеристика 2. Углеводы. Классификация. 3. Углеводы. Функции в живых организмах. 4. Углеводы. Классификация. 5. Моносахариды. Классификация, строение (структурная и пространственная изомерия). 6. Таутомерия. Кольчато-цепная таутомерия. 7. Моносахариды. Физико-химические свойства. 8. Таутомерия. Кето-ендиольная таутомерия. 9. Некоторые представители моносахаридов, играющие важную роль в биохимических процессах. 10. Олигосахариды. Классификация, химические свойства. 11. Полисахариды. Классификация, химические свойства. 2

• 
  Слайд 3
  

  3 Углеводы. (Сахара, карбогидраты). Термин “углеводы” – предложен К.Г.Шмидтом в 1844г Cn(H2O)m(n=3-9) Углеводы чрезвычайно распространены в природе. 80% сухой массы растений и 2% животных приходится на углеводы. Простейшие углеводы синтезируются фотосинтезом. Фотосинтез характерен для высших и низших растений (водоросли, лишайники, цианобактерии т.д. ). Фотосинтез осуществляется в две стадии: световая стадия (синтез АТФ, востановленнного НАДФ и выделение кислорода): 2Н2О = 4Н+ + 4е + О2 темновая стадия (синтез моносахаридов с участием образованих в световой стадии АТФ и востановленного НАДФ): 6СО2 + 12Н2О + 18АТФ + 12 (НАДФН+Н+) =C6H12O6+ 18Н3РО4 + 18 ФДФ + 12НАДФ

• 
  Слайд 4
  

  4 Углеводы. Углеводы – один из основных пищевых продуктов. На углеводы приходится 2/3 рациона человека и по калорийности 55%.

• 
  Слайд 5
  

  5 Углеводы. Углеводов в биосфере больше, чем всех органических соединений вместе взятых. Растительные полисахариды можно считать восстаналивающимся природным сырьем, которое заменит нефть, газ, уголь. 2500г 2100г 2050г

• 
  Слайд 6
  

  6 В живых организмах углеводы выполняют следующие функции: Энергетические (энергия, выделяемая в процессе их окисления, запасается в макроэргических связях АТФ и в дальнейшем используется для обеспечения энергетических потребностей клеток); Структурные (нерастворимые полисахариды играют важную роль в поддержании структуры растений). Аналогичную функцию выполняют полисахариды соединительной ткани животных; Пластические (углеводы используются для образования других классов органических веществ в клетках  гликопротеидов, протеогликанов, нуклео-тидов и т.д.); Депонирующие (полисахариды (крахмал, гликоген) представляют собой своеобразное депо глюкозы в организме растений и животных, обеспечи-вающие поддержание резервного запаса глюкозы, как энергетического субстрата и пластического материала); Защитные (углеводы принимаю участие в образовании антител у животных, которые обеспечивают защиту организма от чужеродных агентов); Информационные (углеводы входят в состав рецепторов и участвуют в процессе «узнавания» различных лигандов). Углеводы. Функции в живых организмах.

• 
  Слайд 7
  

  7 Углеводы. Классификация. Углеводы (сахара, карбогидраты)  огромная группа природных и синтетических веществ, которые по химическому строению являются полигидроксильными соединениями, содержащими альдегидную или кетонную группу или образуют их в результате гидролиза. Моносахариды состоят из одного углеводного звена, не способны гидролизоваться Олигосахариды образуют при гидролизе от 2 до 10 молекул моносахаридов Полисахариды Гидролизуються с образованием более 10 молекул моносахаридов

• 
  Слайд 8
  

  8 Моносахариды. Классификация. Характер оксогрупп (химическое строение) Длина углеродной цепи Принадлежность к классу углеводов числитель+окончание «оза» Триозы не считаются сахаридами Тетрозы в природе не встречаются Пентозы Гексозы кетоза альдоза кетогексоза альдопентоза Моносахариды (монозы) – полигидроксильные соединения, содержащие альдегидную или кето-группу

• 
  Слайд 9
  

  9 Построение проекционных формул Фишера Главная углеродная цепь располагается вертикально Асимметрический атом углерода в плоскости чертежа Заместители, расположенные горизонтально находятся над плоскостью, вертикально - за плоскостью

