Clasificarea și rolul biologic al carbohidraților. Structura și rolul biologic al carbohidraților.
Introducere
glucide glicolipide biologice
Carbohidrații sunt cea mai răspândită clasă de compuși organici pe Pământ care fac parte din toate organismele și sunt necesari pentru viața oamenilor și animalelor, plantelor și microorganismelor. Carbohidrații sunt produșii primari ai fotosintezei; în ciclul carbonului ei servesc ca un fel de punte între compușii anorganici și organici. Carbohidrații și derivații lor din toate celulele vii joacă rolul de material plastic și structural, furnizor de energie, substraturi și regulatori pentru anumite procese biochimice. Carbohidrații nu numai că îndeplinesc o funcție nutrițională în organismele vii, ei îndeplinesc și funcții de susținere și structurale. Carbohidrații sau derivații acestora se găsesc în toate țesuturile și organele. Ele fac parte din membranele celulare și formațiunile subcelulare. Ia parte la sinteza multora substante esentiale.
Relevanţă
În prezent, acest subiect este relevant deoarece carbohidrații sunt necesari organismului, deoarece fac parte din țesuturile acestuia și îndeplinesc funcții importante: - sunt principalul furnizor de energie pentru toate procesele din organism (pot fi descompusi și furnizează energie chiar și în absența oxigenului); - necesare pentru utilizarea rațională a proteinelor (cu un deficit de carbohidrați, proteinele sunt folosite în alte scopuri: devin o sursă de energie și participanți la unele reacții chimice importante); - strâns legat de metabolismul grăsimilor (dacă mănânci prea mulți Carbohidrați, mai mult decât poate fi transformat în glucoză sau glicogen (care este stocat în ficat și mușchi), atunci rezultatul este grăsimea. Când organismul are nevoie de mai mult combustibil, grăsimea este convertită înapoi la glucoză, iar greutatea corporală scade); - necesar în special pentru creier viata normala(dacă țesutul muscular poate acumula energie sub formă de depozite de grăsime, creierul nu poate face acest lucru; depinde în întregime de aportul regulat de carbohidrați în organism); - sunt parte integrantă moleculele unor aminoacizi, participă la construcția enzimelor, formarea acizi nucleici etc.
Conceptul și clasificarea carbohidraților
Carbohidrații sunt substanțe cu formula generala C n (H 2O) m , unde n și m pot avea sensuri diferite. Denumirea „carbohidrați” reflectă faptul că hidrogenul și oxigenul sunt prezente în moleculele acestor substanțe în același raport ca și în molecula de apă. Pe lângă carbon, hidrogen și oxigen, derivații de carbohidrați pot conține și alte elemente, cum ar fi azotul.
Carbohidrații sunt una dintre principalele grupe de substanțe organice din celule. Sunt produșii primari ai fotosintezei și produsele inițiale ale biosintezei altor substanțe organice din plante (acizi organici, alcooli, aminoacizi etc.) și se găsesc și în celulele tuturor celorlalte organisme. ÎN celulă animală continutul de carbohidrati este in intervalul 1-2%;la plante poate ajunge, in unele cazuri, la 85-90% din masa de substanta uscata.
Există trei grupe de carbohidrați:
· monozaharide sau zaharuri simple;
· oligozaharide - compuși formați din 2-10 molecule de zaharuri simple conectate în serie (de exemplu, dizaharide, trizaharide etc.).
· polizaharidele constau din mai mult de 10 molecule de zaharuri simple sau derivate ale acestora (amidon, glicogen, celuloza, chitina).
Monozaharide (zaharuri simple)
În funcție de lungimea scheletului de carbon (numărul de atomi de carbon), monozaharidele sunt împărțite în trioze (C 3), tetroză (C 4), pentoze (C 5), hexoze (C 6), heptoză (C7 ).
Moleculele de monozaharide sunt fie alcooli aldehidici (aldoze), fie cetoalcooli (cetoze). Proprietățile chimice ale acestor substanțe sunt determinate în primul rând de grupările aldehide sau cetonice care alcătuiesc moleculele lor.
Monozaharidele sunt foarte solubile în apă și au un gust dulce.
Când sunt dizolvate în apă, monozaharidele, începând cu pentoze, capătă o formă de inel.
Structuri ciclice de pentoze și hexoze - formele lor uzuale: în orice acest moment doar o mică parte de molecule există sub formă de „lanț deschis”. Oligo- și polizaharidele includ, de asemenea, forme ciclice de monozaharide.
Pe lângă zaharuri, în care toți atomii de carbon sunt legați de atomi de oxigen, există zaharuri parțial reduse, dintre care cel mai important este deoxiriboza.
Oligozaharide
Când sunt hidrolizate, oligozaharidele formează mai multe molecule de zaharuri simple. În oligozaharide, moleculele de zaharuri simple sunt legate prin așa-numitele legături glicozidice, conectând atomul de carbon al unei molecule prin oxigen de atomul de carbon al altei molecule.
Cele mai importante oligozaharide includ maltoza (zahărul de malț), lactoza ( zahăr din lapte) și zaharoză (zahăr din trestie sau sfeclă). Aceste zaharuri sunt numite și dizaharide. După proprietățile lor, dizaharidele sunt blocuri pentru monozaharide. Sunt foarte solubile în apă și au gust dulce.
Polizaharide
Acestea sunt biomolecule polimerice cu greutate moleculară mare (până la 10.000.000 Da) constând din un numar mare monomeri - zaharuri simple și derivații acestora.
Polizaharidele pot consta din monozaharide de unul sau tipuri diferite. În primul caz se numesc homopolizaharide (amidon, celuloză, chitină etc.), în al doilea - heteropolizaharide (heparină). Toate polizaharidele sunt insolubile în apă și nu au gust dulce. Unele dintre ele sunt capabile de umflare și mucus.
Cele mai importante polizaharide sunt următoarele.
Celuloză- o polizaharidă liniară formată din mai multe lanțuri paralele drepte legate prin legături de hidrogen. Fiecare lanț este format din reziduuri de β-D-glucoză. Această structură împiedică pătrunderea apei și este foarte elastică, ceea ce asigură stabilitatea membranelor celulare vegetale, care conțin 26-40% celuloză.
Celuloza servește drept hrană pentru multe animale, bacterii și ciuperci. Cu toate acestea, majoritatea animalelor, inclusiv oamenii, nu pot digera celuloza, deoarece tractul lor gastrointestinal nu are enzima celulaza, care descompune celuloza în glucoză. Totodata, fibrele celulozice joaca un rol important in alimentatie, deoarece dau consistenta voluminoasa si grosiera alimentelor si stimuleaza motilitatea intestinala.
amidon și glicogen. Aceste polizaharide sunt principalele forme de depozitare a glucozei în plante (amidon), animale, oameni și ciuperci (glicogen). Când sunt hidrolizate, glucoza se formează în organisme, care este necesară proceselor vitale.
Chitinăformat din molecule de β-glucoză, în care gruparea alcool de la al doilea atom de carbon este înlocuită cu o grupare care conține azot NHCOCH 3. Lanțurile sale lungi paralele, ca și lanțurile de celuloză, sunt colectate în mănunchiuri. Chitina este principalul element structural al tegumentului artropodelor și al pereților celulari ai ciupercilor.
Funcțiile carbohidraților
Funcțiile carbohidraților sunt diverse, și anume:
1.Sunt o sursă sănătoasă de energie, a cărei absență în organism poate duce la slăbiciune, malnutriție, lipsă de vitamine și minerale și exces - la obezitate. Este important să mențineți un aport echilibrat combinația potrivită cu proteine si grasimi pentru a ne mentine corpul tanar si viguros. În timpul digestiei carbohidraților, glucoza este eliberată în sânge și stocată în ficat sub formă de glicogen. Când începe deficitul de glicogen, grăsimile și aminoacizii (proteinele descompuse) sunt mobilizați pentru energie. Acesta este motivul pentru care majoritatea dietelor sugerează eliminarea multor tipuri de alimente ca o modalitate de a activa utilizarea propriilor rezerve. Cu toate acestea, orice expert în fitness vă va spune că cea mai bună idee de a arde calorii și de a dezvolta mușchii este să mâncați o formă de carbohidrați (cum ar fi o jumătate de banană înainte de antrenament). Fără energie, un antrenament productiv nu va funcționa.
2.Necesar pentru a compensa nevoile centralei sistem nervos. Operatie normala care depinde în mare măsură de glucoza primită. Aportul adecvat de carbohidrați asigură performanța sa corespunzătoare. Este posibil să observați că atunci când începeți să postați (cu o dietă săracă în carbohidrați), aveți tendința de a vă simți slăbit, uituc și incapabil să vă concentrați. Apare slăbiciune generală, oboseală rapidă. Acestea sunt consecințele directe ale lipsei de glucoză în organism. Această condiție bântuie pe cei care suferă nivel scăzut zahăr din sânge.
.Oferă energie mușchilor. Deși pentru dezvoltare, funcționare și creștere fibre musculare este nevoie de proteine, baza acestor modificări este pusă de carbohidrați. Numai dacă sunt prezente proteinele pot fi folosite în scopul lor principal - construcția. Împărțirea acestora din urmă pentru a acoperi nevoile vieții în caz de deficiență produse familiare, duce la pierdere masa muscularași frustrare generală. Prin urmare, atunci când aportul de carbohidrați este redus, este vorba de alte componente ale țesutului. Pentru a menține rezervele de glicogen și dezvoltarea, trebuie să faceți exerciții fizice în mod regulat. Dacă nu îți ajunge activitate fizica, are loc degradarea.
.Normalizați munca tract gastrointestinal. Fibrele alimentare (fibrele) sunt prezente în toți carbohidrații, mai ales în cei complecși. Deși celuloza nu poate fi digerată de către organism singură, ea oferă volum, ceea ce ajută la stimularea peristaltismului. La rândul său, acest lucru facilitează eliminarea toxinelor și eliminarea deșeurilor din intestine. Are loc detoxifierea, ca urmare persoana se simte reînnoită și proaspătă. În plus, lactoza favorizează creșterea specială bacterii benefice V intestinul subtire, care determină sinteza anumitor grupe de vitamine și îmbunătățește absorbția calciului.
.Oxidarea (prevenirea cetozei) este o altă funcție importantă. Cetoza este o afecțiune foarte gravă care apare atunci când dieta unei persoane este săracă în carbohidrați. Boala duce la nivel ridicat substanțe chimice(cetone) în fluxul sanguin. Mecanismul de oxidare a grăsimilor este perturbat. Acidul oxaloacetic (un produs de descompunere a carbohidraților) este necesar pentru oxidarea acetatului, care este un produs de descompunere a grăsimilor. În absența sa, acetatul se transformă în corpi cetonici, acumulându-se în organism, iar persoana suferă de o „afecțiune toxică”. Cetoza apare în timpul diabetului și a postului, când celulele trebuie să utilizeze rezerve proprii ca sursă de putere. Expresia „arsuri de grăsimi în focul carbohidraților” subliniază importanța acestora.
.Un bloc integral implicat în metabolism și care are un impact direct asupra tuturor aspectelor acestui proces complex. Carbohidrații sunt implicați în sinteza hormonilor, secrețiile glandelor și reglează presiune osmotica.
Rolul principal al acestor ajutoare este de a asigura niveluri adecvate de energie în corpul nostru. Majoritatea nutriționiștilor recomandă o dietă care să conțină 45 până la 70% carbohidrați pentru a rămâne sănătoși. Acestea trebuie obținute din fructe proaspete, legume, lapte, produse lactate și cereale.
o scurtă descriere a rolul ecologic si biologic al carbohidratilor
Rezumând materialul discutat mai sus referitor la caracteristicile carbohidraților, putem trage următoarele concluzii despre rolul lor ecologic și biologic.
Ele îndeplinesc o funcție de construcție atât în celule, cât și în organism în ansamblu, datorită faptului că fac parte din structurile care formează celule și țesuturi (acest lucru este tipic pentru plante și ciuperci), de exemplu, membranele celulare, diferite membrane. , etc., în plus, carbohidrații participă la formarea substanțelor necesare biologic care formează o serie de structuri, de exemplu, la formarea acizilor nucleici care formează baza cromozomilor; carbohidrații fac parte din proteine complexe - glicoproteine, care au o anumită valoareîn formarea structurilor celulare şi a substanţei intercelulare.
Cea mai importantă funcție a carbohidraților este funcția trofică, care constă în faptul că multe dintre ele sunt produse alimentare ale organismelor heterotrofe (glucoză, fructoză, amidon, zaharoză, maltoză, lactoză etc.). Aceste substanțe, în combinație cu alți compuși, formează produse alimentare folosite de om (diverse cereale; fructe și semințe de plante individuale, care includ carbohidrați în compoziția lor, sunt hrană pentru păsări, iar monozaharidele, intrând într-un ciclu de diverse transformări, contribuie la formarea propriilor carbohidrați, caracteristici Pentru a unui organism dat, precum și alți compuși organo-biochimici (grăsimi, aminoacizi (dar nu și proteinele acestora), acizi nucleici etc.).
Carbohidrații se caracterizează și printr-o funcție energetică, care constă în faptul că monozaharidele (în special glucoza) sunt ușor oxidate în organisme (produsul final al oxidării este CO 2si n 2O), aceasta eliberează cantitate mare energie, însoțită de sinteza ATP.
Au si ei functie de protectie, constând în faptul că structurile (și anumite organele din celulă) provin din carbohidrați care protejează fie celula, fie organismul în ansamblu de diverse daune, inclusiv mecanice (de exemplu, învelișurile chitinoase ale insectelor care formează exoschelet, pereții celulari ai plantelor și multe ciuperci, inclusiv celuloza etc.).
Un rol important îl au funcțiile mecanice și de formare ale carbohidraților, care reprezintă capacitatea structurilor formate fie din carbohidrați, fie în combinație cu alți compuși, de a conferi corpului o anumită formă și de a le face mecanic puternice; Astfel, membranele celulare ale țesuturilor mecanice și ale vaselor de xilem creează cadrul (scheletul intern) al copacilor, arbuștilor și plante erbacee, chitina formează scheletul extern al insectelor etc.
Scurte caracteristici ale metabolismului carbohidraților într-un organism heterotrof (folosind exemplul corpului uman)
Un rol important în înțelegerea proceselor metabolice îl joacă cunoașterea transformărilor la care sunt supuși carbohidrații în organismele heterotrofe. În corpul uman, acest proces este caracterizat de următoarea descriere schematică.
Carbohidrații din alimente intră în organism prin cavitatea bucală. Monozaharidele din sistemul digestiv practic nu suferă transformări, dizaharidele sunt hidrolizate în monozaharide, iar polizaharidele suferă transformări destul de semnificative (acest lucru se aplică acelor polizaharide care sunt consumate de organism ca hrană și carbohidraților care nu sunt substanțe alimentare, de exemplu celuloza). , unele pectine, sunt îndepărtate din organism cu fecale).
ÎN cavitatea bucală mâncarea este zdrobită și omogenizată (devine mai uniformă decât înainte de a intra în ea). Alimentele sunt afectate de saliva secretată glandele salivare. Conține enzima ptialină și are un mediu de reacție alcalină, datorită căruia începe hidroliza primară a polizaharidelor, ducând la formarea oligozaharidelor (glucide cu o valoare n mică).
O parte din amidon poate fi chiar transformat în dizaharide, ceea ce poate fi observat când se mestecă pâine pentru o lungă perioadă de timp (pâinea neagră acrișoară devine dulce).
Alimentele mestecate, procesate din abundență de saliva și zdrobite de dinți, intră în stomac prin esofag sub formă de bolus alimentar, unde sunt expuse la suc gastric cu un mediu de reacţie acid care conţine enzime care acţionează asupra proteinelor şi acizilor nucleici. Aproape nimic nu se întâmplă cu carbohidrații din stomac.
Apoi, carnea de mâncare intră în prima secțiune a intestinului (intestinul subțire), începând duoden. Primește sucul pancreatic (secreția pancreatică), care conține un complex de enzime care favorizează digestia carbohidraților. Carbohidrații sunt transformați în monozaharide, care sunt solubile în apă și capabile de absorbție. Carbohidrați din dietă sunt în cele din urmă digerate în intestinul subțire, iar în acea parte a acestuia în care sunt conținute vilozitățile, sunt absorbite în sânge și intră în sistem circulator.
Odată cu fluxul sanguin, monozaharidele sunt transportate în diferite țesuturi și celule ale corpului, dar mai întâi tot sângele trece prin ficat (acolo este curățat de produsele metabolice dăunătoare). În sânge, monozaharidele sunt prezente în principal sub formă de alfa-glucoză (dar pot fi prezenți și alți izomeri de hexoză, cum ar fi fructoza).
Dacă glicemia mai puțin decât în mod normal, apoi o parte din glicogenul conținut în ficat este hidrolizată în glucoză. Conținutul în exces de carbohidrați se caracterizează boala grava persoană - diabet.
Din sânge, monozaharidele intră în celule, unde majoritatea sunt cheltuite pentru oxidare (în mitocondrii), timp în care este sintetizat ATP, care conține energie într-o formă „convenabilă” pentru organism. ATP este cheltuit diverse procese care necesită energie (sinteză necesare organismului substanțe, realizarea de procese fiziologice și de altă natură).
O parte din carbohidrații din alimente sunt utilizate pentru sinteza carbohidraților unui anumit organism, necesari pentru formarea structurilor celulare sau compuși necesari pentru formarea substanțelor din alte clase de compuși (deci grăsimile, acizii nucleici etc.) obținut din carbohidrați). Capacitatea carbohidraților de a se transforma în grăsimi este una dintre cauzele obezității, o boală care implică un complex de alte boli.
Prin urmare, consumul cantitatea in exces carbohidrații sunt nocivi pentru corpul uman lucruri de luat în considerare la organizare alimentație rațională.
În organismele vegetale care sunt autotrofe, metabolismul carbohidraților este oarecum diferit. Carbohidrații (monozahăr) sunt sintetizați de organismul însuși din dioxid de carbonși apă folosind energia solară. Di-, oligo- și polizaharidele sunt sintetizate din monozaharide. O parte din monozaharide este inclusă în sinteza acizilor nucleici. Organismele vegetale folosesc o anumită cantitate de monozaharide (glucoză) în procesele de respirație pentru oxidare, timp în care (ca și în organismele heterotrofe) este sintetizat ATP.
Glicolipidele și glicoproteinele ca componente structurale și funcționale ale celulelor carbohidraților
Glicoproteinele sunt proteine care conțin lanțuri de oligozaharide (glican) atașate covalent la o schemă polipeptidică. Glicozaminoglicanii sunt polizaharide construite din componente dizaharide repetate care conțin de obicei aminozaharuri (glucozamină sau galactozamină sub formă sulfonată sau nesulfonată) și acid uronic (glucuronic sau iduronic). Anterior, glicozaminoglicanii erau numiți mucopolizaharide. Ele sunt de obicei legate covalent de o proteină; un complex de unul sau mai mulți glicozaminoglicani cu o proteină se numește proteoglican. Glicoconjugații și carbohidrații complecși sunt termeni echivalenti pentru moleculele care conțin lanțuri de carbohidrați (unul sau mai multe) legate covalent la o proteină sau o lipidă. Această clasă de compuși include glicoproteine, proteoglicani și glicolipide.
Semnificație biomedicală
Aproape toate proteinele plasmatice umane, cu excepția albuminei, sunt glicoproteine. Multe veverițe membranele celulare conțin cantități semnificative de carbohidrați. Substanțele grupelor de sânge în unele cazuri se dovedesc a fi glicoproteine, uneori glicosfingolipidele joacă acest rol. Unii hormoni (de exemplu, gonadotropina corionica umana) sunt de natura glicoproteica. ÎN În ultima vreme Cancerul este din ce în ce mai caracterizat ca rezultat al reglării anormale a genelor. problema principala boli oncologice Metastaza este un fenomen în care celulele canceroase își părăsesc locul de origine (de exemplu, sânul), sunt transportate prin fluxul sanguin în părți îndepărtate ale corpului (de exemplu, creierul) și cresc la infinit cu consecințe catastrofale pentru pacient. Mulți oncologi cred că metastazele, conform macar parțial datorită modificărilor în structura glicoconjugatelor de la suprafață celule canceroase. O serie de boli (mucopolizaharidoza) se bazează pe activitatea insuficientă a diferitelor enzime lizozomale care distrug glicozaminoglicanii individuali; ca urmare, unul sau mai multe dintre ele se acumulează în țesuturi, provocând diverse semne patologice si simptome. Un exemplu de astfel de afecțiuni este sindromul Hurler.
Distribuție și funcții
Glicoproteinele se găsesc în majoritatea organismelor, de la bacterii la oameni. Mulți virusuri de origine animală conțin și glicoproteine, iar unele dintre acești virusuri au fost studiate pe larg, în parte pentru că sunt convenabile pentru cercetare.
Glicoproteinele sunt un grup mare de proteine cu funcții diverse, conținutul lor de carbohidrați variază de la 1 la 85% sau mai mult (în unități de masă). Rolul lanțurilor de oligozaharide în funcția glicoproteinelor nu a fost încă determinat cu precizie, în ciuda studiului intens al acestei probleme.
Glicolipidele sunt lipide complexe formate prin combinarea lipidelor cu carbohidrații. Moleculele de glicolipide au „capete” polari (carbohidrați) și „cozi” nepolare (reziduuri). acizi grași). Datorită acestui fapt, glicolipidele (împreună cu fosfolipidele) fac parte din membranele celulare.
Glicolipidele sunt prezente pe scară largă în țesuturi, în special în țesut nervos, în special în țesutul cerebral. Sunt localizate în principal pe suprafața exterioară membrană plasmatică, unde componentele lor carbohidrați sunt incluse printre alți carbohidrați de suprafață celulară.
Glicosfingolipidele, care sunt componente ale stratului exterior al membranei plasmatice, pot participa la interacțiuni și contacte intercelulare. Unele dintre ele sunt antigene, de exemplu antigenul Forssmann și substanțe care determină grupele sanguine ale sistemului ABO. Lanțuri de oligozaharide similare au fost găsite în alte glicoproteine ale membranei plasmatice. O serie de gangliozide funcționează ca receptori pentru toxinele bacteriene (de exemplu, toxina holeră, care declanșează activarea adenilat-ciclazei).
Glicolipidele, spre deosebire de fosfolipide, nu conțin reziduuri acid fosforic. În moleculele lor, reziduurile de galactoză sau sulfoglucoză sunt atașate de diacilglicerol printr-o legătură glicozidică
Tulburări ereditare schimb de monozaharide și dizaharide
Galactozemia este o patologie metabolică ereditară cauzată de activitatea insuficientă a enzimelor implicate în metabolismul galactozei. Incapacitatea organismului de a utiliza galactoza duce la leziuni severe ale sistemelor digestive, vizuale și nervoase ale copiilor în cea mai mare parte. vârstă fragedă. În pediatrie și genetică, galactozemia este o boală genetică rară care apare cu o frecvență de un caz la 10.000 - 50.000 de nou-născuți. Tabloul clinic al galactozemiei a fost descris pentru prima dată în 1908 la un copil care suferea de epuizare severă, hepato- și splenomegalie, galactozurie; boala a dispărut imediat după întreruperea tratamentului alimentația cu lapte. Mai târziu, în 1956, omul de știință Hermann Kelker a stabilit că baza bolii a fost o încălcare a metabolismului galactozei. Cauzele bolii Galactosemia este patologie congenitală, moștenit în mod autosomal recesiv, adică boala se manifestă numai dacă copilul moștenește două copii ale genei defectuoase de la fiecare părinte. Persoane heterozigote pentru gena mutantă, sunt purtători ai bolii, dar pot dezvolta și semne individuale de galactozemie în grad ușor. Conversia galactozei în glucoză (calea metabolică Leloir) are loc cu participarea a 3 enzime: galactoză-1-fosfat uridil transferaza (GALT), galactokinaza (GALK) și uridin difosfat-galactoză-4-epimeraza (GALE). În conformitate cu deficitul acestor enzime, există 1 (varianta clasică), 2 și 3 tipuri de galactozemie.Identificarea a trei tipuri de galactozemie nu coincide cu ordinea de acțiune a enzimelor din calea metabolică Leloir. Galactoza intră în organism cu alimente și se formează și în intestine în timpul hidrolizei lactozei dizaharide. Calea metabolică a galactozei începe cu conversia acesteia de către enzima GALK în galactoză-1-fosfat. Apoi, cu participarea enzimei GALT, galactoza-1-fosfatul este transformat în UDP-galactoză (uridil difosfogalactoză). După aceasta, cu ajutorul GALE, metabolitul este transformat în UDP - glucoză (uridil difosfoglucoză).Dacă una dintre aceste enzime (GALK, GALT sau GALE) este deficitară, concentrația de galactoză din sânge crește semnificativ, metaboliții intermediari ai galactoza se acumulează în organism, ceea ce provoacă daune toxice diverse organe: Sistemul nervos central, ficat, rinichi, splină, intestine, ochi, etc. Încălcarea metabolismului galactozei este esența galactozemiei. Cel mai adesea în practica clinica apare galactozemia clasică (tip 1), cauzată de un defect al enzimei GALT și o încălcare a activității acesteia. Gena care codifică sinteza galactoz-1-fosfat uridil transferazei este localizată în regiunea circumcentromerică a cromozomului 2. După gravitate curs clinic Există grade severe, moderate și ușoare de galactozemie. Primul Semne clinice Galactozemia severă se dezvoltă foarte devreme, în primele zile de viață ale unui copil. La scurt timp după hrănirea nou-născutului lapte matern sau formula de lapte provoacă vărsături și tulburări ale scaunului ( diaree apoasă), intoxicația crește. Bebelușul devine letargic și refuză sânul sau biberonul; malnutriția și cașexia lui progresează rapid. Copilul poate fi deranjat de flatulență, colici intestinale, descărcarea excesivă de gaze.În timpul examinării unui copil cu galactozemie de către un medic neonatolog se dezvăluie stingerea reflexelor în perioada nou-născutului. În cazul galactozemiei, icterul persistent de severitate variabilă și hepatomegalia apar precoce, iar insuficiența hepatică progresează. Până la 2-3 luni de viață apar splenomegalie, ciroză hepatică și ascita. Tulburările în procesele de coagulare a sângelui duc la apariția unor hemoragii pe piele și mucoase. Copiii încep să rămână în urmă în dezvoltarea psihomotorie devreme, dar gradul de afectare intelectuală cu galactozemie nu atinge aceeași severitate ca și în cazul fenilcetonuriei. Până la 1-2 luni, copiii cu galactozemie dezvoltă cataractă bilaterală. Leziunile renale în galactozemie sunt însoțite de glucozurie, proteinurie și hiperaminoacidurie. În faza terminală a galactozemiei, copilul moare de epuizare profundă, severă insuficienta hepaticași straturi de infecții secundare. Pentru galactozemie moderat De asemenea, se remarcă vărsături, icter, anemie, dezvoltare psihomotorie întârziată, hepatomegalie, cataractă și malnutriție. Galactozemia ușoară se caracterizează prin refuzul de a alăpta, vărsături după administrarea laptelui și dezvoltarea vorbirii, intarzierea copilului in greutate si inaltime. Cu toate acestea, chiar și cu galactozemie ușoară, produsele metabolice ale galactozei au un efect toxic asupra ficatului, ducând la boli cronice.
