Introduktion

kolhydrater glykolipider biologiska

Kolhydrater är den allra vanligaste klassen av organiska föreningar på jorden som är en del av alla organismer och som är nödvändiga för livet för människor och djur, växter och mikroorganismer. Kolhydrater är de primära produkterna av fotosyntesen, i kolcykeln fungerar de som en slags brygga mellan oorganiska och organiska föreningar. Kolhydrater och deras derivat i alla levande celler spelar rollen som plast och strukturmaterial, energileverantör, substrat och regulatorer för specifika biokemiska processer. Kolhydrater utför inte bara en näringsfunktion i levande organismer, de utför också stödjande och strukturella funktioner. Kolhydrater eller deras derivat hittades i alla vävnader och organ. De är en del av cellmembranen och subcellulära formationer. Ta del av mångas syntes väsentliga ämnen.

Relevans

För närvarande är detta ämne relevant, eftersom kolhydrater är nödvändiga för kroppen, eftersom de är en del av dess vävnader och utför viktiga funktioner: - de är huvudleverantören av energi för alla processer i kroppen (de kan brytas ner och ge energi även i frånvaro av syre); - nödvändiga för rationell användning av proteiner (proteiner med brist på kolhydrater används inte för det avsedda syftet: de blir en energikälla och deltar i några viktiga kemiska reaktioner); - närbesläktad med fettomsättningen (om du äter för mycket kolhydrater, mer än vad som kan omvandlas till glukos eller glykogen (som deponeras i levern och musklerna), blir resultatet fett. När kroppen behöver mer bränsle omvandlas fettet tillbaka till glukos och kroppsvikten minskar). - särskilt behövs av hjärnan för normalt liv(om muskelvävnad kan lagra energi i form av fettavlagringar så kan hjärnan inte göra detta, den är helt beroende av det regelbundna intaget av kolhydrater i kroppen); - är integrerad del molekyler av vissa aminosyror, är involverade i konstruktionen av enzymer, bildandet nukleinsyror etc.

Konceptet och klassificeringen av kolhydrater

Kolhydrater är ämnen med allmän formel C n (H 2O) m , där n och m kan ha olika betydelser. Namnet "kolhydrater" speglar det faktum att väte och syre finns i molekylerna av dessa ämnen i samma förhållande som i vattenmolekylen. Förutom kol, väte och syre kan kolhydratderivat innehålla andra grundämnen, såsom kväve.

Kolhydrater är en av huvudgrupperna av organiska ämnen i celler. De är de primära produkterna av fotosyntes och de första produkterna av biosyntesen av andra organiska ämnen i växter (organiska syror, alkoholer, aminosyror, etc.), och finns också i cellerna i alla andra organismer. I djurbur innehållet av kolhydrater ligger i intervallet 1-2%, i grönsaker kan det i vissa fall nå 85-90% av torrsubstansmassan.

Det finns tre grupper av kolhydrater:

· monosackarider eller enkla sockerarter;

· oligosackarider - föreningar som består av 2-10 på varandra följande molekyler av enkla sockerarter (till exempel disackarider, trisackarider, etc.).

· polysackarider består av mer än 10 molekyler av enkla sockerarter eller deras derivat (stärkelse, glykogen, cellulosa, kitin).

Monosackarider (enkla sockerarter)

Beroende på längden på kolskelettet (antalet kolatomer) delas monosackarider in i trioser (C 3), tetros (C 4), pentoser (C 5), hexoser (C 6), heptos (C7 ).

Monosackaridmolekyler är antingen aldehydalkoholer (aldoser) eller ketoalkoholer (ketoser). De kemiska egenskaperna hos dessa ämnen bestäms främst av de aldehyd- eller ketongrupper som utgör deras molekyler.

Monosackarider är mycket lösliga i vatten, söta i smaken.

När monosackarider löses i vatten, börjar med pentoser, får en ringform.

De cykliska strukturerna hos pentoser och hexoser är deras vanliga former: i alla det här ögonblicket endast en liten del av molekylerna existerar i form av en "öppen kedja". Sammansättningen av oligo- och polysackarider inkluderar även cykliska former av monosackarider.

Förutom sockerarter, där alla kolatomer är bundna till syreatomer, finns det delvis reducerade sockerarter, varav det viktigaste är deoxiribos.

Oligosackarider

Vid hydrolys bildar oligosackarider flera molekyler av enkla sockerarter. I oligosackarider är enkla sockermolekyler förbundna med så kallade glykosidbindningar, som förbinder kolatomen i en molekyl genom syre till kolatomen i en annan molekyl.

De viktigaste oligosackariderna är maltos (maltsocker), laktos ( mjölksocker) och sackaros (rör- eller betsocker). Dessa sockerarter kallas även disackarider. Genom sina egenskaper är disackarider block till monosackarider. De är mycket lösliga i vatten och har söt smak.

Polysackarider

Dessa är högmolekylära (upp till 10 000 000 Da) polymera biomolekyler, bestående av ett stort antal monomerer - enkla sockerarter och deras derivat.

Polysackarider kan vara sammansatta av monosackarider av en eller olika typer. I det första fallet kallas de homopolysackarider (stärkelse, cellulosa, kitin, etc.), i det andra - heteropolysackarider (heparin). Alla polysackarider är olösliga i vatten och har ingen söt smak. Vissa av dem kan svälla och slem.

De viktigaste polysackariderna är följande.

Cellulosa- en linjär polysackarid som består av flera raka parallella kedjor sammankopplade med vätebindningar. Varje kedja bildas av β-D-glukosrester. Denna struktur förhindrar inträngning av vatten, är mycket rivbeständig, vilket säkerställer stabiliteten hos växtcellmembran, som innehåller 26-40% cellulosa.

Cellulosa fungerar som föda för många djur, bakterier och svampar. De flesta djur, inklusive människor, kan dock inte smälta cellulosa eftersom deras mag-tarmkanal saknar enzymet cellulas, som bryter ner cellulosa till glukos. Samtidigt spelar cellulosafibrer en viktig roll i näringen, eftersom de ger bulk och grov textur till maten, stimulerar tarmens rörlighet.

stärkelse och glykogen. Dessa polysackarider är de huvudsakliga formerna av glukoslagring i växter (stärkelse), djur, människor och svampar (glykogen). När de hydrolyseras bildas glukos i organismer, vilket är nödvändigt för vitala processer.

Kitinbildas av molekyler av β-glukos, där alkoholgruppen vid den andra kolatomen är ersatt av en kväveinnehållande grupp NHCOCH 3. Dess långa parallella kedjor, som cellulosakedjorna, är buntade. Kitin är det huvudsakliga strukturella elementet i leddjurens integument och svamparnas cellväggar.

Funktioner av kolhydrater

Kolhydraternas funktioner är olika, nämligen:

1.De är en hälsosam energikälla, vars frånvaro i kroppen kan leda till svaghet, undernäring, brist på vitaminer och mineraler och överskott - till fetma. Det är viktigt att upprätthålla ett balanserat intag av rätt kombination med proteiner och fetter för att hålla vår kropp ung och livskraftig. Vid nedbrytningen av kolhydrater frigörs glukos i blodet och lagras i levern som glykogen. När bristen på glykogen börjar mobiliseras fetter och aminosyror (splittrade proteiner) för energi. Det är därför de flesta dieter föreslår att man avstår från många typer av mat som ett sätt att aktivera användningen av sina egna reserver. Men vilken fitnessexpert som helst kommer att berätta för dig att det bästa sättet att bränna kalorier och bygga muskler är att äta någon form av kolhydrater (som en halv banan innan ett träningspass). Utan energi fungerar inte ett produktivt träningspass.

2.Nödvändigt för att kompensera centralens behov nervsystem. Normal drift vilket till stor del beror på inkommande glukos. Tillräckligt intag av kolhydrater säkerställer dess korrekta prestanda. Du kanske märker att när du börjar fasta (vid en lågkolhydratdiet) tenderar du att känna dig svag, glömsk, oförmögen att koncentrera dig. Visas generell svaghet, snabb utmattning. Dessa är direkta konsekvenser av brist på glukos i kroppen. Detta tillstånd hemsöker människor som lider av låg nivå blodsocker.

.Ge energi till musklerna. Även för utveckling, funktion och tillväxt muskelfibrer protein behövs, grunden för dessa förändringar läggs på bekostnad av kolhydrater. Endast om de är tillgängliga kan proteiner användas för sitt huvudsakliga syfte - konstruktionssyftet. Uppdelningen av den senare för att täcka livets behov i händelse av brist bekanta produkter, leder till förlust muskelmassa och allmän frustration. Därför, när kolhydratintaget minskar, kommer det till andra beståndsdelar vävnader. För att upprätthålla glykogenförråd och utveckling måste du träna regelbundet. Om du inte får nog fysisk aktivitet, sker nedbrytning.