• 
  Слайд 10
  

  10 Моносахариды. Пространственнаяизомерия D-глицериновый альдегид L-глицериновый альдегид D-Альдогексоза L-Кетогексоза Последний ассиметрический атом углерода

• 
  Слайд 11
  

  11 Генетический ряд D-альдоз: Число оптических изомеров: N=2n

• 
  Слайд 12
  

  12 Строение моносахаридов. Моносахариды не образуют гидросульфитные производные, не реагируют с фуксинсернистой кислотой Карбонильная и гидроксильная группы моносахаридов взаимодействуют внутримолекулярно с образованием циклического полуацеталя: Циклические формулы моносахаридов по Колли-Толленсу

• 
  Слайд 13
  

  13 Строение моносахаридов. Гидроксильная группа при аномерном центре называется полуацетальнойили гликозидной. Диастереомеры– стереоизомеры, которые не являются зеркальним отображением один одного. Аномеры– диастереомеры, отличающиеся конфигурацией аномерного атома углерода. перспективные формулы моносахаридов по Хеуорсу (1929 г)

• 
  Слайд 14
  

  14 Заместители, расположенные слева от углеродной цепи, изображаются в формуле Хеуорсанад плоскостью цикла, а заместители, расположенные справа – под плоскостью. У-аномерамоносахаридов D-ряда полуацетальный гидроксил находится под плоскостью цикла (в транс‑положении по отношению к группе –СН2ОН), а у -аномера– над плоскостью (в цис-положении по отношению к группе –СН2ОН). Строение моносахаридов. Циклическая формула по Колли-Толленсу Циклическая формула по Хеуорсу

• 
  Слайд 15
  

  15 -Глюкопираноза -Глюкопираноза Аналогично к циклогексану, пиранозный цикл моносахаридов может иметь две конформации: форма «кресла» или форма «ванны». Более энергетически выгодной является форма «кресла». В молекуле -глюкопиранозыполуацетальныйгидроксилрасположенэкваториально, а в -глюкопиранозе  аксиально. Болееэнергетическивыгоднымявляетсяэкваториальноеположение, в данномслучае не наблюдаетсявзаимоотталкиваниягидроксильныхгрупп 1 и 2 положения. Моносахариды. Конформации. Экваториальное расположение Аксиальное расположение

• 
  Слайд 16
  

  16 рацемическая форма - и -аномеров Строение моносахаридов. Таутомерия. кольчато-цепная или цикло-оксо-таутомерия. Мутаротация – самопроизвольное изменение величины оптического вращения свежеприготовленных растворов оптически активных соединений.

• 
  Слайд 17
  

  17 Химические свойства По цепной форме По циклической форме Внутримолекулярная дегидратация Реакция позволяет отличить гексозы от пентоз

• 
  Слайд 18
  

  18 4. Реакции с участием альдегидной группы Взаимодействие с гидроксиламином Образование озазонов D-Глюкоза, D-манноза и D-фруктоза дают один и тот же озазон

• 
  Слайд 19
  

  19 Химические свойства. Окисление в кислой и нейтральной среде приводит к образованию „альдоновых кислот” применяется в медицине при аллергических заболеваниях, кровотечениях, заболеваниях кожи, токсических поражениях печени и др.

• 
  Слайд 20
  

  20 Сильные окислители(конц.НNO3) образуют „альдаровые”или „сахарные кислоты”. Химические свойства.

• 
  Слайд 21
  

  21 Химические свойства. Альдозы и кетозы восстанавливают в щелочной среде Ag(NH3)2OH – реактив Толленса и комплекс Cu2+ с тартрат-ионом – реактив Фелинга. При этом гликоновые кислоты образуются в незначительном количестве, так как в щелочной среде протекает деградация углеродного скелета моносахаридов. Окисление в щелочной среде

• 
  Слайд 22
  

  22 Таутомерия. Кето-ендиольная таутомерия. Окисление кетоз и альдоз обусловлено процессами изомеризации. Изомерные превращения моносахаридов под действием щелочей называют эпимеризацией Эпимераминазывают диастереоизомеры, отличающиеся конфигурацией только одного из нескольких хиральных центров(напр., D‑глюкоза и D‑манноза, D-ксилоза и D-рибоза и др.). Важно, что в основных средах для глюкозы, фруктозы и маннозы характерно взаимопревращение .