Fructozemie
Fructozemia este ereditară boala genetica, constând în intoleranță la fructoză ( zahăr din fructe, găsit în toate fructele, fructele de pădure și unele legume, precum și în miere). Cu fructozemie în corpul uman există puține sau practic deloc enzime (enzime, substanțe organice de natură proteică care accelerează reacții chimice, care apar în organism), participând la descompunerea și absorbția fructozei. Boala este de obicei detectată în primele săptămâni și luni de viață ale copilului sau din momentul în care copilul începe să primească sucuri și alimente care conțin fructoză: ceai dulce, sucuri de fructe, piureuri de legume și fructe. Fructozemia se transmite după un mod autosomal recesiv de moștenire (boala apare dacă ambii părinți au boala). Băieții și fetele se îmbolnăvesc la fel de des.
Cauzele bolii
Ficatul nu are suficientă enzimă specială (fructoza-1-fosfat aldolaza) care transformă fructoza. Ca urmare, produsele metabolice (fructoza-1-fosfat) se acumulează în organism (ficat, rinichi, mucoase intestinale) și au un efect dăunător. S-a stabilit că fructoza-1-fosfatul nu se depune niciodată în celulele creierului și în cristalinul ochiului. Simptomele bolii apar după consumul de fructe, legume sau fructe de pădure sub orice formă (sucuri, nectare, piureuri, proaspete, congelate sau uscate), precum și miere. Severitatea manifestării depinde de cantitatea de alimente consumată.
Letargie, paloare piele. Transpirație crescută. Somnolenţă. Vărsături. Diaree (frecvent volumetrică ( portii mari) scaun liber). Aversiune pentru alimente dulci. Hipotrofia (deficiența (insuficiența) greutății corporale) se dezvoltă treptat. Dimensiunea ficatului crescută. Ascita (acumulare de lichid în cavitate abdominală). Icter (îngălbenirea pielii) - se dezvoltă uneori. Hipoglicemia acută (o afecțiune în care nivelul de glucoză (zahăr) din sânge scade semnificativ) se poate dezvolta odată cu consumul simultan de cantități mari de alimente care conțin fructoză. Caracterizat prin: Tremuratul membrelor; convulsii (contracții musculare involuntare paroxistice și tensiune extremă); Pierderea conștienței până la comă (lipsa conștienței și reacție la orice stimul; starea prezintă un pericol pentru viața umană).
Concluzie
Importanța carbohidraților în alimentația umană este foarte mare. Ei servesc cea mai importantă sursă energie, asigurând până la 50-70% din aportul total de calorii.
Capacitatea carbohidraților de a fi o sursă foarte eficientă de energie stă la baza acțiunii lor de „economisire a proteinelor”. Deși carbohidrații nu sunt factori nutriționali esențiali și pot fi formați în organism din aminoacizi și glicerol, cantitate minimă carbohidrații din dieta zilnică nu trebuie să fie mai mici de 50-60 g.
O serie de boli sunt strâns asociate cu metabolismul carbohidraților afectat: diabet zaharat, galactozemie, tulburări ale sistemului de depozit de glicogen, intoleranță la lapte etc. Trebuie remarcat faptul că în organismul uman și animal carbohidrații sunt prezenți în cantități mai mici (nu mai mult de 2% din greutatea corporală uscată) decât proteinele și lipidele; în organismele vegetale, datorită celulozei, carbohidrații reprezintă până la 80% din masa uscată, prin urmare, în general, în biosferă există mai mulți carbohidrați decât toți ceilalți compuși organici combinați.Astfel: carbohidrații joacă un rol imens în viața organisme vii de pe planetă, oamenii de știință cred că aproximativ atunci când a apărut primul compus carbohidrați, primul celula vie.
Literatură
1. Biochimie: un manual pentru universități / ed. E.S.Severina - ed. a V-a, - 2009. - 768 p.
2.T.T. Berezov, B.F. Chimie biologică Korovkin.
P.A. Verbolovich „Atelier de lucru organic, fizic, coloidal și chimie biologică».
Lehninger A. Fundamentele biochimiei // M .: Mir, 1985
Endocrinologie clinică. Ghid / N. T. Starkova. - Ediția a 3-a, revizuită și extinsă. - Sankt Petersburg: Peter, 2002. - p. 209-213. - 576 p.
Bolile copilăriei (volumul 2) - Shabalov N.P. - manual, Peter, 2011
Comanda munca
Ai nevoie de lucrare originală?
Specialiștii noștri vă vor ajuta să scrieți o lucrare cu verificare obligatorie pentru unicitatea în sistemul Anti-Plagiat.
Trimiteți cererea dvs cu cerințele chiar acum pentru a afla costul și posibilitatea scrierii.
Introducere
2. Clasificarea carbohidraților
3. Caracteristici structurale și funcționale ale organizării mono- și dizaharidelor: structura; fiind în natură; primirea; caracteristicile reprezentanților individuali
4. Rolul biologic biopolimeri- polizaharide
5. Chimic proprietățile carbohidraților
Concluzie
Bibliografie
Introducere
Compușii organici reprezintă în medie 20-30% din masa celulară a unui organism viu. Acestea includ polimeri biologici: proteine, acizi nucleici, carbohidrați, precum și grăsimi și o serie de molecule mici - hormoni, pigmenți, ATP, etc. Diferite tipuri de celule conțin cantități diferite de compuși organici. În celulele vegetale predomină carbohidrații complecși-polizaharide, în timp ce în celulele animale există mai multe proteine și grăsimi. Cu toate acestea, fiecare dintre grupele de substanțe organice din orice tip de celulă îndeplinește funcții similare: furnizează energie și este un material de construcție.
1. Informații scurte despre carbohidrați
Carbohidrați - compusi organici, constând din una sau mai multe molecule de zaharuri simple. Molar masa de carbohidrati variază de la 100 la 1.000.000 Da (masa Dalton, aproximativ egală cu masa unui atom de hidrogen). Formula lor generală este de obicei scrisă ca C n (H 2 O) n (unde n este cel puțin trei). Pentru prima dată în 1844, acest termen a fost introdus de omul de știință K. Schmid (1822-1894).
Denumirea „carbohidrați” a apărut din analiza primilor reprezentanți cunoscuți ai acestui grup de compuși. S-a dovedit că aceste substanțe constau din carbon, hidrogen și oxigen, iar raportul dintre numărul de atomi de hidrogen și oxigen din ele este același ca în apă: pentru doi atomi de hidrogen - un atom de oxigen. Astfel, au fost considerate ca o combinație de carbon și apă. Ulterior, au devenit cunoscuți mulți carbohidrați care nu îndeplineau această condiție, dar denumirea de „carbohidrați” rămâne în general acceptată. Într-o celulă animală, carbohidrații se găsesc într-o cantitate care nu depășește 2-5%. Celulele vegetale sunt cele mai bogate în carbohidrați, unde conținutul lor ajunge în unele cazuri la 90% din greutatea uscată (de exemplu, în tuberculi de cartofi, semințe).
2. Clasificarea carbohidraților
Se află trei grupe de carbohidrați: monozaharide, sau zaharuri simple (glucoza, fructoza); oligozaharide - compuși formați din 2-10 molecule de zaharuri simple legate în serie (zaharoză, maltoză); polizaharide care conțin mai mult de 10 molecule de zahăr (amidon, celuloză).
3. Caracteristici structurale și funcționale ale organizării mono- și dizaharidelor: structura; fiind în natură; primind. caracteristicile reprezentanților individuali
Monozaharidele sunt derivați cetonici sau aldehidici ai alcoolilor polihidroxilici. Atomii de carbon, hidrogen și oxigen care le alcătuiesc sunt într-un raport de 1:2:1. Formula generală pentru zaharurile simple este (CH 2 O)n. În funcție de lungimea scheletului de carbon (numărul de atomi de carbon), acestea se împart în: trioze-C 3, tetroză-C 4, pentoze-C 5, hexoze-C 6 etc. În plus, zaharurile sunt împărțite în :
Aldozele care conțin o grupare aldehidă sunt C=O. Acestea includ | N glucoză:
H H H H H
CH2OH - C - C - C - C - C
| | | | \\
OH OH OH OH OH
Cetozele care conțin o grupare cetonă sunt C-. De exemplu, || se referă la fructoză.
În soluții, toate zaharurile, începând cu pentozele, au o formă ciclică; în formă liniară sunt prezente doar trioze și tetroze. Când se formează forma ciclică, atomul de oxigen al grupării aldehide este legat printr-o legătură covalentă de penultimul atom de carbon al lanțului, rezultând formarea hemiacetalilor (în cazul aldozelor) și a hemicetalilor (în cazul cetozelor). ).
Caracteristicile monozaharidelor, reprezentanți individuali
Dintre tetroze, eritroza este cea mai importantă în procesele metabolice. Acest zahăr este unul dintre produsele intermediare ale fotosintezei. Pentozele se găsesc în condiții naturale în principal ca componente ale moleculelor de substanțe mai complexe, de exemplu, polizaharide complexe numite pentozani, precum și gume de plante. Pentozele se găsesc în cantități semnificative (10-15%) în lemn și paie. Arabinoza se găsește predominant în natură. Se găsește în lipici de cireșe, sfeclă și gumă arabică, de unde se obține. Riboza și deoxiriboza sunt larg reprezentate în lumea animală și vegetală; acestea sunt zaharuri care fac parte din monomerii acizilor nucleici ARN și ADN. Riboza se obține prin epimerizarea arabinozei.
Xiloza se formează prin hidroliza polizaharidei xilosan conținute în paie, tărâțe, lemn și coajă de floarea soarelui. Produse tipuri variate Agenții de fermentație ai xilozei sunt acizii lactic, acetic, citric, succinic și alți acizi. Xiloza este slab absorbită de corpul uman. Hidrolizații care conțin xiloză sunt utilizați pentru a cultiva anumite tipuri de drojdie; ele sunt folosite ca sursă de proteine pentru hrănirea animalelor de fermă. Când xiloza este redusă, se obține xilitol; acesta este folosit ca înlocuitor al zahărului pentru diabetici. Xilitolul este utilizat pe scară largă ca stabilizator de umiditate și plastifiant (în industria hârtiei, parfumerie și producția de celofan). Este una dintre componentele principale în producția unui număr de agenți tensioactivi, lacuri și adezivi.
Dintre hexoze, cele mai răspândite sunt glucoza, fructoza și galactoza; formula lor generală este C 6 H 12 O 6.
Glucoza (zahăr din struguri, dextroză) se găsește în sucul de struguri și alte fructe dulci și în cantități mici- în organismele animale și umane. Glucoza face parte din cele mai importante dizaharide - zaharurile din trestie si din struguri. Polizaharidele cu greutate moleculară mare, adică amidonul, glicogenul (amidonul animal) și fibrele, sunt construite în întregime din resturile de molecule de glucoză conectate între ele. căi diferite. Glucoza este sursa primară de energie pentru celule.
Sângele uman conține 0,1-0,12% glucoză; o scădere a nivelului provoacă perturbarea funcționării celulelor nervoase și musculare, uneori însoțită de convulsii sau leșin. Nivelurile de glucoză din sânge sunt reglate mecanism complex funcționarea sistemului nervos și a glandelor endocrine. Una dintre cele mai grele boli endocrine- diabet zaharat - asociat cu hipofuncția zonelor insulare ale pancreasului. Însoțită de o scădere semnificativă a permeabilității mușchilor și membranei celulelor adipoase la glucoză, ceea ce duce la o creștere a nivelului de glucoză din sânge și urină.
Glucoza de uz medical se obtine prin purificarea - recristalizarea - a glucozei tehnice din solutii apoase sau apos-alcoolice. Glucoza este utilizată în producția de textile și în alte industrii ca agent reducător. În medicină, glucoza pură este utilizată sub formă de soluții injectabile în sânge pentru o serie de boli și sub formă de tablete. Din ea se obține vitamina C.
Galactoza, împreună cu glucoza, face parte din unele glicozide și polizaharide. Reziduurile de molecule de galactoză fac parte din cei mai complexi biopolimeri - gangliozide sau glicosfingolipide. Ele se găsesc în ganglionii nervoși ai oamenilor și animalelor și se găsesc, de asemenea, în țesutul cerebral, în splină din celulele roșii din sânge. Galactoza se obține în principal prin hidroliza zahărului din lapte.
Fructoza (zahărul din fructe) în stare liberă se găsește în fructe, miere. Este un component al multor zaharuri complexe, de exemplu Trestie de zahăr din care se poate obţine prin hidroliză. Inulina, o polizaharidă complexă cu molecule înalte, se găsește în unele plante. Fructoza se obține și din inulină. Fructoza este un valoros zahăr alimentar; este de 1,5 ori mai dulce decât zaharoza și de 3 ori mai dulce decât glucoza. Este bine absorbit de organism. Când fructoza este redusă, se formează sorbitol și manitol. Sorbitolul este folosit ca înlocuitor al zahărului în dieta diabeticilor; În plus, este folosit pentru a produce acid ascorbic (vitamina C). Când este oxidată, fructoza produce acid tartric și oxalic.
Dizaharidele sunt polizaharide tipice asemănătoare zahărului. Acest solide, sau siropuri necristalizante, foarte solubile în apă. Atât dizaharidele amorfe cât și cele cristaline se topesc de obicei într-un anumit interval de temperatură și, de regulă, cu descompunere. Dizaharidele sunt formate printr-o reacție de condensare între două monozaharide, de obicei hexoze. Legătura dintre două monozaharide se numește legătură glicozidică. Se formează de obicei între primul și al patrulea atom de carbon ai unităților de monozaharide adiacente (legatură 1,4-glicozidică). Acest proces poate fi repetat de nenumarate ori, rezultand formarea de molecule de polizaharide gigantice. Odată ce unitățile de monozaharide se combină între ele, ele se numesc reziduuri. Astfel, maltoza constă din două resturi de glucoză.
Dintre dizaharide, cele mai răspândite sunt maltoza (glucoză + glucoză), lactoza (glucoză + galactoză) și zaharoza (glucoză + fructoză).
Reprezentanți individuali ai dizaharidelor
Maltoza (zahărul de malț) are formula C 12 H 22 O 11. Denumirea a apărut în legătură cu metoda de producere a maltozei: se obține din amidon sub influența malțului (latina maltum - malț). Ca rezultat al hidrolizei, maltoza este împărțită în două molecule de glucoză:
C 12 H 22 O 11 + H 2O = 2C 6 H 12 O 6
Zahărul de malț este un produs intermediar în hidroliza amidonului și este larg distribuit în organismele vegetale și animale. Zahărul de malț este semnificativ mai puțin dulce decât zahărul din trestie (de 0,6 ori la aceleași concentrații).
Lactoză (zahăr din lapte). Denumirea acestei dizaharide a apărut în legătură cu producerea sa din lapte (din latinescul lactum - lapte). În timpul hidrolizei, lactoza este descompusă în glucoză și galactoză:
Lactoza se obtine din lapte: in Laptele vacii conține 4-5,5%, în laptele uman - 5,5-8,4%. Lactoza diferă de alte zaharuri prin faptul că nu este higroscopică: nu umezește. Zahărul din lapte este folosit ca produs farmaceutic și aliment pentru sugari. Lactoza este de 4 sau 5 ori mai puțin dulce decât zaharoza.
Zaharoza (zahăr din trestie sau sfeclă). Denumirea a apărut în legătură cu extracția sa fie din sfeclă de zahăr, fie din trestie de zahăr. Zahărul din trestie era cunoscut de multe secole î.Hr. Abia la mijlocul secolului al XVIII-lea. această dizaharidă a fost descoperită în sfecla de zahăr și abia la începutul secolului al XIX-lea. a fost primit în conditii de productie. Zaharoza este foarte comună în lumea plantelor. Frunzele și semințele conțin întotdeauna cantități mici de zaharoză. Se găsește și în fructe (caise, piersici, pere, ananas). Există mult în sucurile de arțar și palmier și porumb. Acesta este cel mai faimos și utilizat zahăr. La hidroliză, din aceasta se formează glucoză și fructoză:
C 12 H 22 O 11 + H 2 O = C 6 H 12 O 6 + C 6 H 12 O 6
Amestec sume egale glucoza și fructoza rezultate din inversarea zahărului din trestie (datorită modificării procesului de hidroliză din rotația dreaptă a soluției spre stânga) se numește zahăr inversat (inversarea rotației). Zahărul invertit natural este mierea, constând în principal din glucoză și fructoză.
Zaharoza se obține în cantități uriașe. Sfecla de zahăr conține 16-20% zaharoză, trestie de zahăr - 14-26%. Sfecla spălată este zdrobită și zaharoza este extrasă în mod repetat în mașini cu apă la o temperatură de aproximativ 80 de grade. Lichidul rezultat, care conține, pe lângă zaharoză, un număr mare de diverse impurități, este tratat cu var. Varul precipită o serie de acizi organici, precum și proteine și alte substanțe sub formă de săruri de calciu. O parte din var se formează cu zahărul din trestie solubil în apă rece zaharați de calciu, care sunt distruși prin tratare cu dioxid de carbon.
Precipitatul de carbonat de calciu este separat prin filtrare, iar filtratul, după purificare suplimentară, este evaporat în vid până se obține o masă asemănătoare pastei. Cristalele de zaharoză eliberate sunt separate folosind centrifuge. Așa se obține zahărul granulat brut, care are o culoare gălbuie, un lichior-mamă de culoare maronie și sirop necristalizant (melasă de sfeclă, sau melasă). Se purifică (rafina) zahărul granulat și se obține produsul finit.
4. Rolul biologic al biopolimerilor – polizaharide
Polizaharidele sunt compuși polimerici cu o moleculă înaltă (până la 1.000.000 Da) constând dintr-un număr mare de monomeri - zaharuri, formula lor generală este C x (H 2 O)y. Cel mai comun monomer al polizaharidelor este glucoza; se găsesc și manoză, galactoză și alte zaharuri. Polizaharidele sunt împărțite în:
- homopolizaharide, formate din molecule de monozaharide de același tip (de exemplu, amidonul și celuloza constau numai din glucoză);
- heteropolizaharide, care pot conţine mai mulţi monomeri diverse zaharuri(heparină).
Dacă într-o polizaharidă sunt prezente doar 1,4= legături glicozidice, se obține un polimer liniar, neramificat (celuloză); dacă sunt prezente ambele legături 1,4= și 1,6=, polimerul va fi ramificat (glicogen). Cele mai importante polizaharide includ: celuloza, amidonul, glicogenul, chitina.
Celuloza, sau fibra (din latinescul cellula - celula), este componenta principala a peretelui celular celule vegetale. Este o polizaharidă liniară constând din glucoză legată prin legături 1,4=. Fibrele reprezintă 50 până la 70% din lemn. Bumbacul este o fibră aproape pură. Fibrele de in și cânepă constau în principal din fibre. Cele mai pure exemple de fibre sunt vata purificată și hârtia de filtru.
Amidonul este o polizaharidă ramificată origine vegetală, constând din glucoză. În polizaharidă, resturile de glucoză sunt legate prin legături glicozidice 1,4= și 1,6=. Când sunt defalcate, plantele primesc glucoză, care este necesară în procesul vieții lor. Amidonul se formează în timpul fotosintezei în frunzele verzi sub formă de boabe. Aceste boabe sunt deosebit de ușor de detectat la microscop folosind reacția de var cu iod: boabele de amidon devin albastre sau albastru-negru.
Prin acumularea de boabe de amidon se poate aprecia intensitatea fotosintezei. Amidonul din frunze este descompus în monozaharide sau oligozaharide și transferat în alte părți ale plantei, cum ar fi tuberculii de cartofi sau boabele de cereale. Din nou aici are loc depunerea de amidon sub formă de boabe. Cel mai mare conținut de amidon este în următoarele culturi:
Orez (bob) - 62-82%;
- porumb (boabe) - 65-75%;
- grau (boabe) - 57-75%;
- cartofi (tuberculi) - 12-24%.
În industria textilă, amidonul este folosit pentru a produce agenți de îngroșare a coloranților. Este folosit în industria chibritului, hârtiei, tipăririi și legatorii de cărți. În medicină și farmacologie, amidonul este folosit pentru a prepara pulberi, paste (unguente groase) și este, de asemenea, necesar în producția de tablete. Prin supunerea amidonului la hidroliză acidă, glucoza poate fi obținută sub formă de preparat cristalin pur sau sub formă de melasă - un sirop colorat, necristalizant.
S-a stabilit producerea de amidon modificat care a suferit o prelucrare specială sau care conțin aditivi care le îmbunătățesc proprietățile. Amidonurile modificate sunt utilizate pe scară largă în diverse industrii.
Glicogenul este o polizaharidă de origine animală, mai ramificată decât amidonul, constând din glucoză. Joacă un rol extrem de important în organismele animale ca polizaharidă de rezervă: toate procesele vitale, în primul rând munca musculara, sunt însoțite de descompunerea glicogenului, eliberând energia concentrată în acesta. În țesuturile corpului, acidul lactic se poate forma din glicogen ca urmare a unei serii de transformări complexe.
Glicogenul se găsește în toate țesuturile animale. Este deosebit de abundent în ficat (până la 20%) și mușchi (până la 4%). Este prezent și în unele plante inferioare, drojdii și ciuperci și poate fi izolat prin tratarea țesuturilor animale cu acid tricloroacetic 5-10%, urmată de precipitarea glicogenului extras cu alcool. Soluțiile de glicogen cu iod dau o culoare variind de la roșu vin la roșu-maro, în funcție de originea glicogenului, tipul de animal și alte condiții. Culoarea iodului dispare la fierbere și reapare la răcire.
Chitina în structura și funcția sa este foarte apropiată de celuloză - este și o polizaharidă structurală. Chitina se găsește în unele ciuperci, unde joacă un rol de susținere în pereții celulari datorită structurii sale fibroase, și în unele grupuri de animale (în special artropode) ca o componentă importantă a exoscheletului lor. Structura chitinei este similară cu cea a celulozei; lanțurile sale lungi paralele sunt, de asemenea, colectate în mănunchiuri.