.Normalisera arbetet mag-tarmkanalen. Kostfibrer (fibrer) finns i alla kolhydrater, i större utsträckning i komplexa. Även om cellulosa inte kan smältas av kroppen på egen hand, ger den bulk som hjälper till att stimulera peristaltiken. Detta underlättar i sin tur avlägsnandet av gifter och elimineringen av slaggprodukter från tarmarna. Avgiftning sker, som ett resultat av att en person känner sig förnyad och fräsch. Dessutom främjar laktos tillväxten av specifika nyttiga bakterier V tunntarm, som orsakar syntesen av vissa grupper av vitaminer, förbättrar kalciumabsorptionen.

.Oxidation (förebyggande av ketos) är en annan viktig funktion. Ketos är ett mycket allvarligt tillstånd som uppstår när en persons kost är fattig på kolhydrater. Sjukdomen leder till förhöjd nivå kemiska substanser(ketoner) i blodomloppet. Mekanismen för fettoxidation är störd. Oxaloättiksyra (en nedbrytningsprodukt av kolhydrater) är nödvändig för oxidationen av acetat, som är en nedbrytningsprodukt av fetter. I sin frånvaro omvandlas acetat till ketonkroppar ackumuleras i kroppen, och personen lider av ett "toxiskt tillstånd". Ketos uppstår vid diabetes och svält när celler behöver använda egna reserver som en källa till styrka. Uttrycket "fett förbränns i kolhydraternas eld" understryker deras betydelse.

.En integrerad tegelsten involverad i ämnesomsättningen och som har en direkt inverkan på alla aspekter av denna komplexa process. Kolhydrater är involverade i syntesen av hormoner, körtelsekretion, reglerar osmotiskt tryck.

Den primära rollen för dessa hjälpare är att säkerställa rätt energinivå i vår kropp. De flesta nutritionister rekommenderar en diet som innehåller 45 till 70 procent kolhydrater för att hålla sig frisk. De måste erhållas från färsk frukt, grönsaker, mjölk, mejeriprodukter och spannmål.

en kort beskrivning av kolhydraters ekologiska och biologiska roll

Genom att sammanfatta ovanstående material relaterat till egenskaperna hos kolhydrater kan vi dra följande slutsatser om deras ekologiska och biologiska roll.

De utför en byggnadsfunktion, både i celler och i kroppen som helhet, på grund av att de är en del av de strukturer som bildar celler och vävnader (detta gäller särskilt för växter och svampar), till exempel cellmembran, olika membran, etc. ., dessutom är kolhydrater involverade i bildningen av biologiskt nödvändiga ämnen som bildar ett antal strukturer, till exempel i bildningen av nukleinsyror som utgör grunden för kromosomer; kolhydrater är en del av komplexa proteiner - glykoproteiner som har visst värde i bildandet av cellulära strukturer och intercellulär substans.

Den viktigaste funktionen hos kolhydrater är den trofiska funktionen, som består i det faktum att många av dem är livsmedelsprodukter från heterotrofa organismer (glukos, fruktos, stärkelse, sackaros, maltos, laktos, etc.). Dessa ämnen, i kombination med andra föreningar, bildar livsmedelsprodukter som används av människor (olika spannmål; frukter och frön från enskilda växter, som inkluderar kolhydrater i sin sammansättning, är mat för fåglar, och monosackarider, som går in i en cykel av olika omvandlingar, bidrar till bildandet av båda sina egna kolhydrater, karakteristiska För given organism och andra organo-biokemiska föreningar (fetter, aminosyror (men inte deras proteiner), nukleinsyror, etc.).

Kolhydrater kännetecknas också av en energifunktion, som består i att monosackarider (särskilt glukos) lätt oxideras i organismer (slutprodukten av oxidationen är CO 2och H 2O), i det här fallet finns det ett urval ett stort antal energi, åtföljd av syntesen av ATP.

De har också skyddande funktion, bestående av det faktum att strukturer (och vissa organeller i cellen) uppstår från kolhydrater som skyddar antingen cellen eller kroppen som helhet från olika skador, inklusive mekaniska (till exempel kitinösa höljen av insekter som bildar yttre skelett, cellmembran från växter och många svampar, inklusive cellulosa, etc.).

En viktig roll spelas av kolhydraternas mekaniska och formande funktioner, som är förmågan hos strukturer som bildas antingen av kolhydrater eller i kombination med andra föreningar att ge kroppen en viss form och göra dem mekaniskt starka; Således skapar cellmembranen i den mekaniska vävnaden och kärlen i xylem en ram (inre skelett) av träig, buskig och örtartade växter, bildar kitin det yttre skelettet av insekter, etc.

Kort beskrivning av kolhydratmetabolism i en heterotrof organism (exempel på en människokropp)

En viktig roll för att förstå metaboliska processer spelar kunskap om de transformationer som kolhydrater genomgår i heterotrofa organismer. I människokroppen kännetecknas denna process av följande schematiska beskrivning.

Kolhydrater i maten kommer in i kroppen genom munnen. Monosackarider i matsmältningssystemet genomgår praktiskt taget inte omvandlingar, disackarider hydrolyseras till monosackarider och polysackarider genomgår ganska betydande omvandlingar (detta gäller de polysackarider som konsumeras av kroppen och kolhydrater som inte är livsmedelsämnen, till exempel cellulosa, vissa pektiner, tas bort från kroppen med pall).

I munhålan maten krossas och homogeniseras (blir mer homogen än innan den kom in i den). Maten påverkas av saliv som utsöndras spottkörtlar. Den innehåller enzymet ptyalin och har en alkalisk miljö, på grund av vilken den primära hydrolysen av polysackarider börjar, vilket leder till bildandet av oligosackarider (kolhydrater med ett litet n-värde).

En del av stärkelsen kan till och med förvandlas till disackarider, vilket kan ses vid långvarigt tuggning av bröd (surt svart bröd blir sött).

Tuggad mat, rikligt behandlad med saliv och krossad av tänder, kommer genom matstrupen i form av en matbolus in i magsäcken, där den utsätts för magsyra med en sur reaktion av miljön innehållande enzymer som verkar på proteiner och nukleinsyror. Nästan ingenting händer i magen med kolhydrater.

Sedan kommer matvällingen in i den första delen av tarmen (tunntarmen), med start tolvfingertarmen. Den tar emot bukspottkörteljuice (bukspottkörtelsekretion), som innehåller ett komplex av enzymer som främjar nedbrytningen av kolhydrater. Kolhydrater omvandlas till monosackarider, som är vattenlösliga och absorberbara. Kostkolhydrater smälts slutligen i tunntarmen, och i den del där villi finns, absorberas de i blodet och kommer in i cirkulationssystemet.

Med blodflödet förs monosackarider till olika vävnader och celler i kroppen, men först passerar allt blod genom levern (där det rensas från skadliga ämnesomsättningsprodukter). I blodet finns monosackarider huvudsakligen i form av alfa-glukos (men andra hexosisomerer, såsom fruktos, är också möjliga).

Om blodsocker mindre än normalt, sedan hydrolyseras en del av glykogenet som finns i levern till glukos. Ett överskott av kolhydrater kännetecknar allvarlig sjukdom mänsklig diabetes.

Från blodet kommer monosackarider in i cellerna, där de flesta av dem spenderas på oxidation (i mitokondrier), där ATP syntetiseras, som innehåller energi i en "bekväm" form för kroppen. ATP används för olika processer som kräver energi (syntes behövs av kroppenämnen, förverkligande av fysiologiska och andra processer).

En del av kolhydraterna i maten används för att syntetisera en given organisms kolhydrater, som krävs för bildandet av cellstrukturer, eller föreningar som är nödvändiga för bildandet av ämnen av andra klasser av föreningar (så här är fetter, nukleinsyror etc. kan erhållas från kolhydrater). Kolhydraternas förmåga att omvandlas till fett är en av orsakerna till fetma - en sjukdom som medför ett komplex av andra sjukdomar.

Därför konsumtion överskott kolhydrater är dåligt för människokropp saker att tänka på när du organiserar rationell näring.

Hos växtorganismer som är autotrofa är kolhydratmetabolismen något annorlunda. Kolhydrater (monosocker) syntetiseras av kroppen själv från koldioxid och vatten som använder solenergi. Di-, oligo- och polysackarider syntetiseras från monosackarider. En del av monosackariderna ingår i syntesen av nukleinsyror. Växtorganismer använder en viss mängd monosackarider (glukos) i andningsprocesserna för oxidation, där (som i heterotrofa organismer) ATP syntetiseras.