• 
  Слайд 23
  

  23 Химические свойства. Реакции с участием циклических форм Образование гликозидов Неуглеводная часть молекулы гликозида – агликон Связь между аномерным атомом углерода и агликоном - гликозидная Гидролиз гликозидов

• 
  Слайд 24
  

  24 В зависимости от гетероатома через который осуществляется связь гликона с агликоном, гликозиды подразделяют на: S-гликозиды (синигрин); N-гликозиды (нуклеозиды, например: цитидин, уридин, тимидин, аденозин, инозин и др.); О-гликозиды (амигдалин, рутин, арбутин и др.). Строфантин К Аденозин Синигрин

• 
  Слайд 25
  

  25 Химические свойства. Реакции с участием циклических форм Алкилирование Ацилирование Глюкозо-6-фосфат

• 
  Слайд 26
  

  26 Химические свойства. При селективном окислении первичной спиртовой группы образуются уроновые кислоты. Уроновые кислоты участвуют в процессе выведения из организма токсичных веществ

• 
  Слайд 27
  

  27 Химические свойства. Восстановление При восстановлении карбонильной группы альдоз образуются многоатомные спирты – глициты. D-Ксилит и D-сорбит — заменители сахара.

• 
  Слайд 28
  

  28 Химические свойства. Энергетический обмен с участием моносахаридов Спиртовое брожение: Глюкоза → глюкозо-6-фосфат → фруктозо-6-фосфат → диоксиацетонфосфат → глицеральдегидо-3-фосфат → 3-фосфоглицерат → фосфоенолпируват → пировиноградная кислота → уксусный альдегид → этиловый спирт Молочнокислое брожение (лактатное) Lactobacilliusи Streptococcus Глюкоза → глюкозо-6-фосфат → фруктозо-6-фосфат → диоксиацетонфосфат → глицеральдегидо-3-фосфат → 3-фосфоглицерат → фосфоенолпируват → пировиноградная кислота → молочная кислота Глицериновое брожение Глюкоза→ глицериновый альдегид→глицерин Гликолиз: Глюкоза → глюкозо-6-фосфат → фруктозо-6-фосфат → диоксиацетонфосфат → глицеральдегидо-3-фосфат → 3-фосфоглицерат → фосфоенолпируват → пируват → цикл Кребса

• 
  Слайд 29
  

  29 Химические свойства. Брожение моносахаридов Пропионовокислое брожение: Глюкоза→ глицериновый альдегид→глицериновая кислота →пировиноград-ная кислота→ щавелевоуксусная кислота→ яблочная кислота → фумаровая кислота → янтарная кислота → пропионовая кислота Маслянокислое брожение (Clostridium): Глюкоза→пировиноградная кислота→ масляная кислота Ацетонобутаноловое брожение: Глюкоза→ глицериновый альдегид→глицериновая кислота →пировиноградная кислота→ ацетоуксусная кислота → ацетон

• 
  Слайд 30
  

  30 Альтернативный путь окисления глюкозы. Образование аскорбиновой кислоты. -D-глюкоза УДФ-глюкуронат L-гулоновая кислота Аскорбиновая кислота УДФ-глюкозо дегидрогеназа

• 
  Слайд 31
  

  31 Отдельные представители производных моносахаридов Аскорбиновая кислота (витамин С, g-лактон 2,3‑дегидро-L-гулоновой кислоты) Впервые в чистом виде витамин С был выделен в 1928 году, а в 1932 году было доказано, что именно отсутствие аскорбиновой кислоты в пище человека вызывает цингу (scorbutus)