5. Proprietățile chimice ale carbohidraților
Toate monozaharidele și unele dizaharide, inclusiv maltoza și lactoza, aparțin grupului de zaharuri reducătoare. Zaharoza este un zahăr nereducător. Capacitatea de reducere a zaharurilor depinde în aldoze de activitatea grupării aldehide, iar în cetoze - de activitatea atât a grupului ceto, cât și a grupurilor alcoolice primare. În zaharurile nereducătoare, aceste grupe nu pot intra în nicio reacție, deoarece aici participă la formarea unei legături glicozidice. Două reacții comune pentru reducerea zaharurilor - reacția Benedict și reacția Fehling - se bazează pe capacitatea acestor zaharuri de a reduce ionul de cupru divalent la monovalent. Ambele reacții folosesc soluție alcalină sulfat de cupru (2) (CuSO4), care este redus la oxid de cupru (1) insolubil (Cu2O). Ecuația ionică: Cu 2+ + e = Cu + dă o soluție albastră, un precipitat roșu cărămidă. Toate polizaharidele sunt nereducătoare.
Concluzie
Principal rolul carbohidraților asociate cu funcția lor energetică. Defalcarea și oxidarea lor enzimatică eliberează energie care este utilizată de celulă. Polizaharidele joacă în principal rolul de produse de depozitare și surse de energie ușor de mobilizat (de exemplu, amidonul și glicogenul) și sunt utilizate și ca materiale de construcție (celuloză și chitină).
Polizaharidele sunt convenabile ca substanțe de depozitare din mai multe motive: fiind insolubile în apă, nu au nici un efect osmotic sau chimic asupra celulei, ceea ce este foarte important atunci când sunt depozitate pentru o perioadă lungă de timp într-o celulă vie: starea solidă, deshidratată a polizaharidele măresc masa utilă a produselor de depozitare datorită economisirii volumelor acestora. În același timp, probabilitatea consumului acestor produse de către bacterii patogene, ciuperci și alte microorganisme, care, după cum se știe, nu pot înghiți alimente, ci absorb nutrienții pe întreaga suprafață a corpului, este semnificativ redusă. Dacă este necesar, polizaharidele de depozitare pot fi ușor transformate în zaharuri simple prin hidroliză. În plus, atunci când sunt combinați cu lipide și proteine, carbohidrații formează glicolipide și glicoproteine sau două.
Bibliografie
1. Green N., Stout W., Taylor D. Biology: In 3 volumes.T. 1: Transl. din engleza // Ed. R. Sofa. M.: Mir, 1990, 368 p.
2. Nechaev A.P. Chimie organică: un manual pentru elevii școlilor tehnice alimentare. M.: Mai sus. şcoală, 1988, 319 p.
3. Pavlov I. Yu., Vakhnenko D. V., Moskvichev D. V. Biologie. Un ajutor de îndrumare pentru cei care intră în universități. Rostov-pe-Don, editura Phoenix, 1999, 576 p.
4. Lemeza N. A., Kamlyuk A. V., Lisov N. D. Biologie în întrebări și răspunsuri la examen. M.: Rolf, 1997, 464 p.
5. Mamontov S.G. Fundamentele biologiei: Un curs de autoeducare. M.: Educație, 1992, 416 p.
6. Biologie pentru cei care intră în universități. Ed. V. N. Yarygina. M.: Mai sus. şcoală, 1995, 478 p.
7. Kemp P., Arms K. Introducere în biologie. Pe. din engleza M.: Mir, 1998, 671 p.
Abstract plus
Rolul biologic al carbohidraților
Agenția Federală pentru Educație
Test
la disciplina „Fundamentele fiziologice și sanitaro-igienice ale nutriției”
subiect: „Rolul biologic al carbohidraților”
Introducere
1. Carbohidrații și importanța lor în nutriție
2. Tipuri de carbohidrați
Concluzie
Bibliografie
Introducere
Igiena nutriției este știința tiparelor și principiilor de organizare a alimentației raționale (optimale) pentru persoanele sănătoase și bolnave. În cadrul acestuia se dezvoltă baze științifice și măsuri practice pentru optimizarea alimentației diverselor grupuri de populație și a protecției sanitare a resurselor alimentare, a materiilor prime și a produselor în toate etapele producției și circulației acestora.
Aspectele fundamentale ale igienei alimentelor sunt asociate cu studiul proceselor fiziologice, mecanismelor biochimice de digestie, asimilarea alimentelor și metabolizarea celulară a nutrienților și a altor componente ale produselor alimentare, precum și nutriogenomica, i.e. Fundamentele reglării nutriționale a expresiei genelor.
Igiena alimentară, pe de o parte, determină normele nevoilor fiziologice în nutrienți ah și energie, elaborează cerințe pentru calitatea produselor alimentare și recomandări pentru consumul diferitelor grupe de produse alimentare în funcție de vârstă, factori sociali, geografici și de mediu, alimentație și condiții nutriționale, iar pe de altă parte, reglementează măsurile sanitare și examinarea epidemiologică (igienică) a calității și siguranței produselor alimentare și a materialelor aflate în contact cu acestea și monitorizarea conformității instalațiilor alimentare în stadiul construcției și în timpul funcționării acestora.
Igiena nutriției ca știință se dezvoltă folosind metodologia generală a cercetării științifice în domeniul fiziologiei, biochimiei, toxicologiei, microbiologiei, epidemiologiei, bolilor interne, precum și abordări și tehnici unice proprii, inclusiv evaluarea stării nutriționale, parametrii nutriționali. starea și adaptarea nutrițională, indicatorii nutriționali și valoarea biologică a produselor.
Perioada actuală de dezvoltare a igienei alimentare este asociată cu implementarea următoarelor domenii științifice și practice:
dezvoltarea bazelor politicii de stat în domeniul alimentației sănătoase a populației ruse;
cercetarea fundamentală a fundamentelor fiziologice și biochimice ale nutriției;
monitorizarea continuă a stării nutriționale a populației din Rusia;
organizarea prevenirii bolilor alimentare dependente;
cercetarea siguranței alimentelor;
dezvoltarea de abordări științifice și metodologice pentru evaluarea surselor alimentare netradiționale și noi;
dezvoltarea și îmbunătățirea fundamentelor științifice și a practicilor de alimentație alimentară și preventivă a copiilor;
fundamentarea științifică și implementarea practică a sistemului de adaptare nutrițională în condiții de mediu moderne;
introducerea pe scară largă a programelor și proiectelor educaționale și de conștientizare atât în sistemul de educație și formare profesională, cât și în societate în ansamblu.
În prezent, pentru a treia oară în ultimii 100 de ani, igiena alimentară capătă un puternic caracter public, asigurând dezvoltarea abordărilor guvernamentale în domeniul nutriției.
Alimentația este unul dintre cei mai importanți factori care determină sănătatea populației. Alimentația adecvată asigură creșterea și dezvoltarea normală a copiilor, contribuie la prevenirea bolilor, prelungește viața oamenilor, îmbunătățește eficiența și creează condiții pentru adaptarea lor adecvată la mediu.
Cu toate acestea, în ultimul deceniu starea de sănătate a populației a fost caracterizată de tendințe negative. Speranța de viață în Rusia este semnificativ mai mică decât în majoritatea țărilor dezvoltate. Creșterea incidenței bolilor cardiovasculare, a cancerului și a altor boli cronice netransmisibile este într-o anumită măsură legată de alimentație. Majoritatea populației ruse a fost diagnosticată cu tulburări de nutriție cauzate atât de consumul insuficient de nutrienți, în primul rând vitamine, macro și microelemente (calciu, iod, fier, fluor, zinc etc.), proteine complete, cât și raportul irațional al acestora.
Carbohidrații sunt unul dintre elementele importante. Ele servesc ca sursă principală de energie. Organismul primește peste 56% din energie din carbohidrați, restul din proteine și grăsimi.
Lumea carbohidraților ni se pare foarte ambiguă. Uneori, carbohidrații sunt învinuiți pentru faptul că sunt cauza excesului de greutate. Și uneori, dimpotrivă, se spune că carbohidrații sunt o sursă ideală de energie pentru organism.
1. Carbohidrații și importanța lor în nutriție
Termenul de „carbohidrați” a fost propus pentru prima dată de profesorul Universității Dorpat (acum Tartu) K.G. Schmidt în 1844. În acel moment, se presupunea că toți carbohidrații au formula generală Cm (H2O) n, adică. carbohidrati + apa. De aici și denumirea de „carbohidrați”. Mai târziu s-a dovedit că o serie de compuși, care în proprietățile lor aparțin clasei de carbohidrați, conțin hidrogen și oxigen într-o proporție ușor diferită de cea indicată în formula generală.
În 1927, Comisia Internațională pentru Reforma Nomenclaturii Chimice a propus înlocuirea termenului „carbohidrați” cu termenul „glicide”, dar vechea denumire „carbohidrați” a prins rădăcini și este în general acceptată.
Carbohidrații se formează în plante în timpul fotosintezei și intră în organism în principal cu produse vegetale. Cu toate acestea, carbohidrații adăugați devin din ce în ce mai importanți în nutriție, cel mai adesea reprezentați de zaharoză (sau amestecuri de alte zaharuri), produse industrial și apoi introduse în formulările alimentare.
Cantitatea de carbohidrați necesară unei persoane este determinată de rolul lor principal în furnizarea energiei organismului și de indezirabilitatea sintezei glucozei din grăsimi (și cu atât mai mult din proteine) și este direct dependentă de consumul de energie. Necesarul mediu de carbohidrați pentru cei care nu sunt angajați în muncă fizică grea este de 400 - 500 g pe zi.
Capacitatea carbohidraților de a fi o sursă foarte eficientă de energie stă la baza acțiunii lor de economisire a proteinelor. Când o cantitate suficientă de carbohidrați este furnizată cu alimente, aminoacizii sunt utilizați doar într-o mică măsură în organism ca material energetic. Deși carbohidrații nu se numără printre factorii nutriționali esențiali și pot fi formați în organism din aminoacizi și glicerol, cantitatea minimă de carbohidrați din dieta zilnică nu trebuie să fie mai mică de 50 - 60 g.
O reducere suplimentară a cantității de carbohidrați duce la tulburări severe ale proceselor metabolice. Consumul excesiv de carbohidrați duce la obezitate. Atunci când din alimente sunt luate cantități semnificative de zaharuri, acestea nu pot fi stocate complet sub formă de glicogen, iar excesul lor este transformat în trigliceride, favorizând dezvoltarea crescută a țesutului adipos. Nivelurile crescute de insulină în sânge ajută la accelerarea acestui proces, deoarece insulina are un efect puternic de stimulare a depunerilor de grăsime.
Atunci când construiți rații alimentare, este extrem de important nu numai să satisfaceți nevoile umane pentru cantitatea necesară de carbohidrați, ci și să selectați proporții optime de tipuri calitativ diferite de carbohidrați. Cel mai important este să se ia în considerare raportul din dietă dintre carbohidrați ușor digerabili (zaharuri) și cei cu absorbție lent (amidon, glicogen).
Spre deosebire de zaharuri, amidonul și glicogenul se descompun încet în intestine. Nivelul zahărului din sânge crește treptat. În acest sens, este recomandabil să satisfacem nevoile de carbohidrați în principal prin carbohidrați absorbiți lent. Acestea ar trebui să reprezinte 80 - 90% din cantitatea totală de carbohidrați consumată. Limitarea carbohidraților ușor digerabili este de o importanță deosebită pentru cei care suferă de ateroscleroză, boli cardiovasculare, diabet și obezitate.
Carbohidrații sunt principalele elemente purtătoare de energie în alimentația umană, furnizând 50-70% din valoarea energetică totală a dietei.
Alături de funcția energetică principală, carbohidrații participă la metabolismul plastic. Carbohidrații au efect anticetogenic prin stimularea oxidării acetil coenzimei A, care se formează în timpul oxidării acizilor grași. Principala sursă de carbohidrați în alimentația umană o reprezintă alimentele vegetale, iar în produsele de origine animală se găsesc doar lactoza și glicogenul.
Funcția principală a carbohidraților este de a furniza energie pentru toate procesele din organism. Celulele sunt capabile să obțină energie din carbohidrați, ca în timpul oxidării lor, adică. „combustie” și în condiții anaerobe (fără oxigen). Ca urmare a metabolizării a 1 g de carbohidrați, organismul primește energie echivalentă cu 4 kcal. Metabolismul carbohidraților este strâns legat de metabolismul grăsimilor și proteinelor, ceea ce asigură transformările lor reciproce. Cu o lipsă moderată de carbohidrați în alimentație, grăsimile stocate, și cu un deficit profund (sub 50 g/zi) și aminoacizi (atât liberi, cât și din proteine musculare), sunt implicați în procesul de gluconeogeneză, ducând la producerea de energie necesara organismului. Durerea musculară după munca grea este rezultatul acțiunii acidului lactic asupra celulelor, care se formează în timpul descompunerii anaerobe a carbohidraților, când nu există suficient oxigen furnizat de sânge pentru a asigura funcționarea celulelor musculare.
Adesea, o restricție bruscă a carbohidraților în dietă duce la tulburări metabolice semnificative. Metabolismul proteinelor este afectat în special. În cazul deficienței de carbohidrați, proteinele sunt folosite în alte scopuri: devin o sursă de energie și participanți la unele reacții chimice importante. Acest lucru duce la creșterea formării de substanțe azotate și, în consecință, la creșterea sarcinii rinichilor, la tulburări în metabolismul sării și la alte consecințe dăunătoare sănătății.
Când există o deficiență de carbohidrați în alimente, organismul folosește nu numai proteine, ci și grăsimi pentru a sintetiza energie. Odată cu descompunerea crescută a grăsimilor, pot apărea tulburări procesele metabolice, asociat cu formarea accelerată a cetonelor (acetona, cunoscută de toată lumea, aparține acestei clase de substanțe) și acumularea lor în organism. Formarea excesivă de cetone cu oxidarea crescută a grăsimilor și parțial a proteinelor poate duce la „acidificarea” mediului intern al corpului și otrăvirea țesutului cerebral, până la dezvoltarea comei acidotice cu pierderea conștienței. Cu o cantitate suficientă de carbohidrați din alimente, proteinele sunt folosite în principal pentru metabolismul plastic, și nu pentru producerea de energie. Astfel, carbohidrații sunt necesari pentru utilizarea rațională a proteinelor. De asemenea, sunt capabili să stimuleze oxidarea produselor intermediare ale metabolismului acizilor grași.
Acest lucru, însă, nu epuizează rolul carbohidraților. Ele sunt parte integrantă a moleculelor unor aminoacizi, participă la construcția enzimelor, formarea acizilor nucleici, sunt precursori pentru formarea grăsimilor, imunoglobulinelor, care joacă un rol important în sistemul imunitar și glicoproteinelor - complexe. de carbohidrați și proteine care sunt cele mai importante componente ale membranelor celulare. Acizii hialuronici si alte mucopolizaharide formeaza un strat protector intre toate celulele care alcatuiesc organismul.
Interesul pentru carbohidrați a fost limitat de complexitatea extremă a structurii acestora. Spre deosebire de monomerii acizilor nucleici (nucleotide) și proteinelor (aminoacizi), care se pot lega împreună într-un singur mod specific, unitățile de monozaharide din oligozaharide și polizaharide se pot lega împreună în mai multe moduri în multe poziții diferite.
Din a doua jumătate a secolului XX. Există o dezvoltare rapidă a chimiei și biochimiei carbohidraților, datorită importanței lor biologice.
Carbohidrații, împreună cu proteinele și lipidele, sunt cei mai importanți compuși chimici care formează organismele vii. La oameni și animale, carbohidrații îndeplinesc funcții importante: energetice (principalul tip de combustibil celular), structurale (o componentă esențială a majorității structurilor intracelulare) și protectoare (participarea componentelor glucide ale imunoglobulinelor la menținerea imunității).
Carbohidrații (riboză, dezoxiriboză) sunt utilizați pentru sinteza acizilor nucleici; sunt componente integrante ale coenzimelor nucleotidice, care joacă un rol extrem de important în metabolismul ființelor vii. Recent, biopolimerii mixti care contin carbohidrati au atras atentia din ce in ce mai mult: glicopeptide si glicoproteine, glicolipide si lipopolizaharide, glicolipoproteine etc. Aceste substanțe îndeplinesc funcții complexe și importante în organism.
Deci, voi evidenția Semnificația biologică a carbohidraților:
Carbohidrații îndeplinesc o funcție plastică, adică participă la construcția oaselor, a celulelor și a enzimelor. Ele reprezintă 2-3% din greutate.
Carbohidrații sunt principalul material energetic. Când 1 gram de carbohidrați este oxidat, se eliberează 4,1 kcal de energie și 0,4 g de apă.
Sângele conține 100-110 mg glucoză. Presiunea osmotică a sângelui depinde de concentrația de glucoză.
Pentozele (riboza si deoxiriboza) sunt implicate in constructia ATP.
Carbohidrații joacă un rol protector în plante.
2. Tipuri de carbohidrați
Există două grupe principale de carbohidrați: simpli și complecși. Carbohidrații simpli includ glucoza, fructoza, galactoza, zaharoza, lactoza și maltoza. Cele complexe includ amidon, glicogen, fibre și pectină.
Carbohidrații sunt împărțiți în monozaharide (simple), oligozaharide și polizaharide (complex).
1. Monozaharide
fructoză
galactoza
2. Oligozaharide
dizaharide
zaharoză (zahăr obișnuit, zahăr din trestie sau sfeclă)
maltoză
izomaltoză
lactuloza
3.Polizaharide
dextran
glicogen
celuloză
galactomanani
Monozaharide(carbohidrații simpli) sunt cei mai simpli reprezentanți ai carbohidraților și la hidroliză nu se descompun în compuși mai simpli. Carbohidrații simpli se dizolvă ușor în apă și se absorb rapid. Au un gust dulce pronunțat și sunt clasificate ca zaharuri.
În funcție de numărul de atomi de carbon din molecule, monozaharidele sunt împărțite în trioze, tetroze, pentoze și hexoze. Cele mai importante pentru om sunt hexozele (glucoza, fructoza, galactoza etc.) si pentozele (riboza, dezoxiriboza etc.).
Când două molecule de monozaharide se combină, se formează dizaharide.
Cea mai importantă dintre toate monozaharidele este glucoza, deoarece este unitatea structurală (bloc de construcție) pentru construcția majorității di- și polizaharidelor alimentare. Transportul glucozei în celule este reglat în multe țesuturi de hormonul pancreatic insulină.
La om, excesul de glucoză este transformat în principal în glicogen, singurul carbohidrat de rezervă din țesuturile animale. În corpul uman, conținutul total de glicogen este de aproximativ 500 g - acesta este aportul zilnic de carbohidrați utilizat în cazurile de deficiență severă în dietă. Deficiența de glicogen pe termen lung în ficat duce la disfuncția hepatocitelor și la infiltrarea grăsimilor.
Oligozaharide- compuși mai complecși, formați din mai multe (de la 2 la 10) resturi de monozaharide. Ele sunt împărțite în dizaharide, trizaharide etc. Cele mai importante dizaharide pentru om sunt zaharoza, maltoza și lactoza. Oligozaharidele, care includ rafinoza, stahioza și verbascoza, se găsesc în principal în leguminoase și în produsele lor prelucrate, cum ar fi făina de soia, precum și în cantități mici în multe legume. Fructo-oligozaharidele se găsesc în cereale (grâu, secară), legume (ceapă, usturoi, anghinare, sparanghel, rubarbă, cicoare), precum și banane și miere.
Grupul de oligozaharide include și malto-dextrinele, care sunt principalele componente ale siropurilor și melasei produse industrial din materii prime polizaharide. Unul dintre reprezentanții oligozaharidelor este lactuloza, care se formează din lactoză în timpul tratamentului termic al laptelui, de exemplu, în timpul producției de lapte copt și sterilizat.
Oligozaharidele practic nu sunt descompuse în intestinul subțire uman din cauza lipsei de enzime adecvate. Din acest motiv, au proprietățile fibrelor alimentare. Unele oligozaharide joacă un rol semnificativ în funcționarea microflorei normale a intestinului gros, ceea ce le permite să fie clasificate drept prebiotice - substanțe care sunt parțial fermentate de anumite microorganisme intestinale și asigură menținerea microbiocenozei intestinale normale.
Polizaharide- compuși polimerici cu greutate moleculară mare formați dintr-un număr mare de monomeri, care sunt reziduuri de monozaharide. Polizaharidele sunt împărțite în digerabile și nedigerabile în tractul gastrointestinal uman. Primul subgrup include amidonul și glicogenul, al doilea include diverși compuși, dintre care cei mai importanți pentru om sunt celuloza (fibre), hemicceluloza și substanțele pectinice.
Oligo- și polizaharidele sunt combinate sub termenul „carbohidrați complecși”. Mono- și dizaharidele au un gust dulce, motiv pentru care sunt numite și „zaharuri”. Polizaharidele nu au un gust dulce. Dulceața zaharozei variază. Dacă dulceața unei soluții de zaharoză este luată ca 100%, atunci dulceața soluțiilor echimolare ale altor zaharuri va fi: fructoză - 173%, glucoză - 81%, maltoză și galactoză - 32% și lactoză - 16%.
Principala polizaharidă digerabilă este amidonul - baza alimentară a cerealelor, leguminoaselor și cartofilor. Reprezintă până la 80% din carbohidrații consumați în alimente. Este un polimer complex format din două fracții: amiloză - un polimer liniar și amilopectină - un polimer ramificat. Raportul dintre aceste două fracții în diferite materii prime de amidon este cel care determină diferitele sale caracteristici fizico-chimice și tehnologice, în special solubilitatea în apă la diferite temperaturi. Sursa de amidon este produsele vegetale, în principal cerealele: cereale, făină, pâine și cartofi.
Pentru a facilita absorbția amidonului de către organism, un produs care îl conține trebuie tratat termic. În acest caz, o pastă de amidon se formează într-o formă explicită, de exemplu jeleu, sau latent în compoziția unei compoziții alimentare: terci, pâine, paste, mâncăruri de leguminoase. Polizaharidele de amidon care intră în organism cu alimentele sunt supuse secvenţial, pornind de la cavitatea bucală, fermentaţie până la maltodextrine, maltoză şi glucoză, urmată de o absorbţie aproape completă.
A doua polizaharidă digerabilă este glicogenul. Valoarea sa nutritivă este scăzută - nu mai mult de 10-15 g de glicogen provine din alimentație în compoziția ficatului, a cărnii și a peștelui. Când carnea se maturizează, glicogenul este transformat în acid lactic.
Unii carbohidrați complecși (fibre, celuloză etc.) nu sunt deloc digerați în corpul uman. Cu toate acestea, aceasta este o componentă necesară a nutriției: stimulează motilitatea intestinală, formează fecale, promovând astfel eliminarea toxinelor și curățarea organismului. În plus, deși fibrele nu sunt digerate de oameni, ele servesc ca sursă de nutriție pentru microflora intestinală benefică.
Concluzie
Importanța carbohidraților în alimentația umană este foarte mare. Acestea servesc drept cea mai importantă sursă de energie, furnizând până la 50-70% din totalul aportului de calorii.
Capacitatea carbohidraților de a fi o sursă foarte eficientă de energie stă la baza acțiunii lor de „economisire a proteinelor”. Deși carbohidrații nu se numără printre factorii nutriționali esențiali și pot fi formați în organism din aminoacizi și glicerol, cantitatea minimă de carbohidrați din dieta zilnică nu trebuie să fie mai mică de 50-60 g.
O serie de boli sunt strâns asociate cu metabolismul carbohidraților afectat: diabet zaharat, galactozemie, tulburări ale sistemului de depozit de glicogen, intoleranță la lapte etc. Trebuie remarcat faptul că în organismul uman și animal carbohidrații sunt prezenți în cantități mai mici (nu mai mult de 2% din greutatea corporală uscată) decât proteinele și lipidele; în organismele vegetale, datorită celulozei, carbohidrații reprezintă până la 80% din masa uscată, prin urmare, în general, există mai mulți carbohidrați în biosferă decât toți ceilalți compuși organici combinați.
Enumerați și scrieți formule, indicați din ce clase aparțin aminoacizii esențiali. Clasificare aminoacizi esentiali, pe baza structurii chimice a radicalului. Vitamine din grupa D, structură chimică, rol biologic.
Alimentația rațională a copiilor, importanța sa în dezvoltarea fizică copiii și rezistența corpului lor factori nefavorabili mediu inconjurator. Nevoia în creștere a organismului de proteine, carbohidrați, grăsimi, minerale. Fortificarea preparatelor.
Asigurarea productiei de produse alimentare intr-un sortiment. Utilizare rațională produse alimentare pentru fiecare persoană. Nevoie fiziologică organism în toate substanțele nutritive și energie. Raportul dintre proteine, grăsimi și carbohidrați din dieta umană.
Eficiența utilizării polizaharidelor naturale în tehnologia alimentară. Influența polizaharidelor asupra proprietăților organoleptice ale desertului bătut. Caracteristicile și analiza valorii nutriționale a cremelor cu adaos de gelatină. Extragerea gumei de guar.