Glykolipider och glykoproteiner som strukturella och funktionella komponenter i kolhydratceller

Glykoproteiner är proteiner som innehåller oligosackarid (glykan) kedjor kovalent fästa till en polypeptidryggrad. Glykosaminoglykaner är polysackarider uppbyggda av återkommande disackaridkomponenter som vanligtvis innehåller aminosocker (glukosamin eller galaktosamin i sulfonerad eller osulfonerad form) och uronsyra (glukuronsyra eller iduronsyra). Tidigare kallades glykosaminoglykaner för mukopolysackarider. De är vanligtvis kovalent kopplade till ett protein; komplexet av en eller flera glykosaminoglykaner med ett protein kallas en proteoglykan. Glykokonjugat och komplexa kolhydrater är ekvivalenta termer som betecknar molekyler som innehåller en eller flera kolhydratkedjor kovalent kopplade till ett protein eller en lipid. Denna klass av föreningar inkluderar glykoproteiner, proteoglykaner och glykolipider.

Biomedicinsk betydelse

Nästan alla humana plasmaproteiner, förutom albumin, är glykoproteiner. många ekorrar cellmembran innehåller betydande mängder kolhydrater. Ämnen i blodgrupper visar sig i vissa fall vara glykoproteiner, ibland agerar glykosfingolipider i denna roll. Vissa hormoner (till exempel humant koriongonadotropin) är till sin natur glykoprotein. I Nyligen cancer karakteriseras alltmer som ett resultat av onormal genreglering. huvudproblemet onkologiska sjukdomar, metastaser, - ett fenomen där cancerceller lämnar sin ursprungsplats (till exempel bröstkörteln), överförs med blodomloppet till avlägsna delar av kroppen (till exempel hjärnan) och växer på obestämd tid med katastrofala konsekvenser för patient. Många onkologer tror att metastaser, enl minst delvis på grund av förändringar i strukturen av glykokonjugat på ytan cancerceller. I hjärtat av ett antal sjukdomar (mukopolysackaridoser) är bristen på aktivitet hos olika lysosomala enzymer som förstör individuella glykosaminoglykaner; som ett resultat, en eller flera av dem ackumuleras i vävnaderna, vilket orsakar olika patologiska tecken och symtom. Ett exempel på sådana tillstånd är Hurlers syndrom.

Distribution och funktioner

Glykoproteiner finns i de flesta organismer – från bakterier till människor. Många djurvirus innehåller också glykoproteiner, och några av dessa virus har studerats omfattande, delvis på grund av att de är lätta att använda i forskning.

Glykoproteiner är en stor grupp av proteiner med olika funktioner, innehållet av kolhydrater i dem varierar från 1 till 85% eller mer (i massenheter). Oligosackaridkedjornas roll i glykoproteinernas funktion är fortfarande inte exakt definierad, trots intensiva studier av denna fråga.

Glykolipider är komplexa lipider som är resultatet av kombinationen av lipider med kolhydrater. Glykolipider har polära huvuden (kolhydrater) och opolära svansar (rester). fettsyror). På grund av detta är glykolipider (tillsammans med fosfolipider) en del av cellmembranen.

Glykolipider är brett distribuerade i vävnader, särskilt i nervvävnad speciellt i hjärnvävnad. De är lokaliserade huvudsakligen på den yttre ytan plasmamembran, där deras kolhydratkomponenter är bland andra cellytekolhydrater.

Glykosfingolipider, som är komponenter i det yttre lagret av plasmamembranet, kan delta i intercellulära interaktioner och kontakter. Några av dem är antigener, som Forssmann-antigenet och ämnen som bestämmer blodgrupperna i AB0-systemet. Liknande oligosackaridkedjor har också hittats i andra plasmamembranglykoproteiner. Ett antal gangliosider fungerar som receptorer för bakteriella toxiner (till exempel koleratoxin, som utlöser aktiveringen av adenylatcyklas).

Glykolipider, till skillnad från fosfolipider, innehåller inga rester fosforsyra. I deras molekyler är galaktos- eller sulfoglukosrester bundna till diacylglycerol genom en glykosidbindning.

ärftliga störningar utbyte av monosackarider och disackarider

Galaktosemi är en ärftlig metabolisk patologi som orsakas av otillräcklig aktivitet hos enzymer involverade i metabolismen av galaktos. Kroppens oförmåga att använda galaktos leder till allvarliga skador på matsmältnings-, syn- och nervsystem hos barn i själva tidig ålder. Inom pediatrik och genetik är galaktosemi en av de sällsynta genetiska sjukdomarna, som förekommer med en frekvens av ett fall per 10 000 till 50 000 nyfödda. För första gången beskrevs kliniken för galaktosemi 1908 av ett barn som led av svår utmattning, hepato- och splenomegali, galaktosuri; sjukdomen försvann omedelbart efter avslutad behandling mejeri näring. Senare, 1956, fastställde vetenskapsmannen Hermann Kelker att grunden för sjukdomen är en kränkning av metabolismen av galaktos. Orsaker till sjukdomen Galaktosemi är medfödd patologiärvs på ett autosomalt recessivt sätt, det vill säga sjukdomen visar sig endast om barnet ärver två kopior av den defekta genen från vardera föräldern. Individer som är heterozygota för mutant gen, är bärare av sjukdomen, men de kan också utveckla vissa tecken på galaktosemi i mild grad. Omvandlingen av galaktos till glukos (Leloirs metaboliska väg) sker med deltagande av 3 enzymer: galaktos-1-fosfat-uridyltransferas (GALT), galaktokinas (GALK) och uridin-difosfat-galaktos-4-epimeras (GALE). I enlighet med bristen på dessa enzymer särskiljs typer av galaktosemi av typ 1 (klassisk), 2 och 3. Tilldelningen av tre typer av galaktosemi sammanfaller inte med verkansordningen för enzymer i processen för Leloirs metaboliska väg. Galaktos kommer in i kroppen med mat och bildas också i tarmen under hydrolysen av laktosdisackarid. Vägen för galaktosmetabolism börjar med dess omvandling av enzymet GALK till galaktos-1-fosfat. Sedan, med deltagande av GALT-enzymet, omvandlas galaktos-1-fosfat till UDP-galaktos (uridyldifosfogalaktos). Därefter omvandlas metaboliten med hjälp av GALE till UDP - glukos (uridyldifosfoglukos) Vid brist på något av de namngivna enzymerna (GALK, GALT eller GALE) ökar koncentrationen av galaktos i blodet avsevärt, mellanmetaboliter av galaktos ackumuleras i kroppen, vilket orsakar toxiska skador olika organ: CNS, lever, njurar, mjälte, tarmar, ögon, etc. Brott mot galaktosmetabolism är kärnan i galaktosemi. Oftast i klinisk praxis det finns en klassisk (typ 1) galaktosemi, orsakad av en defekt i GALT-enzymet och en kränkning av dess aktivitet. Genen som kodar för syntesen av galaktos-1-fosfat-uridyltransferas är belägen i den kolocentromera regionen av den andra kromosomen. Genom gravitationen klinisk kurs Det finns svåra, måttliga och milda grader av galaktosemi. Först Kliniska tecken svår galaktosemi utvecklas mycket tidigt, under de första dagarna av ett barns liv. Kort efter matning av en nyfödd bröstmjölk eller mjölkblandning orsakar kräkningar och störningar i avföringen ( vattnig diarré), ökande toxicitet. Barnet blir slö, vägrar bröstet eller flaskan; undernäring och kakexi utvecklas snabbt. Barnet kan störas av flatulens, tarmkolik, riklig utsläpp av gaser.I processen att undersöka ett barn med galaktosemi av en neonatolog avslöjas utrotningen av reflexer från neonatalperioden. Med galaktosemi, ihållande gulsot av varierande svårighetsgrad och hepatomegali uppträder tidigt, leversvikt fortskrider. Efter 2-3 månader av livet uppstår splenomegali, levercirros och ascites. Brott mot processerna för blodkoagulation leder till uppkomsten av blödningar på huden och slemhinnorna. Barn börjar tidigt släpa efter i psykomotorisk utveckling, dock når graden av intellektuell försämring vid galaktosemi inte samma svårighetsgrad som vid fenylketonuri. Efter 1-2 månader hos barn med galaktosemi upptäcks bilateral grå starr. Njurskador vid galaktosemi åtföljs av glukosuri, proteinuri, hyperaminoaciduri. I den terminala fasen av galaktosemi dör barnet av djup utmattning, svår leversvikt och lager av sekundära infektioner. Med galaktosemi måttlig kräkningar, gulsot, anemi, eftersläpning i psykomotorisk utveckling, hepatomegali, grå starr, undernäring noteras också. Mild galaktosemi kännetecknas av vägran att amma, kräkningar efter mjölkintag, talutveckling släpar efter barnet i vikt och längd. Men även med ett mildt förlopp av galaktosemi har produkterna från galaktosmetabolismen en toxisk effekt på levern, vilket leder till dess kroniska sjukdomar.