• 
  Слайд 32
  

  32 Полинг предполагал, что высокие дозы витамина С способны защитить человека от многих заболева-ний (ОРВИ, онкозаболевания). Даже в то время его ортодо́ксальная теория не нашла подтверждения. Дозы аскорбиновой кислоты, превышающие потребность, могут приводить к физиологическим расстройствам. Аскорбиновая кислота Лайнус Карл Полинг Медицинское применение Витаминное средство, оказывает метаболическое действие, поступает в организм только с пищей. Участвует в регулировании окислительно-восстанови-тельных процессов, углеводного обмена, свёртывае-мости крови, регенерации тканей; повышает устойчи-вость организма к инфекциям, уменьшает сосудистую проницаемость. Обладает антиагрегантными и антиоксидантными свойствами

• 
  Слайд 33
  

  33 Физиологическая потребность  — 90 мг/сутки Верхний допустимый уровень потребления — 2000 мг/сутки Аскорбиновая кислота

• 
  Слайд 34
  

  34 Некоторые представители моносахаридов, играющие важную роль в биохимических процессах Основное распространение  древесина хвойных, как полисахариды  камеди и гумиарабик L-Арабиноза D-Дигитоксоза Сахарный компонент сердечных гликозидов D-Рибоза Структурный элемент коферментов (НАД+, АТФ), гликозидов и т.д. 2-Дезоксирибоза Структурный элемент дезоксирибонуклеиновых кислот (ДНК) L-стрептоза Структурный элемент антибиотика стрептомицина

• 
  Слайд 35
  

  35 Некоторые представители моносахаридов, играющие важную роль в биохимических процессах D-Глюкозамин Структурный фрагмент полисахарида хитина D-Галактозамин Структурный фрагмент полисахарида хондроитинсульфата Нейраминовая кислота Встречается в виде ацилированих производных по амино- и гидроксильной группе. Ацильными фрагментами являются остатки уксусной и гликолевой кислот. Отмеченные производные – сиаловые кислоты. Они входят в состав гликопротеидов, специфических веществ крови, ганглиозидов мозга. Кроме того, являются нейромедиаторами.

• 
  Слайд 36
  

  36 Дисахариды (биозы) Из природных олигосахаридов по распространению доминируют дисахариды. Дисахаридами называют углеводы, молекулы которых состоят из двух остатков моносахаридов одинаковой или разной природы, соединенных между собой гликозидной связью В зависимости от способа образования гликозидной связи Дисахариды восстанавливающие невосстанавливающие У восстанавливающих дисахаридов гликозидная связь образуется за счет полуацетальной (гликозидной) гидроксильной группы одного и любой спиртовой гидроксильной группы (чаще у С4) другого моносахарида. При этом в молекуле остается одна свободная полуацетальная гидроксильная группа.

• 
  Слайд 37
  

  37 Мальтоза (солодовый сахар) Входит в состав крахмала. В 3 раза мене сладкая, чем сахар. Расщепляется a-амилазой (мальтазой), которая содержится в слюне.

• 
  Слайд 38
  

  38 Мальтоза. Химические свойства. Растворы мальтозы способны к мутаротации

• 
  Слайд 39
  

  39 Мальтоза. Химические свойства. Восстанавливает реактив Толленса, реактив Фелинга С участием альдегидной формы мальтоза вступает в характерные для моносахаридов реакции

• 
  Слайд 40
  

  40 Мальтоза. Химические свойства. При окислении в мягких условиях (под действием бромной воды) мальтоза превращается в мальтобионовую кислоту Со спиртами (в присутствии HCl), образуются гликозиды

• 
  Слайд 41
  

  41 Мальтоза. Химические свойства. С алкилирующими реагентами образует простые эфиры С ацилирующими реагентами образует сложные эфиры

• 
  Слайд 42
  

  42 Целлобиоза Целлобиоза является бесцветным кристаллическим веществом, легко растворяется в воде. Расщепляется b-глюкозидазой (нет в организме человека), не может быть использована в качестве продукта питания. Входит в состав целлюлозы.