Esența igienei alimentare este o ramură a igienei care studiază problemele unei alimentații complete și raționale a unei persoane, în funcție de sex și vârstă, profesie și natura muncii, condiții climaticeși activitate fizică. Caracteristici igienice fructe.
Compoziție chimică fructe proaspete si legume. Clasificare specii individuale. Transport si receptie fructe si legume proaspete. Procese care au loc în timpul depozitării. Factori care afectează siguranța alimentelor. Valoarea nutritivă a fructelor și legumelor.
Conceptul și cauzele denaturarii proteinelor fibrilare. Familiarizarea cu formula chimicași proprietățile de bază ale polizaharidelor amidonului. Identificarea metodelor de stabilizare a vitaminelor. Studiul procesului de schimbare a culorii în produse sub influența enzimelor.
Caracteristicile valorii nutritive și biologice a produselor alimentare de bază. Pericole biologice asociate cu alimente, produse modificate genetic. Nivelurile de impact ale factorilor tehnologici asupra corpului uman în procesul de absorbție a alimentelor.
Compoziția chimică a nutrienților: proprietăți ale apei, macro și microelemente, mono-, oligo- și polizaharide, grăsimi, lipide, proteine și non-proteice substanțe azotate, acizi organici si vitamine. Compoziţia chimică şi valoarea nutritivă Produse alimentare.
Introducere
2 Clasificarea carbohidraților
3 Carbohidrați în dietă
4 Istoria studiului carbohidraților
1 Nomenclatura monozaharidelor și distribuția lor în natură
2 Structura și configurația monozaharidelor
4 Tautomerismul monozaharidelor
2 Activitate optică
4 Spectrele RMN ale monozaharidelor și derivaților acestora
Capitolul 4. Oligozaharide
1 Structura oligozaharidelor
4 Proprietățile oligozaharidelor
Capitolul 5. Polizaharide
2 Polizaharide în natură
3 Proprietăţile polizaharidelor
1 Determinarea autenticității
2 Cuantificare
1 Metoda de analiză
2 Rezultatele analizei
Lista literaturii folosite
Introducere
Carbohidrații, alături de grăsimi și proteine, sunt printre cele mai importante și indispensabile componente ale alimentelor. Sunt compuși organici formați din carbon, hidrogen și oxigen. Ele sunt sintetizate în plante din apă și dioxid de carbon, folosind energia luminii solare, sau de către animale sub formă de glicogen, care se acumulează în mușchi și ficat.
Carbohidrații, datorită disponibilității lor ușoare și vitezei de asimilare, reprezintă principala sursă de energie pentru organism. Dar, în ciuda faptului că o persoană are nevoie de cantități mari de carbohidrați pentru a asigura procesele vitale, rezervele sale în organism sunt mici. Prin urmare, rezervele lor trebuie reînnoite în mod constant.
Semnificația fiziologică a carbohidraților este determinată în principal de proprietățile lor energetice. Carbohidrații sunt furnizori de energie dinamogene utilizați în organism în timpul activității musculare. Fiecare gram de carbohidrat oferă 16,7 kJ (4 kcal). Valoarea carbohidraților ca sursă de energie este determinată de capacitatea lor de a fi oxidate în organism, atât aerob cât și anaerob. Carbohidrații sunt cei mai capabili să satisfacă nevoile de energie ale organismului și să contribuie la reducerea modificărilor acidotice. Pentru toate tipurile muncă fizică remarcat nevoie crescutăîn carbohidrați. Carbohidrații fac parte din celule și țesuturi și, într-o oarecare măsură, participă la procesele plastice.
În ciuda consumului constant de carbohidrați de către celule și țesuturi în scopuri energetice, conținutul de carbohidrați din acestea se menține la un nivel constant, cu condiția ca acestea să fie aprovizionate suficient cu alimente.
Unii carbohidrați au activitate biologică pronunțată, îndeplinind funcții specializate în organism. Acești carbohidrați includ acid ascorbic, posedând Proprietățile vitaminei C, heparina, care previne coagularea sângelui în vasele de sânge, acidul hialuronic, care împiedică pătrunderea bacteriilor prin membrana celulară, oligozaharidele din laptele uman, care inhibă dezvoltarea anumitor bacterii intestinale, heteropolizaharidele din sânge, care determină specificitatea grupelor sanguine etc. Carbohidrații și metaboliții lor joacă un rol important în sinteza acizilor nucleici, acizi, aminoacizi, glicoproteine, mucopolizaharide, coenzime și alte substanțe vitale.
Carbohidrații sunt depozitați în organism într-o măsură limitată, iar rezervele lor sunt mici. Depozitul de carbohidrați din ficat se caracterizează printr-o capacitate relativ mică, iar pentru a satisface nevoile organismului, carbohidrații sunt furnizați neîntrerupt ca parte a alimentelor. Carbohidrații sunt strâns legați de metabolismul grăsimilor - cu mari activitate fizica Atunci când consumul de energie nu este acoperit de carbohidrații din alimente și de rezervele de carbohidrați ale organismului, zahărul se formează din grăsimi, care sunt întotdeauna conținute în cantități suficiente în depozitele de grăsime ale corpului. Totuși, efectul opus este observat mai des, adică. formarea de noi cantități de grăsime și reumplerea acestora a depozitelor de grăsime din organism datorită aportului excesiv de carbohidrați din alimente.
Excesul de carbohidrați este larg răspândit. Acesta este unul dintre factorii principali în formare supraponderal corpuri.
Carbohidrații reprezintă o parte importantă a dietei. Carbohidrații asigură aproximativ jumătate din valoarea energetică zilnică a dietei.Consumul de carbohidrați este de 400-500 g/zi. Nevoia de carbohidrați este satisfăcută din surse vegetale. B produse vegetale(cereale etc.) carbohidrații reprezintă cel puțin 75% din substanța uscată. Nevoia de carbohidrați poate fi satisfăcută și de zahăr, care este un carbohidrat pur.
Digestibilitatea carbohidraților este destul de mare: în funcție de produs alimentar iar natura carbohidraților, variază de la 85 la 98%. Astfel, coeficientul de digestibilitate al carbohidraților pentru pâine și cereale este de 94-96, legume - 85, cartofi - 95, fructe și fructe de pădure - 90, cofetărie- 95, zahăr - 99, lapte și produse lactate - 98. Corect gătit, măcinarea și tratamentul termic atent măresc digerabilitatea carbohidraților și a altor componente ale alimentelor.
Importanța produselor de origine animală ca sursă de carbohidrați este mică. Principalul carbohidrat de origine animală este glicogenul, care are proprietățile amidonului și se găsește în cantități mici în țesuturile animale. Un alt carbohidrat este lactoza (zahărul din lapte) – care se găsește în lapte într-o cantitate de 5 g la 100 g de produs sau mai mult. Cu consumul sistematic de lapte, acesta poate servi ca sursă de carbohidrați, în special în copilărie și bătrânețe.
Carbohidrații precum glucoza, acidul ascorbic, antibioticele care conțin carbohidrați și heparina sunt utilizați pe scară largă în medicină.
Acesta este motivul pentru care analiza calității medicamente carbohidrații sunt o problemă foarte presantă.
Scopul acestei lucrări este de a evidenția probleme de identificare, metode de analiză și determinare cantitativă a preparatelor carbohidrate.
În partea experimentală a lucrării, a fost efectuată o analiză a unei soluții injectabile de glucoză 5%.
Capitolul 1. Caracteristicile carbohidraților
.1 Rolul biologic al carbohidraților
Carbohidrați (zaharide) este denumirea generală pentru o clasă largă de compuși organici naturali. Numele provine de la cuvintele „cărbune” și „apă”. Motivul pentru aceasta este că primul dintre cunoscută științei carbohidrații au fost descriși prin formula brută C X (H 2O) y , formal fiind compuși ai carbonului și apei. Din punct de vedere chimic, carbohidrații sunt substanțe organice care conțin un lanț drept de mai mulți atomi de carbon, o grupare carbonil și mai multe grupări hidroxil. Semnificația biologică a carbohidraților: 1.Carbohidrații îndeplinesc o funcție structurală, adică participă la construirea diferitelor structuri celulare (de exemplu, pereții celulelor vegetale). 2.Carbohidrații joacă un rol protector în plante (pereții celulari, formați din pereții celulari celule moarte formațiuni de protecție – spini, spini etc.). .Carbohidrații îndeplinesc o funcție plastică - sunt stocați ca aport de nutrienți și fac, de asemenea, parte din molecule complexe (de exemplu, pentozele (riboză și dezoxiriboză) sunt implicate în construcția ATP, ADN și ARN). .Carbohidrații sunt principalul material energetic. Când 1 gram de carbohidrați este oxidat, se eliberează 4,1 kcal de energie și 0,4 g de apă. .Carbohidrații sunt implicați în asigurarea presiunii osmotice și în osmoreglarea. Deci, sângele conține 100-110 mg/% glucoză. Presiunea osmotică a sângelui depinde de concentrația de glucoză. .Carbohidrații îndeplinesc o funcție de receptor - multe oligozaharide fac parte din partea receptivă a receptorilor celulari sau a moleculelor de ligand. ÎN rația zilnică La oameni și animale predomină carbohidrații. Ierbivorele primesc amidon, fibre și zaharoză. Carnivorele obțin glicogen din carne. Animalele nu sunt capabile să sintetizeze carbohidrați din substante anorganice. Le primesc de la plante cu hrana și le folosesc ca principală sursă de energie obținută în procesul de oxidare: CU h (R 2SCH) n + hSH 2→ hSS 2+ HP 2U + energie În frunzele verzi ale plantelor, carbohidrații se formează în timpul procesului de fotosinteză - un proces biologic unic de transformare a substanțelor anorganice - monoxid de carbon (IV) și apă în zaharuri, care are loc cu participarea clorofilei datorită energiei solare: 2+ yH 2O→C X (H2O) y +xO 2
.2 Clasificarea carbohidraților
Din punct de vedere structural, carbohidrații sunt împărțiți în următoarele grupe: Carbohidrați simpli. Acestea includ glucoză, galactoză și fructoză (monozaharide), precum și zaharoză, lactoză și maltoză (disaharide). Fructoza aproape că nu necesită hormonul insulină pentru absorbția sa, ceea ce îi permite să fie folosit pentru diabet, dar cu moderație. Galactoza nu se găsește în formă liberă în produse. Produs prin descompunerea lactozei. Zaharoza se găsește în zahăr și dulciuri. Când intră în organism, este descompus în mai multe componente: glucoză și fructoză. Lactoza este un carbohidrat care se găsește în produsele lactate. Cu deficiența congenitală sau dobândită a enzimei lactază în intestine, descompunerea lactozei în glucoză și galactoză este afectată, ceea ce este cunoscut sub numele de intoleranță la lactate. ÎN produse lactate fermentate Există mai puțină lactoză decât în lapte, deoarece atunci când laptele este fermentat, acidul lactic se formează din lactoză. Maltoza este un produs intermediar al descompunerii amidonului enzime digestive. Ulterior, maltoza este descompusă în glucoză. Se găsește sub formă liberă în miere, malț (de unde și a doua denumire - zahăr de malț) și bere. Carbohidrați complecși. Acestea includ amidonul și glicogenul (carbohidrați digerabili), precum și fibrele, pectinele și hemiceluloza. Amidonul reprezintă 80% din toți carbohidrații din dietă. Sursele sale principale: pâinea și produse de patiserie, cereale, leguminoase, orez și cartofi. Amidonul este digerat relativ lent, descompunându-se în glucoză. Glicogenul, numit și „amidon animal”, este o polizaharidă care constă din lanțuri foarte ramificate de molecule de glucoză. Se găsește în cantități mici în produsele de origine animală (în ficat 2-10% și în țesutul muscular - 0,3-1%). Fibra este carbohidrat complex, parte a membranelor celulelor vegetale. În organism, fibrele practic nu sunt digerate; doar o mică parte poate fi influențată de microorganismele din intestine. Fibrele, împreună cu pectinele, ligninele și hemiceluloza, se numesc substanțe de balast. Ele îmbunătățesc performanța sistem digestiv, fiind o prevenire a multor boli. Pectinele și hemiceluloza au proprietăți higroscopice, ceea ce le permite să absoarbă și să transporte cu ele excesul de colesterol, amoniac, pigmenti biliariși alte substanțe nocive. Un alt beneficiu important al fibrelor alimentare este că ajută la prevenirea obezității. Fără a avea un high valoare energetică, legumele, datorita cantitatii mari de fibre alimentare, contribuie la o senzatie timpurie de satietate. Pâinea conține cantități mari de fibre alimentare. aspru, tărâțe, legume și fructe. .3 Carbohidrații din dietă
Nevoia organismului de carbohidrați Carbohidrații sunt sursa principală și de neînlocuit de energie în organism; ei asigură aproximativ 60% din consumul de energie uman. Nevoia de carbohidrați depinde mai ales de vârstă, natura și intensitatea muncii. Conform sistem tradițional nutriție, în medie, adult om sanatos, ar trebui să consume 300-500 g de carbohidrați pe zi, și in unele cazuri această cifră poate crește la 600-800 g. Deși nu există standarde acceptate oficial, atunci când se consumă mai puțin de 100 g de carbohidrați, există riscul acidificării organismului și dezvoltării deficitului de carbohidrați (cetoză), deci este necesar să nu scădem sub acest nivel. De asemenea, este important ca rație alimentară o persoană conținea cel puțin 25-30 g de fibre alimentare, ceea ce va evita problemele cu digestia alimentelor și eliminarea substanțelor nocive formate în timpul procesului de digestie. Index glicemic Unii carbohidrați (simpli) sunt absorbiți de organism aproape instantaneu, ceea ce duce la o creștere bruscă a nivelului de glucoză din sânge, în timp ce alții (complexi) sunt absorbiți treptat și nu provoacă o creștere bruscă a nivelului de zahăr din sânge. Datorită absorbției lente, consumul de alimente care conțin astfel de carbohidrați oferă o senzație mai lungă de sațietate. Această proprietate este folosită în dietetică pentru pierderea în greutate. Și pentru a evalua rata de descompunere a unui anumit produs în organism, se folosește indicele glicemic (IG). Acest indicator determină viteza cu care produsul este descompus în organism și transformat în glucoză. Cu cât un produs se descompune mai repede, cu atât indicele glicemic (IG) este mai mare. Glucoza, al cărei indice glicemic (IG) este de 100, a fost luată ca standard.Toți ceilalți indicatori sunt comparați cu Index glicemic(GI) glucoză. Sursele alimentare de carbohidrați sunt împărțite în grupuri în funcție de cantitatea de carbohidrați pe care o conțin, precum și de rata la care sunt descompuse în organism. În funcție de cantitatea de carbohidrați pe care o conțin, produsele sunt împărțite în următoarele grupuri: Cea mai mare cantitate de carbohidrați (mai mult de 65 g la 100 g de produs) conține următoarele produse: zahăr, bomboane, miere, dulceață, marmeladă, bezele, prăjituri cu unt, orez, paste, cereale, curmale, stafide, prune uscate, fructe uscate. Următoarele produse conțin o cantitate mare de carbohidrați (40-60 g la 100 g de produs): pâine, fasole, mazăre, ciocolată neagră, halva, prăjituri, măceșe uscate, smochine uscate, lichior. Cantitățile medii de carbohidrați (20-40 g la 100 g produs) conțin următoarele produse: pâine Borodino, banane, măceșe proaspete, soia, fistic, nucă de cocos, ciocolată albă. Următoarele produse conțin o cantitate mică de carbohidrați (mai puțin de 20 g la 100 g de produs): lapte și produse lactate, legume, majoritatea fructelor, fasole, ciuperci, ou pudră, nuci. În funcție de rata de descompunere a carbohidraților, produsele sunt împărțite în următoarele grupuri: Alimente cu IG ridicat: curmale, zahăr, cartofi copți, fulgi de porumb, caramel, cartofi prăjiți, pâine de grâu, bere, pepene verde, orez umflat, pâine albă, miere, mei, piure, porumb, stafide, fructe uscate, apă dulce, înghețată, gem, melasă, chipsuri, ciocolată cu lapte, mei, griş, sfeclă, cereale pentru micul dejun din fulgi de ovăz. Alimente cu IG mediu: pâine de secară, fulgi de ovăz, hamburgeri, paste, fidea de orez, banane, cartofi fierți, mango, floricele de porumb, orez brun, prăjituri de ovăzși tărâțe, hrișcă, conserve de fasole, kiwi, pâine neagră, pâine cu tărâțe, suc de Grapefuit, piersici, caise, orez fiert, mazăre, struguri, bere, kvas, pepene galben. Alimente cu IG scăzut: spaghete albe, citrice, fulgi de ovăz, căpșuni, căpșuni, agrișe, sucuri de fructe, pâine de orz, mere, mazăre uscată, pere, iaurturi cu conținut scăzut de grăsimi, prune, lapte degresat, fasole, fructe de pădure, linte, ciocolată neagră, cireșe, fasole roșie, nuci, soia, chefir. Deficiența și excesul de carbohidrați în organism Deficiență de carbohidrați Deficitul cronic de carbohidrați duce la epuizarea rezervelor de glicogen din ficat și la depunerea de grăsimi în celulele acestuia, ceea ce poate duce la degenerescenta grasa ficat. Lipsa carbohidraților duce la perturbarea metabolismului grăsimilor și proteinelor: organismul începe să folosească grăsimile și proteinele din alimente, precum și depozitele grase, ca surse de energie. tesut muscular. Încep să se acumuleze în sânge produse nocive oxidarea incompletă a acizilor grași și a unor aminoacizi – cetonele. Formarea excesivă de cetone cu oxidarea crescută a grăsimilor și parțial a proteinelor poate duce la deplasare mediu intern organismul în direcția acidă și otrăvirea țesutului cerebral până la dezvoltarea comei acidotice cu pierderea conștienței. Puteți recunoaște o deficiență severă de carbohidrați după următoarele simptome: · slăbiciune · somnolenţă · ameţeală · durere de cap · foame · greaţă · transpiraţie · maini tremurande Aceste simptome dispar rapid după administrarea de zahăr. Și pentru a preveni dezvoltarea unei astfel de afecțiuni, nu ar trebui să reduceți nivelul minim de aport de carbohidrați sub 100 g pe zi. Carbohidrați în exces Excesul de carbohidrați poate duce la obezitate. Excesul de carbohidrați din alimente provoacă o creștere a nivelului de insulină din sânge și contribuie la formarea rezervelor de grăsime. Motivul principal acest - creștere bruscă nivelurile de glucoză din sânge, care apare cu o singură doză mare bogat în carbohidrați alimente. Glucoza produsă intră în sânge, iar organismul este forțat să-și „neutralice” excesul cu ajutorul insulinei, care transformă glucoza în grăsime. Sistematic suprasolicitare zahăr și altele carbohidrați ușor digerabili favorizează manifestarea de ascuns Diabet datorită supraîncărcării și apoi epuizării celulelor pancreatice, care produc insulina necesară absorbției glucozei. Subliniem că zahărul în sine și produsele care îl conțin nu provoacă diabet, ci sunt doar factori de risc pentru boala existentă. .4 Istoricul studiului carbohidraților
Importanța enormă practică și științifică a carbohidraților a atras atenția cercetătorilor asupra lor încă din cele mai vechi timpuri. La originile civilizației se află prima cunoaștere practică a omului cu carbohidrații. Prelucrarea lemnului, fabricarea hârtiei și a țesăturilor din bumbac și in, coacere, fermentare - toate aceste procese, cunoscute din cele mai vechi timpuri, sunt direct legate de prelucrarea materiilor prime care conțin carbohidrați. Zahărul din trestie a fost aparent prima substanță organică produsă chimic de om. formă pură. Apariția chimiei ca știință în a doua jumătate a secolului al XVIII-lea este indisolubil legată de prima lucrare în domeniul chimiei carbohidraților. După zahărul din trestie, au fost izolate primele monozaharide individuale - fructoza (Lowitz, 1792) și glucoza (Proulx, 1832). În 1811, Kirchhoff, care lucra la Sankt Petersburg la acea vreme, a obținut glucoză prin tratarea amidonului cu acid, efectuând astfel prima hidroliză chimică a unei polizaharide, iar în 1814 a efectuat prima enzimoliză a aceleiași polizaharide. În cele din urmă, A.M. Butlerov în 1861 și-a realizat sinteza istorică, obținând, prin tratarea unei soluții apoase de formaldehidă cu apă de var, un amestec de zaharuri (metilenetan), care conține câteva monozaharide naturale. Cu toate acestea, chimia carbohidraților în sensul modern al cuvântului a apărut, în mod natural, abia odată cu dezvoltarea bazelor chimiei organice, din care este una dintre ramuri. Teoria structurală a oferit cheia înțelegerii structurii carbohidraților și deja la 10-15 ani de la proclamarea acesteia, Kiliani și Emil Fischer și-au început cercetările fundamentale, care s-au încheiat în anii 90 ai secolului trecut odată cu stabilirea structurii celor mai simpli carbohidrați. . Ideile stereochimice ale lui Van't Hoff au avut o influență decisivă asupra dezvoltării chimiei carbohidraților, iar dezvoltarea stereochimiei a fost, de asemenea, indisolubil legată de chimia carbohidraților; materialul experimental extras din chimia carbohidraților a jucat un rol foarte important în dezvoltarea principiilor de bază ale teoriei stereochimice. În prima perioadă de dezvoltare a chimiei carbohidraților, au fost stabilite conceptele și principiile de bază ale acestei ramuri a chimiei organice, s-au creat tehnici analitice clasice și s-au dezvoltat metode generale de sinteză. O trăsătură caracteristică a acestei perioade este interacțiunea strânsă și fructuoasă a chimiei carbohidraților cu alte ramuri ale chimiei organice în dezvoltare rapidă. Chimia carbohidraților împrumută din arsenalul chimiei organice diverse reacții degradări necesare stabilirii structurii carbohidraților și numeroase tehnici de sinteză. La rândul lor, progresele în chimia carbohidraților au stimulat dezvoltarea multor ramuri generale ale chimiei organice; Pe lângă influența asupra dezvoltării stereochimiei deja menționată mai sus, putem aminti doctrina tautomerismului, primii pași ai chimiei polimerilor și multe altele. Unul dintre punctele de cotitură în chimia zaharurilor a fost dezvoltarea de către Haworth în anii 20 ai secolului al XX-lea a abordărilor pentru studiul structurii polizaharidelor, care au fost create pe baza metodei de metilare și au deschis pentru prima dată calea către o soluție experimentală la problema structurii lanțurilor polizaharide. Consecința acestui lucru a fost dezvoltare rapidă chimia polizaharidelor. Trei împrejurări au provocat o adevărată revoluție în domeniul chimiei carbohidraților în anii postbelici și au asigurat progresul ulterioar al acesteia. În primul rând, s-a realizat rolul exclusiv al biopolimerilor în procesele vieții, ceea ce a pus în mod natural noi provocări pentru chimia carbohidraților - cele mai importante componente ale țesutului viu. Studiul structurii și relația acesteia cu functie biologicaîn seria carbohidraților a adus la viață idei noi și a pus bazele unor noi direcții. În același timp, dezvoltarea rapidă a industriei polimerilor și utilizarea lor în tehnologie și Viata de zi cu zi a fost direct legată de studiul amplu al polimerilor naturali importanți practic și, mai ales, de dezvoltarea chimiei și tehnologiei celulozei, a sateliților săi și a produselor ei procesate. Acest lucru a deschis o cale largă pentru cercetare în chimia polizaharidelor și a necesitat dezvoltarea multor noi domenii ale chimiei zahărului. Pe de altă parte, dezvoltarea teoriei chimiei organice și în special crearea fundamentelor analizei conformaționale a făcut posibilă discutarea reactivității unei molecule de carbohidrați pe baza unor premise strict fundamentate. Utilizarea conceptelor conformaționale în chimia carbohidraților a făcut o adevărată revoluție în opiniile cu privire la reactivitatea unei molecule complexe de zahăr polifuncțională, iar chimia modernă a zahărului își datorează cele mai bune realizări. În sfârșit, ultima împrejurare, la fel de importantă, care a avut o influență decisivă asupra dezvoltării chimiei moderne a carbohidraților este introducerea de noi tehnici experimentale. Introducerea cromatografiei analitice și preparative și a metodelor electroforetice a făcut posibilă reorganizarea lucrărilor de separare și individualizare a carbohidraților și rezolvarea problemelor care necesitau anterior o muncă cu adevărat titanică. Introducerea spectroscopiei în infraroșu, iar mai târziu a spectroscopiei RMN și a spectrometriei de masă, a oferit cercetătorilor instrumente care au schimbat radical întreaga activitate de stabilire a structurii celor mai complecși derivați de carbohidrați. .5 Starea curenta chimia carbohidraților