Fruktosemi

Fruktosemi är ärftlig genetisk sjukdom resulterar i fruktosintolerans ( fruktsocker finns i all frukt, bär och vissa grönsaker, samt i honung). Med fruktosemi finns det få eller praktiskt taget inga enzymer i människokroppen (enzymer, organiska ämnen av proteinnatur som accelererar kemiska reaktioner förekommer i kroppen), deltar i nedbrytningen och assimileringen av fruktos. Sjukdomen upptäcks som regel under de första veckorna och månaderna av ett barns liv eller från det ögonblick då barnet börjar få juice och livsmedel som innehåller fruktos: sött te, fruktjuicer, grönsaks- och fruktpuréer. Fruktosemi överförs genom ett autosomalt recessivt nedärvningssätt (sjukdomen visar sig om båda föräldrarna har sjukdomen). Pojkar och flickor blir lika ofta sjuka.

Orsaker till sjukdomen

Levern har en otillräcklig mängd av ett speciellt enzym (fruktos-1-fosfat-aldolas) som omvandlar fruktos. Som ett resultat ackumuleras metabola produkter (fruktos-1-fosfat) i kroppen (lever, njurar, tarmslemhinna) och har en skadlig effekt. Det visade sig att fruktos-1-fosfat aldrig deponeras i hjärncellerna och ögats lins. Symtom på sjukdomen uppträder efter att ha ätit frukt, grönsaker eller bär i någon form (juicer, nektar, puréer, färska, frysta eller torkade), såväl som honung. Svårighetsgraden av manifestationen beror på mängden mat som konsumeras.

Letargi, blekhet hud. Ökad svettning. Dåsighet. Kräkas. Diarré (frekvent voluminös ( stora portioner) flytande avföring). Aversion mot söt mat. Hypotrofi (brist på kroppsvikt) utvecklas gradvis. Förstoring av levern. Ascites (ansamling av vätska i bukhålan). Gulsot (gulning av huden) - ibland utvecklas. Akut hypoglykemi (ett tillstånd där nivån av glukos (socker) i blodet sänks avsevärt) kan utvecklas vid samtidig användning av en stor mängd livsmedel som innehåller fruktos. Karaktäriserad av: Skakningar i armar och ben; kramper (paroxysmala ofrivilliga muskelsammandragningar och extrema spänningar); Förlust av medvetande upp till koma (brist på medvetande och reaktion på eventuella stimuli; tillståndet är en fara för människoliv).

Slutsats

Betydelsen av kolhydrater i människans näring är mycket hög. De tjänar den viktigaste källan energi, vilket ger upp till 50-70% av det totala kaloriintaget.

Kolhydraternas förmåga att vara en mycket effektiv energikälla ligger till grund för deras "proteinsparande" verkan. Även om kolhydrater inte är väsentliga näringsfaktorer och kan bildas i kroppen från aminosyror och glycerol, minimal mängd kolhydrater i den dagliga kosten bör inte vara lägre än 50-60 g.

Ett antal sjukdomar är nära förknippade med nedsatt kolhydratmetabolism: diabetes mellitus, galaktosemi, en kränkning av glykogendepåsystemet, intolerans mot mjölk, etc. Det bör noteras att i människo- och djurkroppen finns kolhydrater i en mindre mängd (inte mer än 2% av torr kroppsvikt) än proteiner och lipider; i växtorganismer, på grund av cellulosa, står kolhydrater för upp till 80% av torrmassan, därför finns det i allmänhet fler kolhydrater i biosfären än alla andra organiska föreningar tillsammans. Alltså: kolhydrater spelar en enorm roll i livet för levande organismer på planeten, tror forskare att ungefär när den första kolhydratföreningen dök upp, den första levande cell.

Litteratur

1. Biokemi: en lärobok för universitet / red. E.S. Severina - 5:e upplagan, - 2009. - 768 sid.

2.T.T. Berezov, B.F. Korovkins biologiska kemi.

P.A. Verbolovich "Workshop om organiskt, fysiskt, kolloidalt och biologisk kemi».

Lehninger A. Fundamentals of biochemistry // M .: Mir, 1985

Klinisk endokrinologi. Guide / N. T. Starkova. - 3:e upplagan, reviderad och utökad. - St. Petersburg: Peter, 2002. - S. 209-213. - 576 sid.

Barns sjukdomar (volym 2) - Shabalov N.P. - lärobok, Peter, 2011

Arbetsorder

Behöver du ett originalverk?

Våra experter hjälper dig att skriva ett papper med en obligatorisk kontroll för unikhet i antiplagiatsystemet
Lämna in en ansökan med kraven just nu för att ta reda på kostnaden och möjligheten att skriva.

Introduktion
2. Klassificering av kolhydrater
3. Strukturella och funktionella egenskaper hos organisationen av mono- och disackarider: struktur; att vara i naturen; mottagande; egenskaper hos enskilda företrädare
4. Biologisk roll biopolymerer- polysackarider
5. Kemisk egenskaper hos kolhydrater
Slutsats
Bibliografi

Introduktion

Organiska föreningar utgör i genomsnitt 20-30% av cellmassan i en levande organism. Dessa inkluderar biologiska polymerer: proteiner, nukleinsyror, kolhydrater, samt fetter och ett antal små hormonmolekyler, pigment, ATP, etc. Olika typer av celler inkluderar en ojämn mängd organiska föreningar. Komplexa kolhydrater-polysackarider dominerar i växtceller, medan det hos djur finns mer proteiner och fetter. Ändå utför var och en av grupperna av organiska ämnen i alla typer av celler liknande funktioner: det ger energi, är ett byggnadsmaterial.

1. Kort information om kolhydrater

Kolhydrater - organiska föreningar, bestående av en eller flera molekyler av enkla sockerarter. Molar massa kolhydrater varierar från 100 till 1 000 000 Da (Daltonmassa, ungefär lika med massan av en väteatom). Deras allmänna formel skrivs vanligtvis som C n (H 2 O) n (där n är minst tre). För första gången 1844 introducerades denna term av den inhemska vetenskapsmannen K. Schmid (1822-1894).

Namnet "kolhydrater" uppstod på grundval av analysen av de första kända representanterna för denna grupp av föreningar. Det visade sig att dessa ämnen består av kol, väte och syre, och förhållandet mellan antalet väte- och syreatomer i dem är detsamma som i vatten: två väteatomer - en syreatom. Således betraktades de som en kombination av kol och vatten. I framtiden blev många kolhydrater som inte uppfyllde detta villkor kända, men namnet "kolhydrater" är fortfarande allmänt accepterat. I en djurcell finns kolhydrater i en mängd som inte överstiger 2-5%. Växtceller är de rikaste på kolhydrater, där deras innehåll i vissa fall når 90% av torrmassan (till exempel i potatisknölar, frön).

2. Klassificering av kolhydrater

Det finns tre grupper av kolhydrater: monosackarider eller enkla sockerarter (glukos, fruktos); oligosackarider - föreningar som består av 2-10 på varandra följande molekyler av enkla sockerarter (sackaros, maltos); polysackarider som innehåller mer än 10 sockermolekyler (stärkelse, cellulosa).

3. Strukturella och funktionella egenskaper hos organisationen av mono- och disackarider: struktur; att vara i naturen; mottagande. egenskaper hos enskilda företrädare

Monosackarider är keton- eller aldehydderivat av flervärda alkoholer. Kol-, väte- och syreatomerna som utgör deras sammansättning är i förhållandet 1:2:1. Den allmänna formeln för enkla sockerarter är (CH 2 O) n. Beroende på längden på kolskelettet (antalet kolatomer) delas de in i: trios-C 3, tetros-C 4, pentos-C 5, hexos-C 6, etc. Dessutom delas sockerarter in i :

Aldoser innehållande en aldehydgrupp är C=O. Dessa inkluderar | | H glukos:

H H H H H
CH 2 OH - C - C - C - C - C
| | | | \\
OH OH OH OH OH

Ketos innehållande en ketongrupp - C-. Till dem, till exempel, || syftar på fruktos.

I lösningar har alla sockerarter, som börjar med pentoser, en cyklisk form; i linjär form är endast trioser och tetroser närvarande. När den cykliska formen bildas är syreatomen i aldehydgruppen kovalent bunden till den näst sista kolatomen i kedjan, vilket resulterar i bildningen av hemiacetaler (i fallet med aldoser) och hemiketaler (i fallet med ketoser).