• 
  Слайд 43
  

  43 Растворы целлобиозы способны к мутаротации Целлобиоза. Химические свойства. Восстанавливает реактив Толленса, реактив Фелинга При окислении в мягких условиях (под действием бромной воды) целлобиоза превращается в целлобионовую кислоту С участием альдегидной формы целлобиоза вступает в характерные для моносахаридов реакции Со спиртами (в присутствии HCl), образуются гликозиды С алкилирующими реагентами образует простые эфиры С ацилирующими реагентами образует сложные эфиры

• 
  Слайд 44
  

  44 Целлобиоза. Строение. Различие между мальтозой и целлобиозой - в конфигурации гликозидной связи, что отражается на их строении. Гликозидная связь в мальтозе имеет аксиальное, в целлобиозе – экваториальное положение. Конформационное строение этих дисахаридов служит первопричиной линейного строения макромолекул целлюлозы и спиралеобразного строения амилозы (крахмал), структурными элементами которых они являются.

• 
  Слайд 45
  

  45 Лактоза (молочный сахар) Ценный пищевой компонент новорожденных. При гидролизе – глюкоза + галактоза – важна для функционирования головного мозга, развития нервных клеток, входит в состав суставной жидкости. Lactum-молоко. Содержание в коровьем молоке 4-5%, женском молоке 8%. В 4-5 раз менее сладкая, чем сахароза. Лактоза обладает низкой гигроско-пичностью, не поддается спиртовому брожению. Применяется в фармации при изготовлении порошков и таблеток.

• 
  Слайд 46
  

  46 Лактоза. Химические свойства. Для лактозы характерен ряд реакций, присущий восстанавливающим дисахаридам Лактоза гидролизуется под действием кислот и ферментов b-галактозидаз (лактаз), содержащихся в некоторых видах бактерий и грибов, в кишечнике млекопитающих.

• 
  Слайд 47
  

  47 Невосстанавливающие дисахариды (биозиды) У невосстанавливающих дисахаридов гликозидная связь образуется за счет полуацетальной (гликозидной) гидроксильной группы обоих моносахаридов. Эти дисахариды не содержат свободного полуацетального гидроксила, поэтому в растворах существуют только в циклических формах.

• 
  Слайд 48
  

  48 Сахароза. Содержание в некоторых растениях

• 
  Слайд 49
  

  49 Сахароза. Химические свойства. Растворы сахарозыне способны к мутаротации Не восстанавливает реактив Толленса, реактив Фелинга Не вступает в характерные для моносахаридов реакции с участием альдегидной группы Гидролизуется С алкилирующими реагентами образует простые эфиры С ацилирующими реагентами образует сложные эфиры

• 
  Слайд 50
  

  50 Сахароза. Химические свойства. “Инверсия” - изменение в процессе гидролиза сахарозы знака удельного вращения. Смесь равных количеств D-глюкозы и D-фруктозы - инвертный сахар.

• 
  Слайд 51
  

  51 ПОЛИСАХАРИДЫ К полисахаридам относят соединения, молекулы которых содержат более десяти моносахаридных звеньев, связанных О-гликозидной связью. полисахариды гомополисахариды гетерополисахариды (состоят из разных моносахаридных единиц) пентозаны гексозаны (состоят из остатков только одного моносахарида)

• 
  Слайд 52
  

  52 Амилоза 20% Растворима в Н2О Амилопектин 80% Нерастворим в Н2О Гидролиз крахмала Крахмал. Строение В фармации крахмал используется в производстве таблеток, для приготовления присыпок и паст

• 
  Слайд 53
  

  53 Амилоза. Строение

• 
  Слайд 54
  

  54 Амилопектин. Строение

• 
  Слайд 55
  

  55 Целлюлоза Целлюлоза – полисахарид, являющийся составной частью оболочек растительных клеток. В состав древесины входит от 50 до 70 %, а в состав хлопка – до 98 % целлюлозы. Гидролиз целлюлозы при нагревании в присутствии серной кислоты

• 
  Слайд 56
  

  56 Целлюлоза Конформация целлюлозы

• 
  Слайд 57
  

  57 ПОЛИСАХАРИДЫ. Гомополисахариды

• 
  Слайд 58
  

  58 ПОЛИСАХАРИДЫ. Гомополисахариды

• 
  Слайд 59
  

  59 ПОЛИСАХАРИДЫ. Гомополисахариды

• 
  Слайд 60
  

  60 Дякую за увагу!