Chimia modernă a carbohidraților este un corp complex de cunoștințe. Include probleme de izolare a compușilor individuali sau purificați maxim, adesea foarte labili, din amestecuri complexe, studierea structurii acestora folosind metode chimice, biochimice, fizico-chimice și fizice, dezvoltarea metodelor de sinteza a diferiților compuși, controlul stereochimic al reacțiilor sintetice fiind deosebit de complex. și responsabil și, în cele din urmă, un studiu aprofundat al dependenței proprietăților carbohidraților de structura lor, care creează baza pentru utilizarea tehnică a resurselor uriașe de materii prime care conțin carbohidrați. Studiul proprietăților biologice ale carbohidraților, funcțiile lor în sistemele biochimice este necesar pentru înțelegerea esenței celor mai importante procese de viață și este direct legat de progresul biochimiei și biologiei moleculare moderne. Clasa carbohidraților include compuși care sunt foarte diversi ca tip, variind de la substanțe cu greutate moleculară mică care conțin doar câțiva atomi de carbon până la compuși cu greutăți moleculare uriașe, ajungând la câteva milioane. În conformitate cu aceasta, soluția la problemele individuale, tehnicile, metodele și însăși logica studiului poate varia foarte mult în funcție de tipul de carbohidrați cu care trebuie să faceți. Din acest motiv, orice prezentare a elementelor de bază ale chimiei carbohidraților ar trebui să prevadă împărțirea materialului în conformitate cu clasificarea adecvată. Toți carbohidrații, cunoscuți până acum sub numele de compuși naturali sau sintetici, ar trebui în primul rând împărțiți în trei clase mari - monozaharide, oligozaharide și polizaharide. Această împărțire, deși bazată pe caracteristici formale, are o semnificație fundamentală și metodologică profundă. Monozaharidele sunt înțelese ca compuși polioxicarbonilici cu un lanț continuu carbon-carbon și, împreună cu grupările hidroxil și carbonil, pot conține și grupări carboxil, grupări amino, grupări tiol etc. Monozaharidele sunt astfel destul de diverse în structura lor și, prin urmare, în proprietățile lor. , dar au în apropiere aspecte comuneîn comportament chimic, iar acest lucru ne permite să le considerăm ca o clasă de carbohidrați. Această definiție se referă la monozaharide în sensul strict al cuvântului. Cu toate acestea, există mai multe tipuri de compuși care nu îndeplinesc pe deplin această definiție, dar sunt strâns legate genetic de monozaharidele autentice. Acestea sunt, în primul rând, produșii reducerii și oxidării monozaharidelor, lipsite de grupare carbonil, - alcooli polihidroxici (polioli) și acizi polihidroxicarboxilici monobazici sau dibazici. Compușilor acestor clase le lipsește baza caracteristici chimice monozaharide, care constă dintr-o combinație a proprietăților carbonilului și a unui lanț de atomi de carbon purtând grupe hidroxil și, prin urmare, diferă semnificativ în proprietăți de monozaharide. Monozaharidele sunt compuși cu greutate moleculară mică, iar această secțiune a chimiei carbohidraților este, în esență, una dintre secțiunile chimiei organice a compușilor polifuncționali. Este cel mai mult trăsătură caracteristică este influența decisivă a diferențelor stereochimice asupra reactivității, împletite cu relațiile tautomerice care caracterizează nu numai monozaharidele în sine, ci și numeroșii lor derivați. Pentru stabilirea structurii monozaharidelor și a derivaților acestora, precum și a altor compuși organici, pe lângă metodele chimice, se folosesc și metode fizico-chimice, deși acestea din urmă au dobândit o importanță serioasă în chimia monozaharidelor abia în vremuri foarte recente. Chimia sintetică a monozaharidelor are acum un număr mare diverse metode, permițându-vă să controlați nu numai structura, ci și configurația conexiunii rezultate. Trebuie reținut doar că sinteza completă a monozaharidelor nu a atras o atenție serioasă din partea cercetătorilor, deoarece metodele sintetice ale chimiei monozaharidelor se reduc în principal la tranzițiile reciproce ale diferitelor monozaharide și derivații acestora între ele. O altă ramură mare a chimiei carbohidraților este chimia polizaharidelor. Polizaharidele sunt polimeri ai monozaharidelor, mai exact produșii policondensării lor, iar moleculele lor formează lanțuri formate din unități de monozaharide legate între ele printr-un atom de oxigen. Polizaharide - tipice substanțe cu greutate moleculară mare, iar această secțiune a chimiei carbohidraților este similară în principiu și abordări metodologice cu alte secțiuni ale chimiei polimerilor. În special, însuși conceptul de substanță individuală în acest caz își pierde sensul și este adesea înlocuit cu conceptul de fracție care conține o familie de omologi polimeri care este identică ca structură, dar diferă ca greutate moleculară. Acest lucru își lasă amprenta asupra metodelor de izolare și separare a polizaharidelor. În plus, conceptul de structură polizaharidică și metodele de stabilire a acesteia sunt, de asemenea, similare cu conceptele și metodele corespunzătoare ale chimiei macromoleculare. Stabilirea structurii polizaharidelor - exclusiv sarcină dificilă, deoarece unitățile monomerice polifuncționale ale monozaharidelor pot fi conectate între ele în multe moduri, iar numărul de opțiuni structurale imaginabile crește foarte repede odată cu creșterea gradului de polimerizare, atingând valori cu adevărat astronomice pentru polizaharidele cu greutate moleculară relativ mică. Atunci când se decide asupra structurii unei polizaharide, pe lângă structura monomerului și tipul de legătură intermonomer, este, de asemenea, necesar să se determine secvența monomerilor din lanț (pentru biopolimeri aceasta este o sarcină centrală), precum și al lor aranjament reciproc in spatiu. Ultima împrejurare trebuie remarcată în special, deoarece proprietățile fizice și biologice ale polimerilor sunt în mare măsură determinate de forma macromoleculelor lor, adică de structurile secundare și superioare. Prin urmare, în chimia polizaharidelor, împreună cu abordările organochimice convenționale mare importanță dobândiți metode fizice și chimice utilizate în chimia polimerilor pentru a determina dimensiunea și forma unei macromolecule. Dintre toate celelalte clase de carbohidrați, polizaharidele sunt cele care atrag în prezent cea mai mare atenție din partea biochimiștilor și a altor specialiști implicați în problemele biologice. Acest lucru se explică prin faptul că structura lanțurilor de polizaharide determină în multe cazuri specificitatea biologică, ca, de exemplu, în cazul polizaharidelor microorganismelor. Din acest motiv, chimia polizaharidelor este strâns legată de chimia biopolimerilor mixți, care conțin lanțuri de polizaharide împreună cu fragmente de peptide și lipide. Această nouă ramură a chimiei carbohidraților este acum în plină expansiune și o scurtă discuție despre aceasta este, de asemenea, inclusă în carte. Alături de monozaharide și polizaharide, există o altă clasă intermediară de carbohidrați numită oligozaharide. Oligozaharidele conțin lanțuri mici formate din mai multe unități de monozaharide, construite după același tip ca și lanțurile de polizaharide. Desigur, împărțirea oligozaharidelor și polizaharidelor este destul de arbitrară. De obicei, compușii care conțin 2-5 unități sunt numiți oligozaharide inferioare, iar compușii care conțin de la șase până la zece unități sunt numiți oligozaharide superioare, ceea ce îi deosebește de polizaharidele care au un număr mai mare de unități de monozaharide. Chimia oligozaharidelor ocupă un loc important în întregul complex de probleme asociate studiului carbohidraților. Faptul este că oligozaharidele sunt compuși cu molecularitate scăzută cărora li se aplică metodele convenționale de chimie organică; în special, oligozaharidele, cel puțin reprezentanții lor inferiori, pot fi obținute sintetic, iar structura lor poate fi elucidată cu deplină certitudine în toate detaliile. În același timp, oligozaharidele poartă un element de structură polizaharidă. Au o legătură glicozidică între unitățile de monozaharide, au multe substanțe chimice și uneori proprietăți biologice, care amintește de polizaharide și, prin urmare, pot fi considerate modele simplificate de polizaharide. Combinația acestor două puncte conferă o mare importanță acestei zone a chimiei carbohidraților, îi caracterizează originalitatea și justifică alocarea acesteia într-o secțiune specială. Evaluând locul secțiunilor individuale ale chimiei carbohidraților în întreaga problemă, trebuie subliniată importanța deosebită a chimiei monozaharidelor. Desigur, proprietățile oligomerilor și polimerilor sunt determinate în primul rând de proprietățile unităților monomerice. Prin urmare, în carbohidrați, studiul comportamentului chimic, relația dintre structură și proprietățile fizice, chimice și biologice și modalitățile de modificare a acestor proprietăți prin modificarea structurii este asociat în primul rând cu dezvoltarea chimiei monozaharidelor. Chimia monozaharidelor este fundamentul pentru studierea proprietăților carbohidraților cu greutate moleculară mai mare și, prin urmare, această secțiune a chimiei carbohidraților este de o importanță fundamentală și merită cea mai detaliată considerație în orice lucrare dedicată chimiei carbohidraților. Capitolul 2. Structura și stereochimia monozaharidelor
.1 Nomenclatura monozaharidelor și distribuția lor în natură În prezent, sunt cunoscute câteva sute de monozaharide cu structură și stereochimie diferite, care, după natura grupării carbonil incluse în compoziția lor, pot fi împărțite în aldoze care conțin o grupă aldehidă și cetoze care conțin o grupă ceto. După numărul de atomi de carbon, se disting trioze, tetroze, pentoze, hexoze etc.. Monozaharidele, care includ mai mult de șase atomi de carbon, sunt combinate sub denumirea comună"zaharuri mai mari" O clasificare mai detaliată a monozaharidelor, care ia în considerare simultan ambele caracteristici - numărul de atomi de carbon și natura grupării carbonil, distinge între aldopentoze, aldohexoze, cetopentoze (sau pentuloze) etc. Monozaharidele cu compoziția C au fost primele care au devenit cunoscute n N 2n DESPRE n , în care numărul de grupări hidroxil pe unitate mai mic decât numărul atomi de carbon: C n N n+1 O(OH) n-1 . Mai târziu, monozaharide cu mai putine grupări hidroxil, numite deoxizaharuri. De obicei, monozaharidele conțin un lanț drept de atomi de carbon, dar există și monozaharide cu lanț ramificat, numite zaharuri „ramificate”. Pe lângă grupările carbonil şi hidroxil, molecula de monozaharidă poate conţine şi alte grupări funcţionale, de exemplu o grupare carboxil sau amino. Monozaharidele care conțin grupări amino în loc de una sau mai multe grupări hidroxil sunt numite deoxiaminozaharuri sau pur și simplu aminozaharuri. Ultimul titlu, mai simplu și mai concis, este folosit foarte des, deși nu este complet strict din punctul de vedere al nomenclaturii acceptate în prezent. Monozaharidele în care atomul de carbon cel mai îndepărtat de gruparea carbonil face parte din grupa carboxil se numesc acizi uronici. Reprezentanții tuturor grupelor de monozaharide de mai sus se găsesc în natură. În plus, s-au obţinut pe cale sintetică monozaharide care conţin două grupări carbonil, precum şi cele în care una sau mai multe grupări hidroxil sunt înlocuite cu un halogen, o grupare nitro, o grupare tiol etc. Nomenclatura monozaharidelor se bazează pe monozaharidele de compoziție C n N 2n DESPRE n cu un lanț drept de atomi de carbon. Pentru a indica poziția substituenților într-o moleculă de monozaharidă, se obișnuiește să se numeroteze atomii de carbon, astfel încât carbonul carbonil să aibă cel mai mic număr. Oxigenul, hidrogenul și alți atomi legați la un anumit atom de carbon primesc același număr. Numele derivatului indică nu numai poziția substituentului, ci și atomul de care este legat substituentul Monobazic acizi carboxilici, corespunzând ca structură aldozelor, se numesc acizi aldonici, iar acizii dicarboxilici rezultați din oxidarea primului și ultimului atom al lanțului de carbon dintr-o moleculă de monozaharidă se numesc acizi de zahăr. Fiind compuși extrem de reactivi, monozaharidele se găsesc rar sub formă liberă. Într-un organism viu, ele există fie sub forma derivaților lor, cel mai adesea sub formă de esteri ai acidului fosforic, fie fac parte din mai multe substanțe complexe- glicozide, oligo- și polizaharide, glicoproteine, glicolipide, acizi nucleici etc. Excepție este D-glucoza, care se găsește sub formă liberă în sângele mamiferelor, suc de plante și alte surse, precum și unele cetoze. Dintre monozaharide, pentozele și hexozele sunt cele mai răspândite în natură, printre care D-glucoza ocupă cu siguranță primul loc. Este o componentă necesară a oricăror organisme vii - de la viruși la plante superioareși vertebrate și face parte dintr-o mare varietate de compuși, variind de la zaharoză, celuloză și amidon până la unele glicoproteine și acid ribonucleic viral. Destul de des, deși nu au o distribuție atât de universală, pentoze precum L-arabinoza și D-xiloza, care fac parte dintr-un număr de polizaharide și glicozide, și hexoze - D-galactoză și D-manoză, care sunt componente ale multe polizaharide vegetale și animale sau origine bacteriană. Galactoza se găsește și în glicolipidele din creier, oligozaharidele din lapte și o serie de glicoproteine importante. Un rol biologic specific îl au D-riboza și 2-deoxi-D-riboza, substanțele din care este construit lanțul polimeric al acizilor ribonucleici și dezoxiribonucleici. Derivații de monozaharide participă activ la metabolismul celulelor vii. Diversele lor transformări sunt asociate cu fotosinteza, oferind celulei energie, detoxifiere și excreție. substante toxice, care pătrunde din exterior sau ia naștere în timpul metabolismului, biosinteza aminoacizilor aromatici - tirozină și fenilalanina, precum și o serie de alți compuși aromatici, formarea de biopolimeri complecși (polizaharide, glicoproteine, glicolipide, acizi nucleici) care joacă rol principalîn construcţia structurilor subcelulare care asigură buna funcţionare a celulei. 2.2 Structura și configurația monozaharidelor
Locul central în chimia monozaharidelor este ocupat de aldohexoze, aldopentoze și cetohexoze. Structura lor în vedere generala poate fi reprezentat prin formulele I, V și VI: Dintr-o examinare a formulelor structurale ale monozaharidelor, este clar că acestea din urmă conțin un număr mare de atomi de carbon asimetrici. După cum se știe, pentru un compus având n atomi asimetrici, numărul de stereoizomeri este 2 n Astfel, pentru aldohexozele cu structura I, ar trebui să existe 2 4stereoizomerii și pentru aldopentozele V și cetohexozele VI-2 3stereoizomerii. De aici este clar cât de importante sunt diferențele stereochimice ale monozaharidelor individuale, de care depind, în primul rând, diferențele de proprietăți ale acestora. Deja în anii 80 ai secolului al XIX-lea a devenit destul de cunoscut Există multe monozaharide și a apărut problema de a determina configurația lor. Această lucrare a fost începută de E. Fischer, care în 1891 a determinat configurațiile D-glucozei, D-manozei și D-fructozei. Glucoză manoză Fructoză Astfel, studiile lui E. Fischer au făcut posibilă determinarea configurației relative a glucozei, manozei, fructozei și arabinozei. Configurațiile relative ale pentozelor și hexozelor rămase au fost în curând stabilite într-o manieră similară, punând bazele dezvoltării chimiei carbohidraților. Lucrările lui E. Fisher au avut mai multe sens general. În urma acestor lucrări, pentru prima dată în istoria chimiei organice, au fost create metode experimentale de determinare a configurațiilor, iar ipoteza stereochimică a lui Van't Hoff a primit o confirmare clară și foarte puternică, ceea ce a oferit un nou stimulent puternic pentru dezvoltarea stereochimia compuşilor organici în general. .3 Structura ciclică a monozaharidelor
Formulele aciclice sunt incompatibile cu o serie de proprietăți chimice ale monozaharidelor. În primul rând, gruparea carbonil din monozaharide nu dă naștere unor reacții aldehidice, cum ar fi colorarea cu reactivul Schiff obișnuit preparat (soluție de acid fuchsinsulfuric). Acetații completi de zahăr nu prezintă deloc proprietăți aldehidice. Una dintre grupările hidroxil dintr-o moleculă de monozaharid prezintă proprietăți speciale. Astfel, atunci când glucoza este încălzită cu o soluție de acid clorhidric 3% în metanol, se formează un amestec de două substanțe izomerice - metil glucozide care conțin o grupare metoxil. După cum se știe, alcooli obișnuiți în astfel de condiții blânde eterii nu se formează. Glucozidele metil nu prezintă proprietăți aldehidice, dar, având o singură grupare metoxil, nu pot fi acetali obișnuiți. În cele din urmă, și cel mai important, glucoza și alte monozaharide, precum și metil glucozidele deja menționate și acetații completi de monozaharide, există în două forme stereoizomerice. (α- Și β- izomeri). Astfel, numărul total de monozaharide izomerice și derivații lor se dovedește a fi de două ori mai mare decât cel prezis de teoria stereochimică, bazată pe numărul de atomi de carbon asimetrici. Aceasta indică prezența unui centru asimetric suplimentar în moleculele de monozaharide. Formula ciclică hemiacetal (sau, altfel, lactol) ne permite să explicăm toate faptele enumerate mai sus. Incapacitatea monozaharidelor de a intra în unele reacții caracteristice grupării aldehide poate fi atribuită faptului că aceasta din urmă este absentă în formă liberă în monozaharidă. Gruparea hidroxil la C 1(în cetoze - în C 2) în formă ciclică se află într-o poziție specială: singura dintre toate grupările hidroxil este legată de un atom de carbon la care există un alt substituent de oxigen și reprezintă gruparea hidroxil a unui hemiacetal. Atomul de carbon de care este legat hemiacetal hidroxil (altfel numit hidroxil glicozidic) se numește centru glicozidic (sau anomeric). Reactivitatea ridicată a hemiacetal hidroxil se explică, din punct de vedere modern, prin stabilizarea ionului de carboniu format în timpul eliminării acestuia datorită perechii de electroni libere a atomului de oxigen vecin. Absența reacțiilor aldehide în glicozide și acetații plini se explică prin înlocuirea hemiacetalului hidroxil, care elimină posibilitatea transformării formei hemiacetalului într-o aldehidă. În cele din urmă, este clar că atunci când inelul este închis, atomul de carbon carbonil, acum asociat cu patru substituenți diferiți, devine asimetric; aceasta duce la o dublare a numărului de aldoze stereoizomerice și a derivaților acestora. După o dovadă de încredere a structurii ciclice a monozaharidelor derivate, Haworth a făcut completări la nomenclatura monozaharidelor. Conform propunerii sale, monozaharidele care conțineau un inel tetrahidropiran cu șase membri au fost numite piranoze, glicozidele lor - piranozide și monozaharidele și glicozidele lor cu un inel tetrahidrofuran cu cinci membri - furanoze și furanozide. Haworth a revizuit, de asemenea, modul în care a scris formule pentru monozaharide. Formulele lui E. Fischer, cu toate avantajele lor, reflectă slab forma reală a moleculelor de monozaharide și sunt greoaie. Haworth și-a propus așa-numitele formule „promițătoare”. Conform propunerii sale, molecula de monozaharidă ciclică este considerată convențional plată. Pentru a-l reprezenta pe hârtie, este poziționat mental astfel încât atomul de oxigen al inelului de piranoză să fie la cea mai mare distanță de ochiul observatorului din dreapta (pentru inelul de furanoză - în mijloc), iar lanțul de carbon să fie orientat spre partea convexă. faţă de observator. Molecula astfel poziționată este apoi reprezentată în conformitate cu legile perspectivei, așa cum se arată mai jos, de obicei partea a moleculei cea mai apropiată de observator fiind arătată cu o linie groasă. Substituenții sunt plasați deasupra sau sub planul moleculei în funcție de configurația atomului de carbon corespunzător. 2.4 Tautomerismul monozaharidelor
După cum sa menționat mai sus, Proprietăți chimice zaharurile nu pot fi pe deplin explicate dacă pentru ei se presupune structura compușilor polioxicarbonil. Cu toate acestea, formulele hemiacetale ciclice Colley-Tollens, care elimină o serie de contradicții, sunt nesatisfăcătoare, deoarece nu explică proprietățile aldehidice ale monozaharidelor și capacitatea lor de a da derivați aciclici, de exemplu, de a adăuga acid cianhidric pentru a forma hidroxinitrili, la dau tioacetali etc. Acest lucru a condus la concluzia că monozaharidele sunt capabile de transformări tautomerice: Astfel de transformări tautomerice sunt cunoscute ca tautomerie cu lanț inel. Monozaharidele, în funcție de condițiile de reacție și de reactivii utilizați, reacţionează în una din formele tautomerice: piranoză, furanoză sau aciclică. Zaharurile au fost din punct de vedere istoric una dintre primele substante pentru care a fost observat fenomenul de tautomerism. Conceptul de tautomerie a lanțului inel a apărut atunci când se iau în considerare proprietățile monozaharidelor și abia mai târziu acest fenomen a fost descoperit pentru mai simplu γ- Și δ- compuși oxicarbonilici. Existența tautomeriei pentru monozaharide a fost confirmată experimental prin studierea activității lor optice, iar mai recent și prin spectroscopie RMN și IR. În 1846, Dubrunfaut a descoperit că rotația specifică a unei soluții de glucoză se modifică în timp până când atinge o anumită valoare constantă. Acest fenomen, care se observă și pentru toate celelalte monozaharide, se numește mutarotație. Mutarotația este asociată cu transformările reciproce ale formelor tautomerice ale unei monozaharide și stabilirea echilibrului între ele. Poziția de echilibru depinde de structura și stereochimia monozaharidei, dar nu depinde de ce formă tautomeră a zahărului de la care plecăm. Astfel, soluțiile apoase proaspăt preparate de a- și p-D-glucoză au o rotație specifică [a] D +106° și respectiv +22,5°. În timp, rotația specifică a primului scade, iar a doua crește, în ambele cazuri atingând o valoare constantă de +52,5°. Pe baza diagramei de mai sus a interconversiei de echilibru a cinci diferite forme, atunci rata de mutarotație ar trebui să fie exprimată foarte ecuație complexă. Cu toate acestea, pentru multe monozaharide (de exemplu, D-glucoză și D-xiloză), rata de mutarotație respectă ecuația reacție reversibilă de ordinul întâi, care corespunde echilibrului numai între două forme tautomerice ale compusului. Alți tautomeri sunt prezenți în aceste cazuri în concentrații foarte mici. Viteza de mutarotație crește atât în prezența acizilor, cât și în prezența bazelor. Se crede că etapa care determină viteza procesului este formarea intermediară formă deschisă:
Viteza de mutare a unor zaharuri (de exemplu, D-galactoza, D-riboza și toate cetozele) nu se supune unei ecuații de ordinul întâi. Acesta este rezultatul faptului că mai mult de două forme tautomerice ale substanței sunt prezente în soluție în concentrații apreciabile. Pe lângă forma piranoză, în aceste cazuri soluția trebuie să conțină și o formă furanoză sau aciclică, sau ambele forme împreună. În prezent, nu există metode care să demonstreze experimental prezența unei forme aciclice în soluții. Nici spectrele infraroșu, nici cele ultraviolete ale monozaharidelor nu conțin maxime de absorbție caracteristice grupării carbonil. Acest lucru poate fi explicat prin hidratarea funcției carbonil a formei aciclice, care este prezentă și în soluție într-o concentrație foarte mică. Multă vreme s-a crezut că conținutul formei aciclice poate fi determinat polarografic și a explicat diferența dintre ratele de reducere polarografică a monozaharidelor prin prezența diferitelor cantități de forma aldehidă în amestecul de echilibru. (Aceste concentrații au fost chiar calculate.) Cu toate acestea, s-a arătat mai târziu că, în realitate, este imposibil să se relaționeze rata de reducere polarografică a monozaharidelor de concentrația formei aldehide în lor. solutii apoase.