Karakteristika för monosackarider, individuella representanter

Av tetroserna är erytros den viktigaste i metaboliska processer. Detta socker är en av fotosyntesens mellanprodukter. Pentoser finns i naturliga förhållanden huvudsakligen som beståndsdelar av molekyler av mer komplexa ämnen, såsom komplexa polysackarider som kallas pentosaner, samt vegetabiliska gummin. Pentoser i en betydande mängd (10-15%) finns i trä och halm. I naturen finns arabinos övervägande. Det finns i körsbärslim, rödbetor och gummi arabicum, varifrån det erhålls. Ribos och deoxiribos är brett representerade i djur- och växtvärlden; dessa är sockerarter som utgör monomererna av nukleinsyror RNA och DNA. Ribos erhålls genom epimerisering av arabinos.

Xylos bildas genom hydrolys av polysackariden xylosan som finns i halm, kli, trä och solrosskal. Produkter olika typer xylosjäsning är mjölksyra, ättiksyra, citronsyra, bärnstenssyra och andra syror. Xylos absorberas dåligt av människokroppen. Hydrolysat som innehåller xylos används för att odla vissa typer av jäst, de används som en proteinkälla för utfodring av husdjur. När xylos reduceras erhålls xylitolalkohol, den används som sockerersättning för diabetiker. Xylitol används ofta som fuktstabilisator och mjukgörare (inom pappersindustrin, parfymer, cellofantillverkning). Det är en av huvudkomponenterna i produktionen av ett antal ytaktiva ämnen, lacker, lim.

Av hexoserna är de mest utbredda glukos, fruktos, galaktos, deras allmänna formel är C 6 H 12 O 6.

Glukos (druvsocker, dextros) finns i juicen från vindruvor och andra söta frukter och i små kvantiteter- hos djur och människor. Glukos är en del av de viktigaste disackariderna - rör- och druvsocker. Högmolekylära polysackarider, d.v.s. stärkelse, glykogen (animalisk stärkelse) och fibrer, är helt uppbyggda av rester av glukosmolekyler kopplade till varandra olika sätt. Glukos är den primära energikällan för celler.

Humant blodsocker innehåller 0,1-0,12%, en minskning av indikatorn orsakar en kränkning av den vitala aktiviteten hos nerv- och muskelceller, ibland åtföljd av kramper eller svimning. Blodsockernivåerna regleras komplex mekanism nervsystemets och endokrina körtlarnas arbete. En av de massiva tunga endokrina sjukdomar- Diabetes mellitus - associerad med hypofunktion av bukspottkörtelns özoner. Det åtföljs av en signifikant minskning av permeabiliteten hos muskel- och fettcellers membran för glukos, vilket leder till en ökning av glukoshalten i blodet, såväl som i urinen.

Glukos för medicinska ändamål erhålls genom rening - omkristallisering - teknisk glukos från vattenhaltiga eller vatten-alkohollösningar. Glukos används i textilproduktion och i vissa andra industrier som reduktionsmedel. Inom medicinen används ren glukos i form av lösningar för injektion i blodet för ett antal sjukdomar och i form av tabletter. Vitamin C erhålls från det.

Galaktos är tillsammans med glukos en del av vissa glykosider och polysackarider. Resterna av galaktosmolekyler är en del av de mest komplexa biopolymererna - gangliosider eller glykosfingolipider. De finns i nervknutorna (ganglierna) hos människor och djur och finns även i hjärnvävnaden, i mjälten hos erytrocyter. Galaktos erhålls huvudsakligen genom hydrolys av mjölksocker.

Fruktos (fruktsocker) i fritt tillstånd finns i frukt, honung. Det är en beståndsdel av många komplexa sockerarter, till exempel rörsocker från vilket det kan erhållas genom hydrolys. Bildar en komplex strukturerad högmolekylär polysackaridinulin, som finns i vissa växter. Fruktos erhålls också från inulin. Fruktos är ett värdefullt matsocker; det är 1,5 gånger sötare än sackaros och 3 gånger sötare än glukos. Det absorberas väl av kroppen. När fruktos reduceras bildas sorbitol och mannitol. Sorbitol används som sockerersättning i kosten för diabetiker; dessutom används det för produktion av askorbinsyra (vitamin C). När det oxideras ger fruktos vinsyra och oxalsyra.

Disackarider är typiska sockerliknande polysackarider. Detta fasta ämnen eller icke-kristalliserande siraper, mycket lösliga i vatten. Både amorfa och kristallina disackarider smälter vanligtvis över ett intervall av temperaturer och sönderdelas vanligtvis. Disackarider bildas genom en kondensationsreaktion mellan två monosackarider, vanligtvis hexoser. Bindningen mellan två monosackarider kallas en glykosidbindning. Det bildas vanligtvis mellan den första och fjärde kolatomen i angränsande monosackaridenheter (1,4-glykosidbindning). Denna process kan upprepas otaliga gånger, vilket resulterar i bildandet av gigantiska polysackaridmolekyler. När monosackaridenheterna väl är sammanlänkade kallas de för rester. Maltos består alltså av två glukosrester.

De vanligaste disackariderna är maltos (glukos + glukos), laktos (glukos + galaktos) och sackaros (glukos + fruktos).

Individuella representanter för disackarider

Maltos (maltsocker) har formeln C 12 H 22 O 11 . Namnet uppstod i samband med metoden att få fram maltos: den erhålls från stärkelse när den exponeras för malt (latin maltum - malt). Som ett resultat av hydrolys delas maltos i två molekyler av glukos:

C 12 H 22 O 11 + H 2O \u003d 2C 6 H 12 O 6

Maltsocker är en mellanprodukt vid hydrolys av stärkelse, den är allmänt distribuerad i växt- och djurorganismer. Maltsocker är mycket mindre sött än rörsocker (med 0,6 gånger vid samma koncentrationer).

Laktos (mjölksocker). Namnet på denna disackarid uppstod i samband med dess framställning från mjölk (från latin lactum - mjölk). Vid hydrolys bryts laktos ner till glukos och galaktos:

Laktos erhålls från mjölk: komjölk den innehåller 4-5,5%, i dammjölk - 5,5-8,4%. Laktos skiljer sig från andra sockerarter i frånvaro av hygroskopicitet: den blir inte fuktig. Mjölksocker används som ett farmaceutiskt preparat och livsmedel för spädbarn. Laktos är 4 eller 5 gånger mindre söt än sackaros.

Sackaros (rör- eller betsocker). Namnet uppstod i samband med dess tillverkning antingen från sockerbetor eller sockerrör. Rörsocker har varit känt i många århundraden f.Kr. Endast i mitten av XVIII-talet. denna disackarid upptäcktes i sockerbetor och först i början av 1800-talet. det togs emot in arbetsvillkor. Sackaros är mycket vanligt i växtriket. Blad och frön innehåller alltid en liten mängd sackaros. Det finns också i frukt (aprikoser, persikor, päron, ananas). Det finns mycket av det i lönn och palmjuicer, majs. Detta är det mest kända och mest använda sockret. När det hydrolyseras bildas glukos och fruktos från det:

C 12 H 22 O 11 + H 2 O \u003d C 6 H 12 O 6 + C 6 H 12 O 6

Blandning lika belopp glukos och fruktos, som härrör från inversionen av rörsocker (på grund av förändringen i hydrolysprocessen av den högra rotationen av lösningen till vänster), kallas invertsocker (rotationsinversion). Naturligt invertsocker är honung, som huvudsakligen består av glukos och fruktos.

Sackaros erhålls i stora mängder. Sockerbetor innehåller 16-20% sackaros, sockerrör - 14-26%. De tvättade betorna krossas och sackaros extraheras upprepade gånger i apparater med vatten med en temperatur på cirka 80 grader. Den resulterande vätskan, som förutom sackaros innehåller ett stort antal olika föroreningar, behandlas med kalk. Kalk fäller ut ett antal organiska syror i form av kalciumsalter, samt proteiner och vissa andra ämnen. En del av limen bildas samtidigt med rörsocker lösligt i kallt vatten kalciumsocker, som förstörs genom behandling med koldioxid.

Fällningen av kalciumkarbonat separeras genom filtrering, filtratet efter ytterligare rening indunstas i vakuum tills en mosig massa erhålls. De separerade kristallerna av sackaros separeras med användning av centrifuger. Så här erhålls råsocker, som har en gulaktig färg, en brun moderlut, en icke-kristalliserande sirap (betmelass eller melass). Socker rengörs (raffineras) och den färdiga produkten erhålls.

4. Biopolymerernas biologiska roll - polysackarider

Polysackarider är polymera föreningar med hög molekylvikt (upp till 1 000 000 Da) som består av ett stort antal monomerer - sockerarter, deras allmänna formel är C x (H 2 O) y. Den vanligaste monomeren av polysackarider är glukos, mannos, galaktos och andra sockerarter finns. Polysackarider är indelade i:
- homopolysackarider, bestående av monosackaridmolekyler av samma typ (till exempel består stärkelse och cellulosa endast av glukos);
- heteropolysackarider, som kan innehålla flera monomerer olika sockerarter(heparin).

Om endast 1,4= glykosidbindningar finns i polysackariden får vi en linjär, ogrenad polymer (cellulosa); om både 1,4= och 1,6= bindningar är närvarande kommer polymeren att vara grenad (glykogen). Bland de viktigaste polysackariderna är: cellulosa, stärkelse, glykogen, kitin.

Cellulosa, eller fiber (från latin cellula - cell), är huvudkomponenten i cellväggen växtceller. Det är en linjär polysackarid som består av glukos kopplad med 1,4=-bindningar. Fiber utgör 50 till 70 % av träet. Bomull är nästan ren fiber. Lin- och hampafibrer består huvudsakligen av fibrer. De renaste exemplen på fiber är raffinerad bomullsull och filterpapper.

Stärkelse är en grenad polysackarid växtursprung består av glukos. I polysackariden är glukosrester sammanlänkade med 1,4= och 1,6= glykosidbindningar. När de bryts ner får växter glukos, vilket är nödvändigt under livets gång. Stärkelse bildas under fotosyntesen i gröna blad i form av korn. Dessa korn är särskilt lätta att upptäcka under ett mikroskop med hjälp av en kalkreaktion med jod: stärkelsekorn blir blå eller blåsvarta.

Genom ansamlingen av stärkelsekorn kan man bedöma intensiteten av fotosyntesen. Stärkelsen i bladen bryts ner till monosackarider eller oligosackarider och överförs till andra växtdelar, såsom potatisknölar eller spannmålskorn. Även här sker en avsättning av stärkelse i form av korn. Den högsta stärkelsehalten i följande grödor:

Ris (korn) - 62-82%;
- majs (korn) - 65-75%;
- vete (spannmål) - 57-75%;
- potatis (knölar) - 12-24%.

Inom textilindustrin används stärkelse för att göra färgförtjockningsmedel. Det används i tändsticks-, papper-, tryckeribranschen, i bokbinderi. Inom medicin och farmakologi används stärkelse för att framställa pulver, pastor (tjocka salvor) och är också nödvändigt vid tillverkning av tabletter. Genom att utsätta stärkelse för sur hydrolys kan glukos erhållas i form av ett rent kristallint preparat eller i form av melass - en färgad icke-kristalliserande sirap.

Framställning av modifierad stärkelse som utsätts för speciell bearbetning eller innehåller tillsatser som förbättrar deras egenskaper har etablerats. Modifierad stärkelse används i stor utsträckning i olika industrier.

Glykogen är en polysackarid av animaliskt ursprung, mer grenad än stärkelse, bestående av glukos. Den spelar en extremt viktig roll i djurorganismer som reservpolysackarid: alla livsprocesser, i första hand muskelarbete, åtföljs av nedbrytningen av glykogen, som frigör energin som är koncentrerad i den. I kroppsvävnader kan mjölksyra bildas från glykogen som ett resultat av en serie komplexa transformationer.

Glykogen finns i alla djurvävnader. Det är särskilt rikligt i levern (upp till 20%) och muskler (upp till 4%). Det finns också i vissa lägre växter, jästsvampar och svampar, och kan isoleras genom att behandla djurvävnader med 5-10 % triklorättiksyra, följt av utfällning av det extraherade glykogenet med alkohol. Med jod ger glykogenlösningar en vinröd till rödbrun färg, beroende på glykogenets ursprung, djurtyp och andra tillstånd. Jodfärgen försvinner vid kokning och återkommer vid avkylning.

Kitin i sin struktur och funktion är mycket nära cellulosa - det är också en strukturell polysackarid. Kitin finns i vissa svampar, där det spelar en stödjande roll i cellväggarna på grund av sin fibrösa struktur, liksom i vissa grupper av djur (särskilt leddjur) som en viktig komponent i deras yttre skelett. Strukturen hos kitin liknar den hos cellulosa, dess långa parallella kedjor är också buntade.

5. Kemiska egenskaper hos kolhydrater

Alla monosackarider och vissa disackarider, inklusive maltos och laktos, tillhör gruppen reducerande (återställande) sockerarter. Sackaros är ett icke-reducerande socker. Den reducerande förmågan hos sockerarter i aldoser beror på aktiviteten hos aldehydgruppen, medan den i ketoser beror på aktiviteten hos både ketogruppen och de primära alkoholgrupperna. I icke-reducerande sockerarter kan dessa grupper inte ingå i några reaktioner, eftersom de här deltar i bildandet av en glykosidbindning. Två vanliga reaktioner på reducerande sockerarter, Benedict-reaktionen och Fehling-reaktionen, är baserade på dessa sockerarters förmåga att reducera den tvåvärda kopparjonen till den envärda. Båda reaktionerna använder alkalisk lösning kopparsulfat (2) (CuSO 4), som reduceras till olöslig kopparoxid (1) (Cu 2 O). Jonisk ekvation: Cu 2+ + e = Cu + ger en blå lösning, en tegelröd fällning. Alla polysackarider är icke-reducerande.

Slutsats

Main kolhydraternas roll kopplat till deras energifunktion. Under deras enzymatiska klyvning och oxidation frigörs energi, som används av cellen. Polysackarider spelar främst rollen som reservprodukter och lättmobiliserade energikällor (till exempel stärkelse och glykogen), och används även som byggmaterial (cellulosa och kitin).

Polysackarider är lämpliga som reservämnen av flera skäl: eftersom de är olösliga i vatten har de varken en osmotisk eller kemisk effekt på cellen, vilket är mycket viktigt för långtidslagring i en levande cell: det fasta, uttorkade tillståndet av polysackarider ökar den användbara massan av reservprodukter på grund av deras besparingar. Samtidigt minskar sannolikheten för konsumtion av dessa produkter av patogena bakterier, svampar och andra mikroorganismer, som, som du vet, inte kan svälja mat, utan absorberar näringsämnen från hela kroppens yta, avsevärt. Vid behov kan lagringspolysackarider enkelt omvandlas till enkla sockerarter genom hydrolys. Dessutom, i kombination med lipider och proteiner, bildar kolhydrater glykolipider och glykoproteiner-två.

Bibliografi

1. Green N., Stout W., Taylor D. Biology: I 3 vols T. 1: Per. från engelska. // Ed. R. Sopfa. M.: Mir, 1990, 368 sid.
2. Nechaev A. P. Organisk kemi: En lärobok för elever på livsmedelstekniska skolor. M.: Högre. skola, 1988, 319 sid.
3. Pavlov I. Yu., Vakhnenko D. V., Moskvichev D. V. Biology. Bidragshandledare för att komma in på universitet. Rostov-on-Don, Phoenix förlag, 1999, 576 sid.
4. Lemeza N. A., Kamlyuk A. V., Lisov N. D. Biologi i undersökningsfrågor och svar. Moskva: Rolf, 1997, 464 sid.
5. Mamontov S. G. Fundamentals of biology: En kurs för självutbildning. Moskva: Education, 1992, 416 s.
6. Biologi för sökande till universitet. Ed. V. N. Yarygin. M.: Högre. skola, 1995, 478 sid.
7. Kemp P., Arms K. Introduktion till biologi. Per. från engelska. M.: Mir, 1998, 671 sid.

Abstrakt plus

Och hur mycket
ska jag skriva ditt arbete?

Typ av arbete Diplomarbete (kandidat/specialist) Kursuppgifter med praktik Kursteoretisk uppsats Testa Arbetsuppgifter Uppsats Attestationsarbete (VAR/VKR) Affärsplan Frågor inför tentamen MBA-diplom Examensarbete (högskola/teknisk skola) Övriga fall Laboratoriearbete, RGR Magisterexamen Onlinehjälp Övningsrapport Hitta information PowerPoint-presentation Sammanfattning för doktorandexamen Tillhörande material Artikel Testdel avhandling Ritningar Deadline 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 Leverans Juni Augusti Februari September April Maj pris

Tillsammans med kostnadsberäkningen får du gratis
BONUS: särskild tillgång till den betalda basen av verk!

och få en bonus

Tack, ett mejl har skickats till dig. Kolla din mail.

Om du inte får ett brev inom 5 minuter kan det vara fel i adressen.

Kolhydraternas biologiska roll

Federal Agency for Education

Testa

inom disciplinen "Fysiologiska och sanitär-hygieniska grunder för nutrition"

ämne: "Kolhydraternas biologiska roll"

Introduktion

1. Kolhydrater och deras betydelse för näring

2. Typer av kolhydrater

Slutsats

Bibliografi

Introduktion

Näringshygien är vetenskapen om mönstren och principerna för att organisera en rationell (optimal) kost för en frisk och sjuk person. Inom dess ram utvecklas vetenskapliga grunder och praktiska åtgärder för att optimera näringen för olika befolkningsgrupper och det sanitära skyddet av livsmedelsresurser, råvaror och produkter i alla stadier av deras produktion och cirkulation.