Capitolul 3. Proprietăţi fizice şi metode fizico-chimice de studiere a monozaharidelor
.1 Starea fizică și solubilitatea
Starea de agregare și solubilitatea monozaharidelor și a derivaților lor sunt determinate, în primul rând, de prezența în moleculele lor a unui număr mare de grupări hidroxil foarte polare capabile să formeze legături de hidrogen. Prin urmare, marea majoritate a monozaharidelor sunt substanțe nevolatile, ușor solubile în apă, dimetilformamidă sau dimetil sulfoxid, puțin solubile în alcooli inferiori, piridină și acid acetic și practic insolubile în solvenți organici obișnuiți precum eter, benzen, cloroform, dioxan, tetrahidrofuran, acetat de etil etc. Cu toate acestea, derivații de monozaharide în care sunt substituite grupări hidroxil (eteri metilici, acetați, derivați de trimetilsilil, unii derivați de alchiliden) sunt destul de volatili și pot fi purificați prin distilare sau sublimare în vid. Cromatografia gaz-lichid poate fi utilizată pentru a analiza acești derivați. Moleculele de monozaharide din soluții sunt puternic solvatate din cauza interacțiunilor dipol-dipol și a legăturilor de hidrogen intermoleculare cu solventul, ceea ce duce adesea la formarea de „siropuri” vâscoase. Orientarea moleculelor în soluții vâscoase este dificilă, astfel încât formarea nucleelor de cristal și, în consecință, întregul proces de cristalizare este foarte încetinit sau cristalizarea nu are loc deloc. O altă dificultate în cristalizarea monozaharidelor este capacitatea acestora de a forma mai multe forme tautomerice. Deoarece impuritățile împiedică cristalizarea, substanțele predispuse la transformări tautomerice cristalizează de obicei cu dificultate, deoarece față de un anumit tautomer, restul joacă rolul de impurități. În plus, stabilirea echilibrului tautomeric duce la o scădere a concentrației tautomerului capabil de cristalizare, ceea ce este foarte semnificativ. Aparent, stabilirea rapidă a echilibrului tautomeric poate explica de ce zaharurile cristalizează adesea bine din acid acetic. Din aceste motive, au fost dezvoltate o serie de tehnici speciale pentru cristalizarea monozaharidelor și a derivaților acestora, datorită cărora o parte semnificativă a monozaharidelor se obține în prezent în stare cristalină. În unele cazuri, monozaharidele formează hidrați cristalini și compuși cristalini cu săruri anorganice, de exemplu, clorură de calciu. Până în prezent, nu a fost stabilită nicio relație între temperatura de topire și structura monozaharidelor. Această dependență a fost observată numai pentru produșii de reducere ai monozaharidelor - polioli: o creștere a dimensiunii și a gradului de simetrie a moleculei duce la creșterea punctului de topire și la o scădere a numărului de legături de hidrogen intermoleculare, de exemplu datorită formarea de legături intramoleculare, duce la scăderea punctului de topire. O serie de lucrări au fost dedicate studiului structurii monozaharidelor în stare cristalină, în care a fost utilizată metoda analizei de difracție cu raze X. Aceste lucrări au arătat că în cazurile studiate, cristalele de monozaharide constau din molecule în formă de piranoză, având cea mai stabilă conformație în formă de scaun (C1 pentru D-glucoză și D-xiloză, 1C pentru D-arabinoză și L-ramnoză). Astfel, analiza de difracție cu raze X este potrivită pentru studiul structurii, configurației și conformației monozaharidelor în stare cristalină. .2 Activitate optică
Toate monozaharidele sunt compuși optic activi și pentru o lungă perioadă de timp polarimetria a fost singura metodă fizică folosită cu succes în studiul zaharurilor. Această metodă rămâne de mare importanță astăzi. O măsură a activității optice a unei substanțe este rotația sa specifică [a], mărimea rotației specifice a unei substanțe depinde de lungimea de undă a luminii; Prin urmare, se folosește de obicei o sursă de lumină monocromatică, cel mai adesea o lampă cu sodiu, care produce lumină cu o lungime de undă de 589 mm. Măsurarea rotației specifice a monozaharidelor și a derivaților acestora este una dintre cele mai simple și mai fiabile metode de monitorizare a purității acestora și, de asemenea, după cum se va vedea mai jos, oferă informații valoroase despre structura, stereochimia și conformația substanței în soluții. Orice solvent în care monozaharida studiată este suficient de solubilă este adecvat pentru măsurarea rotației specifice. De obicei, se folosesc soluții cu o concentrație de 0,1-1,0%, iar apa este folosită cel mai adesea ca solvent; pentru derivații cu polaritate scăzută ai monozaharidelor se folosesc și cloroform, metanol, piridină etc.. Deoarece valoarea rotației specifice depinde de solvent, concentrația substanței în soluție și temperatură, împreună cu valoarea specificului rotație pentru o anumită substanță, sunt date întotdeauna date despre condițiile în care s-au făcut măsurătorile. Există numeroase încercări de a conecta amploarea activității optice cu structura unei substanțe. Astfel, van’t Hoff a formulat „principiul suprapunerii optice”, conform căruia rotația moleculară a unei substanțe este suma algebrică a activităților optice ale tuturor atomilor săi asimetrici. Așa cum este aplicat zaharurilor, acest principiu a fost modificat de Hudson sub forma binecunoscutelor sale reguli de izorotație, lactonă și amidă. În conformitate cu prima regulă a „izorotației”, diferența de rotații moleculare; Cei doi anomeri pentru toate aldozele ar trebui să fie constanți. Cu toate acestea, în realitate acest lucru nu este în întregime adevărat; există două constante diferite: cea mai mare corespunde aldozelor, care au hidroxilul ecuatorial la C în conformația lor cea mai stabilă. 2, iar cel mai mic - la aldozele care conțin hidroxil axial la C 2. Astfel, influența configurației atomului de carbon adiacent centrului anomeric are un efect semnificativ. Concluzii similare pot fi trase pentru metil glicozide. Și în acest caz, valoarea lui 2A nu este afectată nici de mărimea ciclului, nici de înlocuirea grupărilor hidroxil cu grupări metoxil, nici de modificarea configurației lui C3 sau C. 4. Dar configurația este C 2și aici are un impact semnificativ. Conform celei de-a doua reguli de izorotație, modificarea substituenților pe C 1 are un efect ușor asupra valorii constantei 2B, adică suma rotațiilor moleculare ale ambelor aldoze anomerice ar trebui să fie egală cu suma rotațiilor moleculare pentru glicozidele de metil, etil și alte alchil corespunzătoare, ceea ce este confirmat de datele experimentale. A doua regulă de izorotație ne permite să rezolvăm problema mărimii ciclului într-o pereche dată de anomeri. Cu toate acestea, sunt cunoscute abateri semnificative de la a doua regulă de izorotație. Valoarea lui 2B variază mult pentru glicozide cu agliconi nesaturați, aromatici sau alți alți polarizabili. De exemplu, această regulă nu se aplică nucleozidelor. Regula lactonei lui Hudson se referă la configurația la C 4sau cu 5 cu rotaţia acizilor aldonici şi a lactonelor acestora. Dacă lactona are o rotație mai pozitivă decât acidul aldonic părinte, atunci atomul de carbon implicat în formarea lactonei (C 4Pentru γ- și C 5Pentru δ- lactone), are o configurație D. Dacă rotația lactonei este mai negativă, atomul de carbon corespunzător trebuie să aibă o configurație L. Regula lactonei a fost utilizată pentru a determina configurația lui C 4și C 5sau pentru a determina dimensiunea inelului de lactonă. Cu toate acestea, utilizarea acestei reguli poate duce uneori la erori, cum ar fi, de exemplu, la determinarea configurației pentru C 4în acid neuraminic. Conform regulii amidei lui Hudson, amida unui acid aldonic având o configurație D la C 2, are o rotație mai pozitivă decât acidul părinte și amida corespunzătoare cu o configurație L la C 2are o rotație mai negativă decât acidul părinte. O analiză mai detaliată a relației dintre structura și stereochimia monozaharidelor și mărimea rotației moleculare a acestora a fost efectuată de Whiffen. Potrivit lui Whiffen, rotația moleculară a unei substanțe poate fi reprezentată de suma rotațiilor corespunzătoare tuturor combinațiilor posibile de atomi din ea. Abordarea propusă de Whiffen a fost dezvoltată în continuare în lucrările lui Brewster, care a dezvoltat mai mult metoda generala calcul, care i-a permis, pe baza datelor experimentale disponibile, să calculeze valorile rotației moleculare pentru mulți compuși aciclici, ciclici, saturați și nesaturați, inclusiv terpene, steroizi, aminoacizi etc. Pentru monozaharide, Brewster a introdus un sistem de constante ușor diferit de cel al lui Whiffen și le-a explicat parțial sens fizic. Rezultatele calculelor conform lui Brewster coincid cu valorile de rotație moleculară găsite experimental, precum și cu rezultatele obținute prin metoda Whiffen. Au fost propuse și alte sisteme de calcul al rotațiilor moleculare ale monozaharidelor, care dau, de asemenea, rezultate satisfăcătoare, dar nu au avantaje practice mari față de sistemul Whiffen relativ simplu și intuitiv. Calcularea mărimii rotației moleculare folosind Whiffen sau Brewster poate fi extrem de utilă atunci când alegeți între mai multe structuri alternative. Este, de asemenea, aplicabil pentru evaluarea conformației unei monozaharide în soluție. Pentru a rezuma, trebuie remarcat faptul că metodele bazate pe măsurarea rotației specifice a unei substanțe (polarimetrie și dispersie de rotație optică) pot fi utilizate pentru a determina configurația atomilor de carbon individuali și pentru a rezolva unele întrebări structurale (de exemplu, pentru a determina dimensiunea ciclul). O limitare semnificativă a acestor metode este că există excepții de la regulile generale care nu pot fi prevăzute. Cu toate acestea, metodele de calcul ale lui Whiffen și Brewster deschid noi perspective pentru utilizarea polarimetriei, care se compară favorabil cu altele. metode fizice ușurință de măsurare și accesibilitate echipamentul necesar. La fel de dezvoltare ulterioară tehnicile și acumularea de date experimentale relevante, polarimetria în regiunea ultravioletă a spectrului și metoda de dispersie prin rotație optică vor găsi, aparent, mai multe aplicare largă la studierea structurii și stereochimiei monozaharidelor. .3 Spectrele infraroșii și ultraviolete ale monozaharidelor și derivaților acestora
În ciuda faptului că un număr foarte semnificativ de lucrări au fost dedicate spectroscopiei IR a monozaharidelor și derivaților acestora, rezultatele obținute prin această metodă rămân destul de modeste. Acest lucru se explică prin complexitatea interpretării spectrelor IR ale monozaharidelor și prin numeroasele dificultăți experimentale cauzate de caracteristicile monozaharidelor. Deoarece monozaharidele sunt insolubile în solvenții utilizați în spectroscopie IR (CC1 4, SNS1 3.CS 2), iar utilizarea apei ca solvent necesită echipamente speciale, complexe; înregistrarea spectrelor IR în soluție se efectuează numai pentru studiul derivaților substituiți ai monozaharidelor. Pentru monozaharidele în sine, precum și pentru derivații lor, spectrele sunt de obicei preluate Ulei de vaselină sau în tablete formate din probă și bromură de potasiu. Fiecare dintre aceste metode nu este lipsită de dezavantaje fundamentale, iar utilizarea lor este asociată cu unele dificultăți tehnice. Nu există benzi de absorbție caracteristice unei anumite monozaharide și unice pentru aceasta. Prin urmare, pentru identificarea prin comparație cu spectrul unui compus cunoscut, este necesar să se ia spectrul IR într-un interval larg de frecvență, de obicei de la 4000 la 650 cm. -1, iar regiunea 1250-650 silabe este deosebit de caracteristică 1, așa-numita zonă de amprentă. Trebuie subliniat mai ales că ambele probe - cea studiată și cea cunoscută - trebuie preparate prin aceeași metodă, iar compușii comparați trebuie să fie în aceeași stare de agregare. Există mai multe exemple când în spectrele IR ale unei monozaharide luate în stările amorfe și cristaline, benzile individuale s-au dovedit a fi deplasate unele față de altele, iar deplasarea a ajuns la 20 cm. -1. De asemenea, este necesar să se țină cont de posibilitatea formării de modificări polimorfe și solvați de cristal cu sume variabile solvent legat, care este foarte tipic pentru carbohidrați. Deși utilizarea spectroscopiei IR în chimia monozaharidelor a oferit unele rezultate importante, domeniul de aplicare al acestei metode rămâne destul de limitat. Cel mai fructuos studiu a fost studiul legăturilor de hidrogen intramoleculare folosind spectroscopie IR, dar detectarea lor este posibilă numai în compușii suficient de solubili în tetraclorură de carbon, ceea ce exclude extinderea metodei la monozaharide libere. Este mai fiabil să se determine dimensiunea ciclului prin alte metode, de exemplu, folosind spectrometria de masă. Pentru a determina configurația la C 1în unele cazuri, polarimetria sau spectroscopia RMN este mai convenabilă. Monozaharidele și majoritatea derivaților lor nu conțin cromofori care absorb în regiunile ultraviolete și vizibile ale spectrului; prin urmare, spectroscopia UV găsește o utilizare foarte limitată în chimia monozaharidelor pentru rezolvarea unor probleme particulare, de exemplu, pentru studiul structurii și tautomerismului. de fenilhidrazole de zaharuri. 3.4 Spectrele RMN ale monozaharidelor și derivaților acestora
În studiul monozaharidelor, spectroscopia RMN este, fără îndoială, cea mai puternică tehnică fizico-chimică disponibilă în prezent și poate fi foarte valoroasă în stabilirea configurației și conformației monozaharidelor. Informațiile despre structura și stereochimia unei substanțe dintr-un spectru RMN pot fi obținute luând în considerare intensitatea semnalului, poziția relativă a acestuia în spectru, numită schimbare chimică, și analiza interacțiunilor spin-spin, dar cel mai adesea dintr-o combinație. a tuturor acestor caracteristici. Spectrele RMN de înaltă rezoluție oferă, în principiu, informații despre locația și aranjarea spațială a tuturor atomilor de hidrogen dintr-o moleculă și pot reflecta diferențe foarte subtile dintre acești atomi. Acest lucru face ca utilizarea spectroscopiei RMN să fie deosebit de fructuoasă în cazul carbohidraților, care se caracterizează prin prezența diferitelor tipuri de legături C-H, de cele mai multe ori diferind doar prin orientarea spațială sau modificări foarte mici ale mediului chimic. Spectrele RMN pot fi obținute pentru monozaharidele în sine și pentru diferiții lor derivați. Spectroscopia RMN are o serie de avantaje în studiul zaharurilor: utilizarea metodei nu este limitată de solubilitatea compuşilor studiaţi; oferă informații precise despre compoziția funcțională, structura, configurația și conformația substanțelor studiate. Interpretarea spectrului este relativ simplă. În prezent, există deja multe lucrări dedicate utilizării spectroscopiei RMN pentru studiul zaharurilor. Trebuie să presupunem că spectroscopia RMN a zaharurilor se va dezvolta în continuare și, pe măsură ce instrumentele se îmbunătățesc, va găsi o aplicație și mai largă. .5 Spectrele de masă ale monozaharidelor și derivaților acestora
Metoda spectrometrică de masă este fundamental diferită de alte metode fizico-chimice. Spectroscopia RMN, IR sau UV se bazează pe analiza unei astfel de absorbții a energiei externe câmp electromagnetic o substanță care face ca o moleculă să treacă la nivel superior niveluri de energie, dar nu duce la o pauză legaturi covalente. Totuși, în spectrometria de masă se folosesc influențe (electroni accelerați cu o energie de 20-70 eV, lumină UV) care provoacă ionizarea moleculei cu pierderea unuia dintre electroni și degradarea ulterioară a acestuia, însoțită de ruperea legăturilor covalente. . În consecință, spectrometria de masă se bazează pe studiul modificărilor chimice dintr-o substanță și din acest punct de vedere se apropie de metodele distructive uzuale ale chimiei organice. Într-un spectrometru de masă, moleculele ionizate și fragmentele încărcate care decurg din ele sunt separate în funcție de masele lor. Spectrul de masă al unei substanțe constă dintr-o serie de vârfuri, fiecare corespunzând unor ioni cu un raport masa-sarcină dat (m/e), acesta din urmă fiind de obicei egal cu unitatea. Prin urmare, valoarea m/e este cel mai adesea egală cu masa unui ion dat. Intensitatea unui vârf depinde, în primul rând, de stabilitatea ionului corespunzător, iar acesta din urmă este determinat de legi bine cunoscute din chimia organică. Analizând spectrul de masă, puteți obține informații valoroase despre structura moleculei studiate. Există două limitări serioase în utilizarea metodei spectrometrice de masă. În primul rând, pentru a obține spectrul de masă al unei substanțe este necesar ca aceasta să aibă o volatilitate minimă. Spectrometrele de masă moderne sunt proiectate în așa fel încât pentru a măsura spectrul de masă este necesar să se transfere o probă dintr-o substanță într-o stare de vapori. Deși au fost descrise spectrele de masă ale unor substanțe foarte polare și slab volatile precum metil glicozidele, de obicei se preferă să se lucreze cu derivați de zahăr, în care majoritatea grupărilor hidroxil sunt înlocuite cu grupări acetoxi sau metoxi pentru a crește volatilitatea. Necesitatea de a lucra cu derivate volatile este cea mai importantă limitare tehnică a metodei. Există două limitări serioase în utilizarea metodei spectrometrice de masă. În primul rând, pentru a obține spectrul de masă al unei substanțe este necesar ca aceasta să aibă o volatilitate minimă. Spectrometrele de masă moderne sunt proiectate în așa fel încât pentru a măsura spectrul de masă este necesar să se transfere o probă dintr-o substanță într-o stare de vapori. Deși au fost descrise spectrele de masă ale unor astfel de substanțe foarte polare și slab volatile precum metil glicozidele, este de obicei preferat să se lucreze cu derivați de zahăr în care majoritatea grupărilor hidroxil sunt înlocuite cu grupări acetoxi sau metoxi pentru a crește volatilitatea. Necesitatea de a lucra cu derivate volatile este cea mai importantă limitare tehnică a metodei. O altă limitare fundamentală a utilizării spectrometriei de masă este asociată cu sensibilitatea relativ scăzută a acestei metode la caracteristicile stereochimice: de obicei spectrele de masă ale zaharurilor stereoizomerice sunt aproape identice, deși uneori există unele diferențe ușoare în intensitățile vârfurilor individuale. Analiza spectrului de masă este o sarcină complexă și constă în elucidarea structurilor fragmentelor rezultate și moduri posibile formarea lor, cunoașterea cărora face posibilă recrearea structurii moleculei originale sau a părților sale. Nu există modele generale de descompunere pentru toți derivații de monozaharide studiați. Fiecare grup are propriile sale caracteristiciși chiar în cadrul unui grup, mecanismul de descompunere este determinat de natura substituenților asociați cu atomii de oxigen, precum și de alte detalii structurale. Pe baza naturii descompunerii, derivații monozaharidici pot fi împărțiți în trei grupe mari: derivați aciclici, derivați monociclici și derivați care conțin mai multe inele. Descompunerea derivaților aciclici are loc cel mai simplu. Astfel, în spectrul de masă al pentaacetatului de arabitol există patru fragmente care corespund tuturor rupurilor primare posibile fundamental în lanțul de carbon. Alte fragmente apar din cauza scindării unei molecule de cetenă (t/e = 42) sau a unei molecule de acid acetic (t/e = 60) din cele patru fragmente primare de mai sus. Descompunerea derivaților aciclici cu grupări funcționale, de exemplu acetații în formă de al, tioacetații sau acetații acestora, este mai complexă; în acest caz, pauzele apar în apropierea grupului funcțional. Dezintegrarea derivaților ciclici zaharuri - piranoze sau furanoze - începe cu ruperea legăturilor situate în vecinătatea centrului glicozidic, iar descompunerea acetaților diferă semnificativ de descompunerea esterilor metilici, iar fragmentarea furanozelor de fragmentarea piranozelor. Pentru furanoze, clivajul legăturii C este foarte caracteristică 4- CU 5. O întrerupere similară în legătura C 5- CU 6 în hexopiranoze apare într-o măsură mult mai mică. Deși utilizarea spectrometriei de masă pentru a determina structura monozaharidelor parțial metilate este foarte importantă, domeniul de aplicare al metodei spectrometrice de masă nu se limitează la aceasta. Există multe exemple de utilizare a spectrometriei de masă pentru a determina structura monozaharidelor. Metoda se dezvoltă rapid și, fără îndoială, noi domenii pentru aplicarea sa ulterioară vor fi găsite în viitorul apropiat. monozaharidă glucidă oligozaharidă polizaharidă Capitolul 4. Oligozaharide
.1 Structura oligozaharidelor
Clasa oligozaharidelor constituie un grup de carbohidrați intermediar între monozaharide și polizaharide, care păstrează încă multe dintre proprietățile zaharurilor monomerice și au în același timp o serie de trăsături caracteristice polizaharidelor. Deși acești compuși, prin structura și proprietățile lor, sunt strâns legați de cele două mari clase menționate mai sus zaharuri naturale, au o semnificație independentă importantă. Oligo- și polizaharidele includ compuși ale căror molecule sunt construite din reziduuri de monozaharide legate prin legături O-glicozidice. Distincția dintre oligozaharide și polizaharide nu poate fi făcută strict, deoarece carbohidrații naturali sunt reprezentați de o serie aproape continuă de compuși de la monozaharide la polizaharide superioare. Totuși, din punct de vedere metodologic, este recomandabil să se considere compușii care conțin până la 8 - 10 unități de monozaharide ca fiind oligozaharide, iar zaharurile cu greutate moleculară mai mare să fie clasificate ca polizaharide. În clasa oligozaharidelor se disting dizaharide, trizaharide, tetrazaharide etc., în funcție de numărul de unități de monozaharide.Oligozaharidele de mai sus au acceptat mai multe clasificare condiționată putem considera compuși în studiul cărora se pot aplica abordările logice și tehnicile metodologice uzuale ale chimiei organice. Astfel, oligozaharidele, de regulă, pot fi izolate într-o stare individuală și pentru ele este posibil să se stabilească o formulă structurală neambiguă, în sensul obișnuit în chimia organică. Pentru polizaharide, dimpotrivă, conceptul de substanță individuală este înlocuit cu conceptul de amestec de omologi polimeri cu același tip de structură macromoleculă. Prin urmare, formulele structurale ale polizaharidelor sunt oarecum arbitrare, corespunzătoare convențiilor conceptului corespunzător din chimia compușilor macromoleculari. Acest lucru duce la o serie de diferențe în metodele de studiere a ambelor clase de carbohidrați: oligozaharidele sunt caracterizate prin metode de chimie organică clasică, în timp ce polizaharidele sunt caracterizate prin metode de chimie ale compușilor cu molecul mare. Într-o moleculă de oligozaharidă în care toate legăturile glicozidice sunt formate de hemiacetal hidroxil al unei monozaharide și alcool hidroxil al celuilalt, un hemiacetal hidroxil nesubstituit rămâne la capătul lanțului. Astfel de oligozaharide, care au o serie de proprietăți caracteristice compușilor carbonilici, sunt numite oligozaharide reducătoare (reducătoare). Exemple de oligozaharide reducătoare includ lactoza I și maltotrioza II: Oligozaharidele în care unul dintre reziduurile glicozilice este legat printr-o legătură glicozidică la hemiacetal hidroxil al altei monozaharide nu conţin nici un hemiacetal hidroxil liber. Astfel de compuși nu prezintă reacții aldehidice caracteristice și sunt numiți oligozaharide nereducătoare (nereducătoare). Reprezentanții tipici ai oligozaharidelor nereducătoare sunt zaharoza III, trehaloza IV și melecitoza V: Oligozaharidele în care nu mai mult de un reziduu de glicozil este atașat la hidroxilii de alcool ai fiecărei unități de monozaharidă se numesc neramificate; Oligozaharidele ramificate conțin unități de monozaharide care poartă mai mult de un reziduu de glicozil pe hidroxili de alcool. Astfel de legături sunt numite puncte de ramificație ale lanțului de oligozaharide. Compușii II și V pot servi ca exemple de oligozaharide neramificate, iar trizaharida solatrioza VI și tetrasaharidele licotetraoza VII și bifurcoza VIII sunt exemple de oligozaharide ramificate. Monozaharidele situate la capetele lanțurilor de oligozaharide sunt numite terminale. La oligozaharide reducătoare, capătul reducător, sau unitatea reducătoare, care conține hidroxil hemiacetal liber, se distinge de celelalte unități terminale, care sunt adesea numite pur și simplu monozaharide terminale. Astfel, în formula VII, reziduurile marcate cu numerele 1 și 2 sunt terminale, numărul 3 indică legătura care este punctul de ramificare, iar numărul 4 indică legătura de restaurare. Oligozaharidele construite din reziduurile unei monozaharide sunt numite homooligozaharide, spre deosebire de heterooligozaharide, care conțin reziduuri ale diferitelor monozaharide. De exemplu, maltotrioza II este o homotrizaharidă, în timp ce bifurcoza VIII este o heterotetrazaharidă. .2 Nomenclatura oligozaharidelor