Grundläggande aspekter av livsmedelshygien är förknippade med studiet av fysiologiska processer, biokemiska mekanismer för matsmältning, assimilering av mat och cellulär metabolism av näringsämnen och andra livsmedelskomponenter, såväl som nutriogenomik, d.v.s. grunderna för näringsreglering av genuttryck.

Livsmedelshygien, å ena sidan, bestämmer normerna för fysiologiska behov för näringsämnen ah och energi, tar fram krav på kvalitet på livsmedel och rekommendationer för användning av olika livsmedelsgrupper beroende på ålder, sociala, geografiska och miljömässiga faktorer, kost och näringsförhållanden, och reglerar å andra sidan åtgärder för sanitära och epidemiologiska ( hygienisk) undersöka kvaliteten och säkerheten för livsmedelsprodukter och material i kontakt med dem och kontrollera att livsmedelsanläggningar uppfyller kraven i konstruktionsstadiet och under drift.

Näringshygien som vetenskap utvecklas med hjälp av den allmänna metodiken för vetenskaplig forskning inom området fysiologi, biokemi, toxikologi, mikrobiologi, epidemiologi, inre sjukdomar, såväl som sina egna unika tillvägagångssätt och metoder, inklusive bedömning av näringsstatus, näringsstatus parametrar och näringsanpassning, indikatorer på produkters näringsvärde och biologiska värde.

Den moderna perioden av utveckling av livsmedelshygien är förknippad med genomförandet av följande vetenskapliga och praktiska områden:

utveckling av grunderna för den statliga politiken inom området för hälsosam kost för befolkningen i Ryssland;

grundläggande forskning om de fysiologiska och biokemiska grunderna för nutrition;

kontinuerlig övervakning av näringstillståndet för befolkningen i Ryssland;

organisation av förebyggande av matsmältningsberoende sjukdomar;

forskning om livsmedelssäkerhet;

utveckling av vetenskapliga och metodologiska metoder för bedömning av icke-traditionella och nya livsmedelskällor;

utveckling och förbättring av vetenskapliga grunder och praxis för barns, kost och förebyggande näring;

vetenskaplig motivering och praktisk implementering av systemet för matanpassning i moderna miljöförhållanden;

omfattande införande av utbildnings- och utbildningsprogram och projekt både i systemet för yrkesutbildning och i samhället som helhet.

För närvarande, för tredje gången på de senaste 100 åren, får livsmedelshygien en kraftfull social karaktär, vilket säkerställer utvecklingen av statliga tillvägagångssätt inom området för näring av befolkningen.

Näring är en av de viktigaste faktorerna som avgör befolkningens hälsa. Rätt kost säkerställer normal tillväxt och utveckling av barn, bidrar till att förebygga sjukdomar, förlänger människors liv, ökar effektiviteten och skapar förutsättningar för deras adekvata anpassning till miljön.

Men under det senaste decenniet har befolkningens hälsotillstånd präglats av negativa trender. Den förväntade livslängden för befolkningen i Ryssland är mycket mindre än i de flesta utvecklade länder. Ökningen av frekvensen av kardiovaskulära, onkologiska och andra kroniska icke-smittsamma sjukdomar är till viss del förknippad med nutrition. Majoriteten av befolkningen i Ryssland har undernäringsrubbningar orsakade av både otillräckligt intag av näringsämnen, främst vitaminer, makro- och mikroelement (kalcium, jod, järn, fluor, zink, etc.), högvärdiga proteiner och deras irrationella förhållande.

Kolhydrater är en av de viktiga beståndsdelarna. De fungerar som den huvudsakliga energikällan. Över 56% av energin får kroppen från kolhydrater, resten - från proteiner och fetter.

Kolhydraternas värld förefaller oss mycket tvetydig. Ibland får kolhydrater skulden för att de är orsaken till övervikt. Och ibland, tvärtom, säger de att kolhydrater är en idealisk energikälla för kroppen.

1. Kolhydrater och deras betydelse för näring

För första gången föreslogs termen "kolhydrater" av professorn vid Derpt (nu Tartu) University K.G. Schmidt 1844. Då antog man att alla kolhydrater har den allmänna formeln Cm (H2O) n, d.v.s. kolhydrat + vatten. Därav namnet "kolhydrater". Senare visade det sig att ett antal föreningar som tillhör klassen kolhydrater genom sina egenskaper innehåller väte och syre i en något annan proportion än vad som anges i den allmänna formeln.

1927 föreslog Internationella kommissionen för reform av kemisk nomenklatur att ersätta termen "kolhydrater" med termen "glycider", men det gamla namnet "kolhydrater" har slagit rot och är allmänt erkänt.

Kolhydrater bildas i växter under fotosyntesen och kommer in i kroppen huvudsakligen med växtprodukter. Tillsatta kolhydrater, som oftast representeras av sackaros (eller blandningar av andra sockerarter) som erhållits industriellt och sedan införts i livsmedelsberedningar, blir dock allt viktigare i näring.

Storleken på behovet av kolhydrater för en person bestäms av deras ledande roll i att förse kroppen med energi och oönskade syntesen av glukos från fetter (och ännu mer från proteiner) och är direkt beroende av energiförbrukningen. Det genomsnittliga behovet av kolhydrater för dem som inte är engagerade i tungt fysiskt arbete är 400 - 500 g per dag.

Kolhydraternas förmåga att vara en mycket effektiv energikälla ligger till grund för deras proteinsparande verkan. När en tillräcklig mängd kolhydrater tillförs maten används aminosyror i kroppen som energimaterial endast i liten utsträckning. Även om kolhydrater inte är bland de väsentliga näringsfaktorerna och kan bildas i kroppen från aminosyror och glycerol, bör den minsta mängden kolhydrater i den dagliga kosten inte vara mindre än 50-60 g.

En ytterligare minskning av mängden kolhydrater leder till skarpa störningar i metaboliska processer. Överkonsumtion av kolhydrater leder till fetma. När betydande mängder sockerarter intas med mat kan de inte deponeras helt i form av glykogen, och deras överskott förvandlas till triglycerider, vilket bidrar till den ökade utvecklingen av fettvävnad. Förhöjda nivåer av insulin i blodet hjälper till att påskynda denna process, eftersom insulin har en kraftfullt stimulerande effekt på fettavlagringen.

När man konstruerar matransoner är det extremt viktigt att inte bara tillfredsställa mänskliga behov av den nödvändiga mängden kolhydrater, utan också att välja de optimala förhållandena av kvalitativt olika typer av kolhydrater. Det är viktigast att ta hänsyn till förhållandet i kosten av lättsmälta kolhydrater (socker) och långsamt absorberade (stärkelse, glykogen).

Till skillnad från sockerarter bryts stärkelse och glykogen långsamt ner i tarmarna. Innehållet av socker i blodet ökar samtidigt gradvis. I detta avseende är det tillrådligt att tillgodose behovet av kolhydrater främst på grund av långsamt absorberade kolhydrater. De bör stå för 80 - 90% av den totala mängden kolhydrater som konsumeras. Begränsningen av lättsmälta kolhydrater är av särskild betydelse för dem som lider av åderförkalkning, hjärt-kärlsjukdomar, diabetes och fetma.

Kolhydrater är de viktigaste energibärande beståndsdelarna i människans näring, vilket ger 50-70 % av kostens totala energivärde.

Tillsammans med den huvudsakliga energifunktionen är kolhydrater involverade i plastisk metabolism. Kolhydrater har en anti-ketogen effekt genom att stimulera oxidationen av acetylkoenzym A, som bildas vid oxidation av fettsyror. Den huvudsakliga källan till kolhydrater i människans kost är vegetabiliska livsmedel, och endast laktos och glykogen finns i animaliska produkter.

Kolhydraternas huvudsakliga funktion är att ge energi till alla processer i kroppen. Celler kan ta emot energi från kolhydrater, som i fallet med deras oxidation, d.v.s. "förbränning", och under anaeroba förhållanden (utan syretillgång). Som ett resultat av metabolismen av 1 g kolhydrater får kroppen energi motsvarande 4 kcal. Omsättningen av kolhydrater är nära relaterad till metabolismen av fetter och proteiner, vilket säkerställer deras ömsesidiga omvandlingar. Med en måttlig brist på kolhydrater i kosten är avsatta fetter och med en djup brist (mindre än 50 g / dag) och aminosyror (både fria och från sammansättningen av muskelproteiner) involverade i processen med glukoneogenes, vilket leder till få den energi som behövs för kroppen. Muskelsmärta efter hårt arbete är resultatet av verkan på cellerna av mjölksyra, som bildas under den anaeroba nedbrytningen av kolhydrater, när det inte finns tillräckligt med syre från blodet för att säkerställa muskelcellernas arbete.