Există două sisteme de nomenclatură a oligozaharidelor. Prima dintre ele este similară cu nomenclatura derivaților de monozaharide O-substituiți, cuvântul rădăcină din nume fiind numele unității reducătoare, iar restul lanțului de oligozaharide este considerat ca substituent pentru această monozaharidă. Deci, de exemplu, lactoza I conform acestui sistem ar trebui numită 4-O-( β -D-galactopiranozil)-D-glucoza, maltotrioza II este 4-O-D-glucoza, iar licotetraoza VII este 4-O--D-glucoza. Oligozaharidele nereducătoare sunt denumite în mod similar, cu diferența că cuvântul rădăcină este numele a două resturi de monozaharide legate printr-o legătură glicozidică prin hidroxili hemiacetali; unul dintre aceste resturi de monozaharide este inclus în nume cu sufixul „il”, iar celălalt cu sufixul „id”. De exemplu, bifurcoza VIII conform acestei nomenclaturi se numește 1,6-bis-O-( β -D-fructofuranozil)- β -D-fructofuranozil- α -D-glucopircozid. Un alt sistem de nomenclatură, util în principal pentru oligozaharidele cu catenă liniară, presupune scrierea denumirilor resturilor de glicozil în rând, începând cu capătul nereducător. Între ele, numerele sunt plasate în paranteze indicând numărul de grupări hidroxil legate printr-o legătură glicozidică. Aceste numere sunt legate printr-o săgeată direcționată de la hidroxil hemiacetal la cel alcoolic. Cuvântul rădăcină în acest caz este numele legăturii de restaurare. Conform acestui sistem, se numește maltotrioza II α- D-glucopiranozil-(1→4 )-α- D-glucopiranozil-(1→4)-D-glucoză. Uneori există și nume de oligozaharide care folosesc elemente ale ambelor sisteme de nomenclatură. În plus, multe oligozaharide au denumiri banale. .3 Izvoare naturale oligozaharide
În stare liberă, oligozaharidele sunt cel mai larg reprezentate în lumea plantelor, unde aparent joacă în primul rând rolul de carbohidrați de rezervă. Reprezentanții caracteristici și cei mai obișnuiți ai oligozaharidelor vegetale sunt oligozaharidele din grupa zaharozei: melecitoza V, bifurcoza VIII, rafinoza IX, gentianoza X, stahioza XI etc. Moleculele acestor compuși se bazează pe un fragment de zaharoză, ai cărui hidroxili alcoolici sunt înlocuiți cu reziduuri ale altor monozaharide, cel mai adesea D-fructoză, D-glucoză și D-galactoză. Aparent, aceste oligozaharide sunt strâns legate biogenetic de unele clase de polizaharide vegetale, de exemplu, fructanii, deoarece lanțurile de carbohidrați ale acestora din urmă se termină adesea cu un fragment de zaharoză. Grupul de oligomeromologi ai zaharozei include câteva dizaharide importante formate prin hidroliza parțială a acestor oligomeri. Acestea includ gentiobioza XII, obținută prin hidroliza gentianozei și a unui număr de glicozide naturale, melibioza XIII (din rafinoză), turanoza XIV (din melecitoză) și altele. Cele mai multe dintre ele se găsesc și în plante în stare liberă. Pe lângă binecunoscuta lactoză X, un grup de oligozaharide înrudite care conţin un reziduu de lactoză a fost găsit în laptele uman şi de vacă. Acești compuși includ de obicei D-glucoză, D-galactoză, N-acetil-D-glucozamină și L-fucoză. Unele oligozaharide din acest grup conțin și un rest de acid D-manoză și D-neuraminic. Unul dintre cei mai complexi reprezentanți ai acestui grup, a cărui structură a fost pe deplin stabilită, este lacto-N-difucohexaoza II (XV), izolat din laptele uman: dezvoltarea mamiferelor, deoarece acestea participă la formarea florei intestinale a nou-născuților, necesară pentru o digestie normală. În plus față de aceste două grupuri clar definite de oligozaharide naturale, o serie de alți reprezentanți ai acestei clase au fost izolați din organismele vii, care în prezent nu pot fi combinate în niciun grup caracteristic pe baza caracteristicilor chimice sau biogenetice. Cea mai importantă sursă de oligozaharide sunt produsele hidrolizei parțiale a polizaharidelor, care constă în descompunerea polizaharidelor în fragmente oligomerice. Stabilirea structurii acestor fragmente dă Informații importante despre structura polimerului original. Când homopolizaharidele obișnuite sunt scindate, se obține un set de oligomeromologi cu o structură de unitate monozaharidă repetată. Produșii hidrolizei parțiale a celor mai importante polizaharide neramificate formează familii de homooligozaharide neramificate (dextrine). Acești compuși au jucat un rol major în dezvoltarea chimiei oligozaharidelor, deoarece structura lor regulată și disponibilitatea unor seturi destul de complete de oligomeromologi au făcut posibilă urmărirea modelelor de modificări ale multor proprietăți fizice și chimice ale oligozaharidelor în funcție de gradul de polimerizare. Cel mai grupuri importante astfel de oligozaharide sunt oligomeromologi ai maltozei (maltodextrine XVI, celobioze (celodextrine XVII), laminaridextrine XVIII, xilodextrine XIX, manodextrine XX, inulodextrine XXI etc. din laminarin și nulodextrine - din inulină și etc.) Este caracteristic faptul că reprezentanții inferiori ai majorității grupurilor de oligomeromologi enumerate se găsesc în natură în stare liberă. Cu hidroliza parțială a polizaharidelor ramificate și heteropolizaharidelor, de regulă, amestecuri complexe oligozaharide, foarte diverse ca structură și greutate moleculară. Majoritatea oligozaharidelor cunoscute în prezent au fost izolate din astfel de hidrolizate. Nu există nicio îndoială că, în viitor, hidroliza parțială a polizaharidelor complexe va servi ca o sursă inepuizabilă de noi oligozaharide. Regularitățile structurii oligozaharidelor obținute în acest fel sunt strâns legate de structura polizaharidelor inițiale, ceea ce determină locurile preferate pentru scindarea lanțului polizaharidic. Ca exemplu, vom da aici doar foarte grup caracteristic compuși precum acizii aldobiouronici. Legăturile glicuroizidice sunt mult mai rezistente la hidroliza acidă decât legăturile glicozidice ale aldozelor neutre. Prin urmare, atunci când se studiază polizaharidele care conțin acizi uronici, este posibil să se selecteze condițiile în care are loc hidroliza tuturor legăturilor glicozidice, cu excepția celor glicuronozide. Produșii unei astfel de hidrolize, împreună cu monozaharidele, sunt dizaharide, la capătul nereducător al cărora se află reziduuri de acizi uronici (acizi aldobiouronici). Pe lângă separarea de material naturalși hidroliza parțială a polizaharidelor, oligozaharidele se obțin și prin sinteză enzimatică sau microbiologică. Cei mai interesanți și unici reprezentanți ai acestui grup sunt așa-numitele dextrine Schardinger, care se formează în timpul hidrolizei amidonului de către enzimele produse de microorganismele Bacillus macerans. Acestea sunt oligozaharide ciclice având formula generală XXIV: Astfel, majoritatea oligozaharidelor cunoscute în prezent au, direct sau indirect, origine naturală. Sinteza chimică a oligozaharidelor ca sursă de noi compuși din această clasă joacă încă un rol subordonat. .4 Proprietăţile oligozaharidelor
Proprietăți fizice.Majoritatea oligozaharidelor sunt solubile în apă, ușor solubile în alcooli inferiori și practic insolubile în alți solvenți obișnuiți, cu excepția dimetilformamidei, formamidei și dimetilsulfoxidului. La temperaturi ridicate oligozaharidele inferioare sunt solubile în acid acetic și piridină. Unele oligozaharide obișnuite neramificate mai mari, cum ar fi celodextrinele, sunt greu de dizolvat în apă, iar solubilitatea lor scade rapid odată cu creșterea greutății moleculare. Oligozaharidele sunt solide sau siropuri necristalizante. Obținerea oligozaharidelor reducătoare în stare cristalină este adesea dificilă, deoarece în soluție acești compuși reprezintă un amestec de echilibru de tautomeri. Solvenții preferați pentru cristalizarea oligozaharidelor sunt apa, alcoolii inferiori și acidul acetic. Ultimul solvent este eficient în special pentru oligozaharidele reducătoare mai mici, deoarece în acidul acetic echilibrul mutarotațional se stabilește rapid, ceea ce accelerează foarte mult și facilitează cristalizarea. Ca și monozaharidele, oligozaharidele reducătoare cristalizează de obicei ca un anomer specific. Atât oligozaharidele amorfe, cât și cele cristaline se topesc adesea într-un anumit interval de temperatură și, de regulă, cu descompunere. Proprietăți chimice și derivați.Cele mai importante reacții ale oligozaharidelor, precum hidroliza, alchilarea, relația cu agenți oxidanți și reducători specifici sau cu enzime, sunt studiate și utilizate în procesul de stabilire a structurii acestor compuși și sinteza lor. Aceste probleme sunt abordate în următoarele două capitole, așa că aici ne vom concentra doar pe cele mai multe caracteristici generale comportamentul chimic al oligozaharidelor. Comportamentul chimic al oligozaharidelor constă din proprietățile unității reducătoare (dacă este prezentă), care conține substituenți în anumite poziții și din proprietățile reziduurilor glicozilice corespunzătoare legate prin legături glicozidice. Comportamentul acestuia din urmă este în general similar cu alchilglicozidelor inferioare corespunzătoare. Cea mai caracteristică reacție caracteristică tuturor oligozaharidelor este hidroliza lor acidă, care are ca rezultat scindarea legăturilor glicozidice și formarea de monozaharide. În general, mecanismul acestei reacții și modelele sale sunt similare cu hidroliza O-alchilglicozidelor. Diferențele subtile în ratele de hidroliză ale diferitelor tipuri de legături glicozidice în oligozaharide sunt de mare importanță în determinarea structurii acestor compuși. Oligozaharidele reducătoare prezintă reacții caracteristice ale funcției carbonilului în aceeași măsură în care este caracteristică monozaharidelor corespunzătoare: ele mutarotează în soluții, sunt oxidate la acizi aldonici și reduse la polioli, formează osazone și alți derivați tipici ai grupării carbonil; derivații lor la centrul glicozidic se caracterizează prin stereoizomerie, caracteristică derivaților similari ai monozaharidelor etc. Cu toate acestea, prezența unei legături glicozidice în molecula de oligozaharide reducătoare impune anumite restricții asupra posibilității de desfășurare a unor reacții ale acestor compuși. Astfel, sinteza directă a mercaptalilor oligozaharide este asociată cu dificultăți semnificative, deoarece această reacție are loc în medii puternic acide, determinând clivajul legăturilor glicozidice. Complicații similare apar în sinteza Fischer a glicozidelor din oligozaharide reducătoare, deși derivați de forme furanoze de oligozaharide reducătoare pot fi obținuți în acest fel. Diferențe semnificative în comportamentul oligozaharidelor reducătoare și al monozaharidelor corespunzătoare apar în cazurile în care substituentul (lanțul de oligozaharide) la unitatea reducătoare a oligozaharidei împiedică formarea uneia sau alteia forme ciclice a unității reducătoare. De exemplu, lactoza I sau celobioza XXV nu pot produce derivați cu forma furanozică a glucozei, în timp ce în leucoza XXVI și derivații ei restul de fructoză poate fi doar sub formă de piranoză, ceea ce în general nu este foarte caracteristic acestei monozaharide. Aspectul chimic al oligozaharidelor nereducătoare constă în comportamentul reziduurilor glicozilice corespunzătoare și, în general, nu are caracteristici specifice, cu excepția capacității de hidroliza. Pentru oligozaharide au fost sintetizate principalele tipuri de derivați caracteristici monozaharidelor, deși în general numărul acestor derivați este destul de limitat. Aceștia sunt în principal acetați completi, acetohalogenoze, metil și benzil glicozide și acetații lor completi. Pentru multe oligozaharide reducătoare s-au obținut osazone și alți derivați, utilizați de obicei pentru identificarea zaharurilor, precum și a produselor de oxidare și reducere a funcției aldehide. Grup special sunt derivați formați în timpul sintezei chimice a oligozaharidelor. Astfel de compuși sunt adesea caracterizați printr-o combinație foarte unică de grupări protectoare care nu pot fi obținute prin nicio altă cale. Studiul relativ redus al derivaților de oligozaharide se explică atât prin disponibilitatea redusă a majorității compușilor din această clasă, cât și prin faptul că în această ramură a chimiei carbohidraților cercetarea sintetică joacă doar un rol subordonat. Capitolul 5. Polizaharide
.1 Nomenclatură și clasificare
Polizaharidele sunt produse de policondensare cu greutate moleculară mare ai monozaharidelor legate între ele prin legături glicozidice și formând lanțuri liniare sau ramificate. Greutatea moleculară a polizaharidelor este relativ mare și poate fi măsurată metode existente numai cu un anumit grad de aproximare; aceasta deosebește polizaharidele de oligozaharide, al căror grad de polimerizare poate fi determinat cu precizie prin metode chimice și fizico-chimice clasice. Polizaharidele pot consta din unul sau mai multe tipuri de monozaharide, iar în funcție de aceasta se disting homo- și heteropolizaharide. Aparent, chiar și cele mai complexe polizaharide rareori conțin mai mult de cinci până la șase monozaharide diferite. Cele mai comune dintre ele includ hexoze - glucoză, galactoză, manoză, pentoze - arabinoză, xiloză. Cetozele din polizaharide sunt mult mai puțin frecvente decât aldozele. Sunt răspândite 6-deoxihexoze - ramnoză, fucoză, zaharuri 2-amino - glucozamină, galactozamină, precum și acizii uronici și acidul neuraminic. În plus, multe polizaharide conțin substituenți non-carbohidrați - reziduuri de acizi sulfuric sau fosforic, acizi organici, de obicei acid acetic. Biopolimerii amestecați conțin componente proteice sau lipidice în plus față de partea de carbohidrați. Complexitatea structurii polizaharidelor și varietatea structurilor cunoscute nu ne permit să creăm un sistem sistematic pentru acestea. nomenclatura chimică. Prenumele de polizaharide au fost derivate din sursa izolării sau în legătură cu unele proprietate caracteristică substanta primita. Acestea sunt denumirile bine stabilite ale celor mai răspândite polizaharide: celuloză, amidon, amiloză, amilopectină, glicogen, inulină, pectină, chitină, heparină, condroitina sau termeni care denotă clase întregi ale acestor compuși, de exemplu, hemicelulozele (polizaharidele care însoțesc celuloza). în peretele celular al plantelor), poliuronide (polizaharide cu predominanță a acizilor uronici în moleculă), mucopolizaharide (polizaharide care conțin aminozaharuri) etc. Ulterior, s-a propus desemnarea polizaharidelor prin înlocuirea sufixului „ose” în numele monozaharidelor corespunzătoare cu „an” (dar nu „ ozan",care reprezintă anhidride de zahăr). Astfel, termenii „polizaharidă” și „glican” sunt sinonimi. Nomenclatura se bazează pe compoziția monozaharidă a polizaharidelor. Astfel, se disting homo- și heteroglicanii, iar D-glucanul este un polimer construit numai din resturi de D-glucoză, D-galacto-D-manoglicanul este o polizaharidă (diglican) care conține resturi de D-galactoză și D-manoză etc. O rafinare suplimentară a nomenclaturii este posibilă dacă structura polizaharidelor este studiată mai detaliat, de exemplu, se disting homoglicanii liniari și ramificati, α- Și β- glucani, etc. Pentru a descrie un număr mare de polizaharide cunoscute în prezent, este necesar să alegeți unul sau altul sistem de clasificare. Deoarece o clasificare strictă după structura chimică sau rolul biologic nu este posibilă din cauza lipsei de date cuprinzătoare pentru multe polizaharide, polizaharidele sunt cel mai adesea clasificate în funcție de sursele de izolare, în ciuda faptului că aceeași polizaharidă poate fi obținută din surse complet diferite. Această clasificare face posibilă împărțirea polizaharidelor naturale în trei grupe mari: fitopolizaharide, polizaharide ale microorganismelor și zoopolizaharide, în cadrul cărora divizarea ulterioară se efectuează parțial în funcție de sursele de izolare și parțial în funcție de structura chimică a polizaharidelor. .2 Polizaharide în natură
Polizaharidele formează cea mai mare parte a materiei organice de pe Pământ. Cea mai mare parte a greutății uscate a plantelor terestre superioare și a algelor este în polizaharide; o cantitate ceva mai mică, deși foarte semnificativă de polizaharide îndeplinește funcții ale scheletului, oferind rigiditate celulelor sau agregatelor acestora. Aceste polizaharide includ celuloza și chitina, cele două substanțe organice cele mai comune în natură. Celuloza este principalul material structural al plantelor, deși unele bacterii și nevertebrate o pot sintetiza și ele. Chitina este componenta principală a scheletului artropodelor și face parte, de asemenea, din pereții celulari ai ciupercilor. O serie de alte polizaharide participă, de asemenea, la construcția pereților celulari ai plantelor: mananele fungice, hemicelulozele și substanțele pectinice ale plantelor superioare. Algele marine diferă semnificativ de plantele terestre în compoziția polizaharidă a pereților lor celulari, care este, fără îndoială, asociată cu condițiile specifice ale habitatului lor. Componente caracteristice alge sunt polizaharide esterificate cu acid sulfuric - agar, caragenan, fucan, galactani și o serie de sulfați mai complecși de heteropolizaharide. La vertebrate funcții de suport efectuează sulfați de condroitină și mucopolizaharide înrudite țesut conjunctiv. Pereții celulari bacteriile sunt construite din glicoproteine complexe. O alta cea mai importanta functie polizaharidele este utilizarea lor de către celulele vii ca rezerve de energie, dacă este necesar, ușor de transformat în monozaharide, servind drept sursă directă de energie. A cruta nutrienți includ polizaharide asemănătoare amidonului - amiloza și amilopectina, care alcătuiesc amidonul plantelor superioare, și glicogenul animalelor și un număr de plante inferioare. Ceva mai puțin frecvente sunt fructanii sintetizați de plante și bacterii superioare. Pe lângă polizaharidele asemănătoare amidonului, laminarina și, eventual, mananul sunt substanțele de rezervă ale algelor marine. Este în general acceptat că mucilagiile conținute în semințele plantelor superioare reprezintă și o rezervă de energie. Din păcate, rolul biologic al majorității polizaharidelor nu a fost încă stabilit. Deși formarea gingiilor este de obicei asociată cu deteriorarea țesutului vegetal, o elucidare detaliată a funcției gingiilor și mucilagiilor din plante este încă o chestiune de viitor. Polizaharidele extracelulare (capsulare) ale bacteriilor aparent protejează celulele de nefavorabile influente externe; Se știe că formele neîncapsulate de bacterii suferă fagocitoză mult mai ușor. Mucopolizaharidele animale nu numai că formează pereții celulari sau conectează celulele între ele, ci sunt strâns asociate cu toate tipurile de mișcare a părților corpului, unde servesc drept „lubrifiant”. Acestea sunt funcțiile mucoizilor din plasma sanguină, urină, lichid sinovial, mucine ale tractului digestiv etc. Glicoproteinele cu o structură foarte complexă, așa-numitele substanțe de grup sanguin, sunt conținute în membranele globulelor roșii, precum și în alte celule și fluide secretoare ale organismelor și determină apartenența lor la grup. Glicoproteinele din organismul animal sunt direct legate de fenomenele de fertilizare, imunitate și specificitatea tisulară. Există toate motivele pentru a presupune participarea glicoproteinelor la formarea membranelor celulare. Rând stări patologiceînsoţită de modificări ale conţinutului sau proprietăţilor glicoproteinelor. În ultima vreme totul este Mai mult proteinele, inclusiv enzimele, găsesc componente de carbohidrați. Toate acestea explică interesul enorm manifestat de chimiști și biochimiști față de acești biopolimeri complecși. .3 Proprietăţile polizaharidelor
Greutățile moleculare ale polizaharidelor naturale variază de la câteva mii la câteva milioane. Natura macromoleculară a acestor compuși lasă o amprentă foarte semnificativă asupra proprietăților lor fizice și chimice. Datorită dimensiunii mari a moleculelor și flexibilității lanțurilor moleculare, soluțiile de polimeri diferă puternic în proprietățile lor de soluțiile de compuși cu greutate moleculară mică. ÎN caz general o moleculă de polimer dizolvată poate fi reprezentată ca o bilă liberă încolăcită aleatoriu care leagă o cantitate mare de solvent. Volumul unei astfel de bobine poate fi de multe ori mai mare decât volumul intrinsec al macromoleculei. Prin urmare, chiar și în soluțiile relativ diluate de polimeri, moleculele se află în raza de interacțiune între ele, ceea ce implică abateri mari de la proprietățile soluțiilor ideale, valori mari de vâscozitate etc. Solubilitatea polizaharidelor este determinată de natura chimică a moleculelor lor, care sunt foarte polare datorită numărului mare de grupări hidroxil libere. Așa se explică faptul că polizaharidele, de regulă, sunt solubile în apă, mult mai puțin solubile în dimetil sulfoxid, formamidă, dimetilformamidă și practic insolubile chiar și în metanol și etanol, ca să nu mai vorbim de solvenți organici mai puțin polari. Pentru polizaharide, cel mai comun tip de interacțiune intermoleculară este formarea de legături de hidrogen intermoleculare, iar în acest caz, gradul de ordonare a structurii lor are un impact enorm asupra proprietăților polizaharidelor. Astfel, celuloza și chitina, care au o structură stereoregulată și o conformație liniară a moleculelor, sunt insolubile în apă și se umflă doar puțin în ea, deoarece energia interacțiunii intermoleculare pentru acești compuși depășește semnificativ energia hidratării. Chiar și celodextrinele cu greutate moleculară relativ mică sunt slab solubile în apă, în timp ce polizaharidele ramificate, care nu au o structură cvasicristalină, de obicei se dizolvă ușor la greutăți moleculare de ordinul a câteva milioane. Asocierea polizaharidelor în soluții se datorează cel mai adesea și legăturilor de hidrogen intermoleculare; uneori apare în timp şi duce la structurare şi formarea unor forme insolubile care precipită din soluţie. Acest fenomen se numește retrogradare a soluțiilor. Solubilitatea polizaharidelor este puternic influențată de săruri anorganice, pH-ul mediului, etc. Sărurile prezente în soluție provoacă adesea distrugerea legăturilor de hidrogen și o creștere a solubilității polizaharidelor; concentratii mari sărurile, dimpotrivă, reduc hidratarea moleculelor de polizaharide și duc la pierderea polizaharidelor din soluții. Pentru polizaharidele care sunt polielectroliți (acizi poliuronici, sulfați de polizaharide), există caracteristici suplimentare interacțiunea intermoleculară datorată forțelor electrostatice; acest lucru explică aparent insolubilitatea în apă a sărurilor lor cu cationi polivalenți. O reticulare intermoleculară similară în cazul polizaharidelor neutre poate fi cauzată de agenți de complexare, de exemplu, ionii divalenți de cupru. ÎN mediu acid astfel de săruri și complecși sunt distruse și polizaharidele intră în soluție. În general, totuși, polizaharidele se dizolvă mai bine într-un mediu alcalin decât într-un mediu neutru sau acid, deoarece efectul alcalin este redus la ionizare parțială și, ca urmare, la o mai bună hidratare a moleculelor de polizaharide. Idei similare despre interacțiunile intermoleculare ajută la explicarea proprietăților mecanice atât ale polizaharidelor în sine (tendința de a forma pelicule sau fire, rezistența acestora), cât și soluțiile lor (vâscozitatea, tendința de a forma geluri). De regulă, polizaharidele pot fi obținute în stare solidă sub formă de pulberi amorfe. Singura constantă fizică folosită în practica de zi cu zi pentru caracterizarea polizaharidelor este rotația specifică a planului de polarizare prin soluții de polizaharide, a cărei determinare în unele cazuri ne permite să tragem concluzii importante despre stereochimia legăturilor glicozidice dintr-o polizaharidă. Natura macromoleculară a polizaharidelor are, de asemenea, o influență puternică asupra proprietăților lor chimice. Deși, în general, moleculele de polizaharide conțin o grupare aldehidă terminală, „gravitatea specifică” a acestei funcții în molecula de polimer este foarte mică, iar proprietățile reducătoare pot fi găsite numai în polizaharidele cu o greutate moleculară relativ mică. Legăturile glicozidice care leagă unitățile de monozaharide între ele sunt sensibile la acțiunea acizilor, astfel încât tratamentul polizaharidelor cu acizi determină depolimerizarea acestora. Principala grupă funcțională a polizaharidelor este gruparea hidroxil, iar transformările acestei grupe - în primul rând producția de eteri și esteri și oxidare - joacă un rol foarte important atât în stabilirea structurii, cât și în uz practic polizaharide. Este interesant de observat cât de puternic diferă eterii și esterii polizaharidelor de polizaharidele libere în proprietăți fizice. Acești esteri sunt slab solubili în apă, ușor solubili în solvenți organici, iar în derivații de acest tip nu există o interacțiune intermoleculară puternică, deoarece nu există posibilitatea de formare a legăturilor de hidrogen. Alte grupări funcționale găsite în polizaharide pot participa, de asemenea, la transformări comune. Astfel, grupările carboxil ale acizilor uronici pot fi esterificate, reduse, grupările amino ale zaharurilor amino pot fi acilate etc. Caracteristici generale reacțiile polizaharidelor asociate cu natura lor polimerică reprezintă dificultatea de a obține caracterul complet al reacției pentru toți grup functional macromolecule și dificultatea de a efectua reacții selective, cu excepția cazului în care grupele de reacție diferă foarte mult în reactivitate. Capitolul 6. Identificarea, analiza purității și cuantificarea preparatelor carbohidrate
.1 Determinarea autenticității
Autenticitatea glucozei și a lactozei este determinată prin încălzirea soluțiilor de preparate cu reactiv Fehling până la fierbere. În acest caz, glucoza formează un precipitat roșu cărămidă de oxid de cupru (I). Lactoza în aceleași condiții dă un precipitat galben care devine roșu maroniu. Când acționează asupra glucozei, zaharozei și lactozei soluție de amoniac Nitratul de argint produce un precipitat negru de argint. Zaharoza, spre deosebire de glucoză și lactoză, nu reduce reactivul Fehling. Pentru a testa autenticitatea, soluțiile de azotat de cobalt și hidroxid de sodiu sunt adăugate succesiv la o soluție de zaharoză (1:2). Apare o culoare violet. Soluțiile de glucoză și lactoză formează fenilhidrazone precipitate cu fenilhidrazină. La încălzirea ulterioară într-o baie de apă, colorată galben ozazone. Zaharoza nu dă reacție pozitivă cu fenilhidrazină. Ozazonele au temperatura caracteristica topire. Glucoza interacționează cu trei molecule de fenilhidrazină: Sub influența acizilor minerali sau a acidului oxalic, monozaharidele și dizaharidele sunt transformate atunci când sunt încălzite într-o eprubetă pe flacăra unui arzător în furfural sau derivații săi (dizaharidele sunt mai întâi hidrolizate în monozaharide). Din hexoze (glucoză) se formează hidroximetil furfural, iar din pentoze (fructoză) - furfural: Furfuralul sau hidroximetilfurfuralul, fiind compuși volatili, interacționează cu anilina sau novocaina depuse pe hârtie de filtru, care este acoperită cu o eprubetă. În primul rând, se formează baze Schiff, care au o culoare galben deschis, apoi se deschide ciclul furanului și se obține un colorant yolimetinic - un derivat al aldehidei oxiglutaconice (culoare zmeură-violet): Se formează carbohidrați soluție alcoolică α- naftol și compuși concentrați ai acidului sulfuric de structură chinoidă, vopsiți în culoare roșu-violet. Reacția se bazează și pe formarea de furfural sau hidroximetilfurfural, care se condensează cu α- naftol într-un compus chinoid triarilmetan. Acest grup ar trebui să includă, de asemenea, reacții de culoare care dau mono- și dizaharide cu alți fenoli. Când este încălzit cu mai multe cristale de rezorcinol și acid clorhidric diluat, zahărul din lapte formează o culoare galbenă, iar zaharoza o culoare roz. La amestecarea cristalelor de glucoză și timol, după adăugarea acidului sulfuric concentrat, apare o culoare roșu închis. Produșii de condensare colorați se obțin prin interacțiunea monozaharidelor (sau dizaharidelor hidrolizate) cu o soluție de antronă în acid sulfuric concentrat: Apare o culoare verde, transformându-se treptat în albastru-verde. O reacție de culoare cu soluție de clorură de trifeniltetrazoliu 0,5% în prezența soluției de hidroxid de sodiu la încălzire dă glucoză și alte zaharuri reducătoare. Apare un precipitat roșu de trifenilformazan: Când se adaugă și se alcalinizează o soluție de sulfat de cupru, glucoza formează un compus complex violet-albastru. Această reacție dovedește simultan prezența ambelor grupări hidroxil și aldehidă (reducerea cuprului la stație). Prezența grupărilor hidroxil poate fi demonstrată și printr-o reacție de acetilare. Un indicator al calității preparatelor cu carbohidrați este rotația specifică a soluțiilor, care caracterizează activitatea optică. Pentru a stabili rotația specifică, glucoza este pre-uscata la 100-105°C până la greutate constantă. Unghiul de rotație al glucozei și zahărului din lapte este măsurat cu ajutorul unui polarimetru după adăugarea preliminară a două picături de soluție de amoniac la soluția de testat. Acest lucru accelerează procesul de mutarotație. Este asociată cu stabilirea echilibrului în formarea a doi epimeri: 64% alfa-D(+)-glucoză și 36% beta-D(+)-glucoză. Aceasta creează o valoare medie a rotației specifice a soluției de glucoză egală cu +52,5° (GF permite 51,5-53,0°). Procesul de epimerizare a zahărului din lapte se desfășoară în mod similar. Sub influența acizilor sau a enzimei invertaza, zaharoza este hidrolizată. Amestecul rezultat de D-glucoză și D-fructoză se numește zahăr invertit. Acest amestec este levogitor, deoarece proprietățile sale optice se formează datorită rotației specifice a glucozei (4-52,5°) și fructozei levogitoare (-93°). .2 Cuantificare
Cuantificare Preparatele de glucoză, lactoză și zaharoză nu sunt prevăzute în documentația tehnică. Cu toate acestea, aceste substanțe pot fi cuantificate folosind diferite metode. O metodă similară poate fi utilizată pentru determinarea lactozei. Una dintre metodele titrimetrice pentru analiza monozaharidelor și dizaharidelor se bazează pe utilizarea reactivului Fehling. Se adaugă la o probă de medicament într-o cantitate măsurată cu precizie, iar apoi restul cationului de cupru (II) neconsumat pentru oxidare este determinat iodometric. Din diferență, ei calculează cât de mult cupru redus se obține și, în consecință, care este conținutul de glucoză sau lactoză. Zaharoza trebuie inversată înainte de determinare. Metoda polarimetrică pentru determinarea zaharurilor se bazează pe măsurarea unghiului de rotație al unui fascicul polarizat. Unghi de rotație a (în grade), măsurat pe un polarimetru și rotație specifică [a] D sunt legate prin ecuația: [a] D = 100 a/lc. Cunoscând rotația specifică, lungimea tubului l și măsurând unghiul de rotație, puteți calcula fracția de volum c (%) folosind formula: Conținutul de zaharoză este determinat cu ajutorul unui polarimetru. În acest scop, se prepară o soluție apoasă care conține aproximativ 26 g zaharoză (cântărit exact). O condiție prealabilă este respectarea strictă regim de temperatură(20°C) când se aduce volumul de soluție la semn într-un balon cotat de 100 ml. Dacă este necesar, soluția este filtrată, plasată într-un tub de 2 dm lungime și se fac citiri la polarimetru. Fracția de volum a zahărului c (%) în materie de substanță uscată se calculează folosind formula: unde b este pierderea în greutate în timpul uscării, %. Depozitați preparatele cu carbohidrați în recipiente bine închise la temperatura camerei. Glucoza în soluții apoase se oxidează în timpul depozitării, soluțiile de zaharoză și zahăr din lapte se hidrolizează treptat pentru a forma monozaharide. De asemenea, trebuie luată în considerare higroscopicitatea zaharurilor. Glucoza este folosită pentru diverse boli inima, ficatul, șoc, colapsul ca sursă de nutriție ușor digerabilă de către organism, îmbunătățind funcțiile diferitelor organe. Glucoza se prescrie pe cale orală (0,5-1,0 g), intravenos până la 20-50 ml soluție 40%. Zaharoza și zahărul din lapte sunt folosite în practica farmaceutică ca umpluturi la prepararea tabletelor și pulberilor. Siropurile sunt preparate din zaharoză și folosite ca corector. Amidonul (Amylum) este, de asemenea, utilizat în practica farmaceutică. Este un amestec de polizaharide cu formula generală (C6H10O5)x. Molecula de amidon include reziduuri de α-D-glucopiranoză, care diferă unele de altele prin gradul de polimerizare și natura legăturilor. Polizaharidele care alcătuiesc amidonul pot fi împărțite în două fracții: amiloză și amilopectină. Amidonul este obținut din grâu, porumb și cartofi. Este o pulbere albă, inodoră, fără gust, insolubilă în apă rece, alcool și eter. Amidonul este folosit ca umplutură la fabricarea tabletelor. Când se toarnă în 100 ml apă clocotită cu amestecare constantă a unui amestec de amidon și apă (1:5) și apoi fierbe timp de 2-3 minute, se formează o pastă albicioasă ușor transparentă cu o nuanță albăstruie a unei reacții neutre sau ușor acidă. . Adăugând 1 picătură de soluție de iod 0,5% la pasta de amidon răcită, apare o culoare albastră. Pasta de amidon este folosită ca indicator în titrarea iodometrică. Capitolul 7. Partea experimentală
.1 Metoda de analiză
Soluție de glucoză 5%, Solutio Glucosi 5% Compus: · Glucoză anhidră - 50 g · soluţie de acid clorhidric 0,1 N - până la pH 3,0-4,0 · Clorura de sodiu - 0,26 g · Apă pentru preparate injectabile - până la 1 l Soluția se filtrează, se toarnă în fiole de sticlă neutră de 10, 20, 25 sau 50 ml și se sterilizează cu abur curgător la 100° timp de 60 de minute sau cu abur saturat la 119-121° timp de 5-7 minute. Descriere.Lichid transparent incolor sau ușor gălbui. Autenticitate.La 1 ml de medicament se adaugă 5 ml de reactiv Fehling și se încălzește până la fierbere; Se formează un precipitat roșu cărămiziu. Cromaticitatea.Culoarea preparatului nu trebuie să fie mai intensă decât standardul nr. 5a. pH3,0-4,0.
Testul de pirogenitate.Cantitatea de soluție 5% administrată este de 10 ml la 1 kg greutate animală. Soluțiile mai concentrate sunt diluate cu apă apirogenă până la 5%. Pe prisma refractometrului se aplică câteva picături de apă, iar pe scară se găsește indicele de refracție. Ștergeți prisma uscată, aplicați câteva picături de soluție de testare pe ea și găsiți indicele de refracție, care este determinat de 3-4 ori, luând de fiecare dată o nouă porție de medicament. Pentru calcul, luați media tuturor determinărilor. unde n este indicele de refracție al medicamentului; n0 este indicele de refracție al apei; 00142 - cantitatea de creștere a indicelui de refracție cu o creștere a concentrației de glucoză cu 1% .2 Rezultatele analizei
Nume și forma de dozare medicament Indicator Nr. Metoda de cercetare Rezultat Soluție de glucoză 5% Identitate 1 La 1 ml de medicament se adaugă 5 ml de reactiv Fehling și se încălzește până la fierbere; se formează un precipitat roșu cărămidă. Corespunde unei soluții de glucoză 5 %. Autenticitate. 2 Culoarea preparatului nu trebuie să fie mai intensă decât standardul nr. 5a. Corespunde unei soluții de glucoză 5 %. plasat lângă refractometru într-un vas cu apă. la o temperatură de 20° timp de 30 de minute. Apa la o temperatură de 20° este trecută prin refractometru timp de 30 de minute înainte și în timpul determinării. Pe prisma refractometrului se aplică câteva picături de apă, iar pe scară se găsește indicele de refracție. Ștergeți prisma uscată, aplicați câteva picături de soluție de testare pe ea și găsiți indicele de refracție, care este determinat de 3-4 ori, luând de fiecare dată o nouă porție de medicament. Pentru calcul, luați media tuturor determinărilor. Conținutul C 6N 12DESPRE 6în 1 ml de medicament, în consecință, ar trebui să existe 0,0485-0,0515 g; Corespunde concluzii
Carbohidrații, care includ și zaharuri, sunt larg răspândiți în natură; Ele fac parte din organismele vegetale și animale și joacă un rol important în viața lor. Carbohidrații sunt o sursă de energie în natura vie și un material de construcție pentru plante și unele țesuturi animale. Se presupune că carbohidrații sunt precursori biologici ai celorlalte două componente floră- proteine si grasimi. În orice caz, factorii de creștere precum vitaminele, acidul ascorbic și inozitol sunt, de asemenea, similari ca structură cu carbohidrații. Denumirea carbohidrați se datorează faptului că multe zaharuri corespund compoziției C nN 2n DESPRE n
Rolul biologic al carbohidraților - secțiunea Chimie, BIOCHIMIE. PROTEINE. AMINOACIZI -- COMPONENTE STRUCTURALE ALE PROTEINELOR Rolul biologic al carbohidraților: 1. Energie. Cu oxid...
ROLUL BIOLOGIC AL CARBOHIDRATILOR:
1. ENERGIE.
Când 1 g de carbohidrați este oxidat la produse finale(CO2 și H2O) Se eliberează 4,1 kcal de energie. Carbohidrații reprezintă aproximativ 60-70% din total continutul zilnic de calorii alimente. Necesar zilnicîn carbohidrați pentru un adult cântărind în medie 60-70 kg este de aproximativ 400-500 g.
2. STRUCTURALE.
Carbohidrații sunt folosiți ca material de construcții pentru formarea componentelor structurale ale celulelor (glicolipide, glicoproteine, heteropolizaharide ale substanței intercelulare).
3.REZERVA. Carbohidrații sunt depozitați în celule sub formă de glicogen polizaharid de rezervă.
4. PROTECTOR.
Glicoproteinele participă la formarea anticorpilor. Acid hialuronic, fiind parte a țesutului conjunctiv, împiedică pătrunderea substanțe străine. Heteropolizaharidele sunt implicate în formarea secrețiilor vâscoase care acoperă membranele mucoase tractului respirator, tractului urinar, tubul digestiv, protejându-le de deteriorare.
5. REGLEMENTARE.
Unii hormoni hipofizari glanda tiroida sunt glicoproteine. Prostanoizii și leucotrienele sunt formate din acizi grași superiori polinesaturați și sunt regulatori metabolici.
6. Participați la procesele de recunoaștere a celulelor.
Un rol important îl au acizii sialici și acidul neuraminic.
7. Heteropolizaharidele, facand parte din membranele globulelor rosii, determina grupele sanguine.
8. Participa la procesele de coagulare a sangelui, facand parte din fibrinogen si protrombina. Ele previn coagularea sângelui fiind parte a heparinei.
Sfârșitul lucrării -
Acest subiect aparține secțiunii:
BIOCHIMIE. PROTEINE. AMINOACIZI -- COMPONENTE STRUCTURALE ALE PROTEINELOR
PROTEINE AMINOACIZI COMPONENTE STRUCTURALE ALE PROTEINELOR... PROTEINE... Proteinele sunt compuși organici cu conținut molecular înalt alcătuiți din aminoacizi legați în lanțuri cu...
Dacă aveți nevoie de material suplimentar pe această temă, sau nu ați găsit ceea ce căutați, vă recomandăm să utilizați căutarea în baza noastră de date de lucrări:
Ce vom face cu materialul primit:
Dacă acest material ți-a fost util, îl poți salva pe pagina ta de pe rețelele sociale:
| Tweet |
Toate subiectele din această secțiune:
Mecanismul de acțiune al enzimelor
Conform idei moderne Când o enzimă interacționează cu un substrat, se pot distinge aproximativ 3 etape: Etapa 1 este caracterizată prin difuzia substratului către enzimă.
Cataliza acido-bazică.
Locul activ al enzimei conține grupuri de tipuri acide și bazice. Grupările de tip acid elimină H+ și au o sarcină negativă. Grupurile de tip de bază atașează H+ și au jumătate
A). Ipoteza lui Fisher.
Potrivit acesteia, există o corespondență steric strictă între substrat și centrul activ al enzimei. Potrivit lui Fischer, o enzimă este o structură rigidă, iar substratul este, așa cum ar fi, o turnare a centrului său activ.
Metabolismul carbohidraților
METABOLISMUL GLUCILOR 1. Principalii glucide ai organismului animal, rolul lor biologic. 2. Conversia carbohidraților în organele sistemului digestiv. 3. Biosinteză și degradare
Conversia carbohidraților în tractul digestiv
CONVERSIUNEA GLUCIZILOR ÎN tractul digestiv Principalii carbohidrați din alimentele pentru organismul uman sunt: amidonul, glicogenul, zaharoza, lactoza. Amidon ingerat din alimente
Biosinteza și descompunerea glicogenului
BIOSINTEZA ȘI DISOLUȚIA GLICOGENULUI ÎN ȚESUT. BOLI GLICOGENULUI. S-a constatat că glicogenul poate fi sintetizat în aproape toate organele și țesuturile. Cu toate acestea, cel mai mare sfârșit
Glicoliză anaerobă
Depinzând de stare functionala ale corpului, celulele organelor și țesuturilor pot fi atât în condiții de aprovizionare suficientă cu oxigen, cât și în lipsa acestuia, atunci
Glicoliză aerobă (calea hexoze difosfat)
CALEA HEXOSODIFOSFATULUI. Acest mod clasic catabolismul aerob al carbohidraților în țesuturi are loc în citoplasmă până în stadiul de formare a piruvatului și se termină în mitocondrii cu formarea con.
Calea hexoze monofosfat
CALE HEXOSMONOFOSFAT PENTRU CONVERSIUNEA GLUCOZEI ÎN ȚESUT, CHIMIA REACȚIILOR. Oxidarea glucozei de-a lungul acestei căi are loc în citoplasma celulelor și este reprezentată de două ramuri succesive
Gluconeogeneza
GLUCONEOGENEZĂ Principalele surse de glucoză pentru organismul uman sunt: 1. carbohidrații din dietă; 2. glicogen tisular; 3. gluconeogeneza. GLUCONEOGENEZA este
Principalele lipide ale corpului uman și rolul lor biologic.
LIPIDELE sunt numite complexe materie organică natura biologica insolubil în apă, dar solubil în solvenți organici. LIPIDEle sunt un aliment de bază. Ei p
Digestia lipidelor, resinteza grăsimilor
Digestia lipidelor. LIPIDELE provenite din alimente în cavitatea bucală sunt supuse doar procesării mecanice. Enzimele LIPOLITICE nu sunt produse în cavitatea bucală. Digestia grăsimilor
Lipoproteinele din sânge
LIPIIDELE sunt compuși insolubili în apă, astfel încât transportul lor în sânge necesită purtători speciali solubili în apă. Astfel de forme de transport sunt LIPOPROTEINE.
Oxidarea acizilor grași superiori
Țesut adipos, format din adiposocite, joacă un rol specific în metabolismul lipidelor. Aproximativ 65% din masa țesutului adipos provine din triacilgliceroli (TAG) depuși în acesta - aceștia reprezintă
Biosinteza IVH în țesuturi
Biosinteza IVH are loc în reticulul endoplasmatic al celulelor. IVA înlocuibile (toate saturate și nesaturate, având o legătură dublă) sunt sintetizate în celule din ACETIL-CoA. Conditii pentru bi
Schimbul de colesterol
Schimbul de colesterol. Colesterolul este un precursor în sinteza steroizilor: acizi biliari, hormoni steroizi, vitamina D 3. Colesterolul este o componentă structurală esențială
Digestia proteinelor
Digestia proteinelor în tractului digestiv Proteinele alimentare suferă descompunere hidrolitică sub acțiunea ENZIMELOR PROTEOLITICE (clasa - hidrolaze, subclasa - peptidaze).
Putrerea aminoacizilor, neutralizarea produselor de putrezire
PUTREREA AMINOACIZILOR Aminoacizii care nu sunt absorbiți intră în intestinul gros, unde sunt supuși putregaiului. ROTATIA AMINOACIZILOR este procesul de descompunere a aminoacizilor sub influenta
Metabolismul aminoacizilor
Metabolismul aminoacizilor Sursele de aminoacizi din celulă sunt: 1. proteinele alimentare după hidroliza lor în organele digestive; 2. sinteza aminoacizilor neesentiali;
Modalități de neutralizare a amoniacului
Amoniacul se formează din aminoacizi în timpul descompunerii altor compuși care conțin azot (amine biogene, NUCLEOTIDE). O parte semnificativă de amoniac se formează în intestinul gros în timpul putrezirii. Este aspirat în
Reglarea metabolismului
MOLECULE DE SEMNAL. Principalele sarcini de reglare a metabolismului și a funcțiilor celulare: 1. coordonarea intracelulară și intercelulară a proceselor metabolice; 2. excluderea „inactiv”
Hormonii hipotalamici
HORMONI HIPOTALAMUS HIPOTALAMUL este o componentă și un fel de „canal de ieșire” al sistemului limbic. Acesta este departamentul diencefal, controlând diverși parametri ai locuinței
HORMONI HIPOFIZARI
HORMONI HIPOFIZARI
HORMONI HIPOFIZARI Glanda pituitară este împărțită în lobi anterior (adenohipofiză) și lobi posteriori (neurohipofiză). Hormonii adenohipofizei pot fi împărțiți în 3 grupe în funcție de
Biosinteza iodotironinelor
Sinteza iodotironinelor are loc ca parte a unei proteine - tiroglobulina, care se află în foliculii glandei tiroide. Tiroglobulina este o glicoproteină care conține 115 reziduuri de tirozină. P
Metabolismul lipidelor
În țesutul adipos hepatic, hormonii stimulează lipoliza. Aceste efecte asupra metabolismului carbohidraților și lipidelor sunt asociate cu o creștere a sensibilității celulelor la acțiunea adrenalinei sub influența hormonilor tiroidieni.
Hiposecreția
ÎN copilărie scăderea secreţiei duce la o întârziere în fizică şi dezvoltare mentală(cretinism). La adulți, o manifestare severă a deficitului de hormoni tiroidieni este mixtă
Hipersecreție
Difuz gușă toxică (boala lui Graves) cea mai frecventă boală însoțită de producția crescută de iodotironine. În această boală, dimensiunea glandei tiroide este mărită și p
HORMONI PARATIROIDIENI
Hormonul paratiroidian este sintetizat în glande paratiroideși constă din 84 de resturi de aminoacizi. Hormonul este stocat în granule secretoare. Secreția de PTH este reglată de nivelul de calciu din sânge: când
Hormonii gonadici
Hormonii gonadici natura chimica sunt steroizi. Există: 1. Androgeni; 2. Estrogeni; 3. Progestative.
Hormonii suprarenalieni
Hormoni suprarenali Glandele suprarenale secretie interna, în care corticale și medular. In stratul cortical se sintetizeaza hormonii steroizi, in medulara
Hormoni pancreatici
Hormoni pancreatici Funcţiile pancreasului: · exocrin; · endocrin. Funcția exocrină consta in sinteza si secretia de enzime digestive
Întrebări de examen
FACULTATEA DE FARMACEUTICĂ (DEPARTAMENTUL CORESPONDENȚĂ) Întrebări de examen la chimie biologică pentru studenții anului III (semestrul VI) 1. Biochimie, sarcinile ei. Legătura dintre biochimie și f
Articole similare
-
Când soțul este împotriva copilului, cum să rămâi însărcinată fără știrea lui?
Uneori poți rămâne însărcinată din cauza neglijenței. Pentru a preveni acest lucru, este important să știi cum poți concepe un copil accidental și ce mijloace poți folosi pentru a evita o sarcină nedorită. Tot în acest articol puteți găsi informații despre...
-
Ce pietre și amulete sunt potrivite pentru Taur în funcție de horoscop și data nașterii Talisman de elefant pentru Taur
Aprilie-Mai Taur (21.04 - 20.05) sunt măsurați, nu mofturoși și extrem de productivi! Încăpățânarea lor de invidiat îi poate înnebuni pe alții, dar știu exact ce fac și de ce au nevoie de el. Printre calitățile pozitive...
-
Restricții privind accesul la date în rolurile 1c
Toate setările pentru drepturile utilizatorului pe care le vom face în cadrul acestui articol se află în secțiunea 1C 8.3 „Administrare” - „Setări pentru utilizatori și drepturi”. Acest algoritm este similar în majoritatea configurațiilor pe...
-
1c lansează un client subțire în loc de unul gros
Platforme: 1C:Enterprise 8.3, 1C:Enterprise 8.2, 1C:Enterprise 8.1 Configurații: Toate configurațiile2012-11-16 21362 După cum știți, clienții nu vă permit să selectați o bază de date. Sunt lansate prin specificarea specială...
-
Evidența metodelor cunoscute de furt de electricitate Cum să găsiți cine fură electricitate
Creșterea tarifelor la energie este una dintre trăsăturile izbitoare ale adâncirii crizei economice. În contextul acesteia, furtul de energie electrică și problemele legate de detectarea acesteia devin de o importanță capitală.Metode de depistare a furtului...
-
Caracteristici de instalare a prize și întrerupătoare pe diferite suprafețe
Salutări tuturor cititorilor blogului nostru.Astăzi, dragi cititori, vreau să abordez subiectul cum să instalăm socluri. Această procedură este foarte des solicitată atunci când înlocuiți o priză veche cu una nouă în cazul unei defecțiuni, când...