Ofta leder en kraftig begränsning av kolhydrater i kosten till betydande metabola störningar. I detta fall påverkas särskilt proteinmetabolismen. Proteiner med kolhydratbrist används för andra ändamål: de blir en energikälla och deltar i några viktiga kemiska reaktioner. Detta leder till en ökad bildning av kvävehaltiga ämnen och som ett resultat till en ökad belastning på njurarna, störningar i saltomsättningen och andra hälsoskadliga konsekvenser.

Med en brist på kolhydrater i maten använder kroppen inte bara proteiner, utan också fetter för energisyntes. Med ökad nedbrytning av fetter kan kränkningar uppstå metaboliska processer associerad med den accelererade bildningen av ketoner (denna klass av ämnen inkluderar det välkända acetonet) och deras ansamling i kroppen. Överdriven bildning av ketoner med ökad oxidation av fetter och delvis proteiner kan leda till "försurning" av kroppens inre miljö och förgiftning av hjärnvävnad upp till utveckling av acidotisk koma med förlust av medvetande. Med ett tillräckligt intag av kolhydrater från maten används proteiner främst för plastisk metabolism, och inte för energiproduktion. Således är kolhydrater nödvändiga för en rationell användning av proteiner. De är också kapabla att stimulera oxidationen av mellanprodukter av fettsyrametabolism.

Detta tar dock inte ut kolhydraternas roll. De är en integrerad del av molekylerna i vissa aminosyror, deltar i konstruktionen av enzymer, bildandet av nukleinsyror, är prekursorer för bildning av fetter, immunglobuliner, som spelar en viktig roll i immunsystemet, och glykoproteiner - komplex av kolhydrater och proteiner, som är de viktigaste komponenterna i cellmembranen. Hyaluronsyror och andra mukopolysackarider bildar ett skyddande lager mellan alla celler som utgör kroppen.

Intresset för kolhydrater hölls tillbaka av den extrema komplexiteten i deras struktur. Till skillnad från monomerer av nukleinsyror (nukleotider) och proteiner (aminosyror), som bara kan länka samman på ett specifikt sätt, kan monosackaridenheterna i oligosackarider och polysackarider länka samman på flera sätt på många olika positioner.

Sedan andra hälften av XX-talet. det sker en snabb utveckling av kolhydraternas kemi och biokemi, på grund av deras viktiga biologiska betydelse.

Kolhydrater, tillsammans med proteiner och lipider, är de viktigaste kemiska föreningarna som utgör levande organismer. Hos människor och djur utför kolhydrater viktiga funktioner: energi (den huvudsakliga typen av cellulärt bränsle), strukturell (en väsentlig komponent i de flesta intracellulära strukturer) och skyddande (deltagande av kolhydratkomponenterna i immunoglobuliner för att upprätthålla immunitet).

Kolhydrater (ribos, deoxiribos) används för syntes av nukleinsyror; de är beståndsdelar av nukleotidko-enzymer som spelar en extremt viktig roll i metabolismen av levande varelser. På senare tid har blandade biopolymerer som innehåller kolhydrater väckt ökad uppmärksamhet: glykopeptider och glykoproteiner, glykolipider och lipopolysackarider, glykopoproteiner, etc. Dessa ämnen utför komplexa och viktiga funktioner i kroppen.

Så jag kommer att belysa biologisk betydelse av kolhydrater:

Kolhydrater utför en plastisk funktion, det vill säga de deltar i konstruktionen av ben, celler och enzymer. De utgör 2-3 viktprocent.

Kolhydrater är det viktigaste energimaterialet. När 1 gram kolhydrater oxideras frigörs 4,1 kcal energi och 0,4 g vatten.

Blodet innehåller 100-110 mg glukos. Det osmotiska trycket i blodet beror på koncentrationen av glukos.

Pentoser (ribos och deoxiribos) är involverade i konstruktionen av ATP.

Kolhydrater spelar en skyddande roll i växter.

2. Typer av kolhydrater

Det finns två huvudgrupper av kolhydrater: enkla och komplexa. Enkla kolhydrater inkluderar glukos, fruktos, galaktos, sackaros, laktos och maltos. Till komplex - stärkelse, glykogen, fiber och pektin.

Kolhydrater delas in i monosackarider (enkla), oligosackarider och polysackarider (komplexa).

1. Monosackarider

fruktos

galaktos

2. Oligosackarider

disackarider

sackaros (vanligt socker, rör eller betor)

maltos

isomaltos

laktulos

3. Polysackarider

dextran

glykogen

cellulosa

galactomannaner

Monosackarider(enkla kolhydrater) är de enklaste representanterna för kolhydrater och bryts inte ner till enklare föreningar under hydrolys. Enkla kolhydrater löses lätt i vatten och smälts snabbt. De har en uttalad söt smak och klassificeras som sockerarter.

Beroende på antalet kolatomer i molekylerna delas monosackarider in i trioser, tetroser, pentoser och hexoser. För människor är de viktigaste hexoser (glukos, fruktos, galaktos, etc.) och pentoser (ribos, deoxiribos, etc.).

När två monosackarider kombineras bildas disackarider.

Den viktigaste av alla monosackarider är glukos, eftersom det är en strukturell enhet (tegelsten) för att bygga de flesta mat-di- och polysackarider. Transporten av glukos in i cellerna regleras i många vävnader av pankreashormonet insulin.

Hos människor omvandlas överskott av glukos i första hand till glykogen, den enda reservkolhydraten i djurvävnader. I människokroppen är den totala glykogenhalten cirka 500 g - detta är den dagliga tillförseln av kolhydrater som används när de har djupt näringsbrist. Långvarig brist på glykogen i levern leder till dysfunktion av hepatocyter och dess fettinfiltration.

Oligosackarider- mer komplexa föreningar byggda av flera (från 2 till 10) monosackaridrester. De är uppdelade i disackarider, trisackarider, etc. De viktigaste disackariderna för människor är sackaros, maltos och laktos. Oligosackarider, som inkluderar raffinos, stachyose, verbascose, finns främst i baljväxter och produkter från deras tekniska bearbetning, såsom sojamjöl, såväl som i små mängder i många grönsaker. Frukto-oligosackarider finns i spannmål (vete, råg), grönsaker (lök, vitlök, kronärtskockor, sparris, rabarber, cikoria) samt bananer och honung.

Till gruppen oligosackarider hör även maltodextriner, som är huvudkomponenterna i sirap och melass som tillverkas industriellt av polysackarider. En av representanterna för oligosackarider är laktulos, som bildas av laktos under värmebehandling av mjölk, till exempel vid framställning av bakad och steriliserad mjölk.

Oligosackarider bryts praktiskt taget inte ner i den mänskliga tunntarmen på grund av bristen på lämpliga enzymer. Av denna anledning har de egenskaperna hos kostfiber. Vissa oligosackarider spelar en viktig roll i livet för den normala mikrofloran i tjocktarmen, vilket gör att de kan klassificeras som prebiotika - ämnen som delvis fermenteras av vissa tarmmikroorganismer och säkerställer upprätthållandet av normal tarmmikrobiocenos.

Polysackarider- högmolekylära föreningar-polymerer bildade av ett stort antal monomerer, som är rester av monosackarider. Polysackarider delas in i smältbara och osmältbara i människans mag-tarmkanal. Den första undergruppen inkluderar stärkelse och glykogen, den andra - en mängd olika föreningar, varav cellulosa (fiber), hemicylulos och pektinämnen är viktigast för människor.

Oligo - och polysackarider kombineras med termen "komplexa kolhydrater". Mono - och disackarider har en söt smak, och därför kallas de också "socker". Polysackarider har ingen söt smak. Sötman av sackaros är annorlunda. Om sötman i en sackaroslösning tas till 100%, kommer sötman i ekvimolära lösningar av andra sockerarter att vara: fruktos - 173%, glukos - 81%, maltos och galaktos - 32% och laktos - 16%.

Den huvudsakliga smältbara polysackariden är stärkelse - matbasen för spannmål, baljväxter och potatis. Det står för upp till 80 % av kolhydraterna som konsumeras med mat. Det är en komplex polymer som består av två fraktioner: amylos - en linjär polymer och amylopektin - en grenad polymer. Det är förhållandet mellan dessa två fraktioner i olika råa stärkelsekällor som bestämmer dess olika fysikalisk-kemiska och tekniska egenskaper, i synnerhet löslighet i vatten vid olika temperaturer. Källan till stärkelse är vegetabiliska produkter, främst spannmål: spannmål, mjöl, bröd och potatis.

För att underlätta absorptionen av stärkelse i kroppen måste produkten som innehåller den genomgå värmebehandling. I detta fall bildas en stärkelsepasta i en explicit form, till exempel gelé, eller i en latent form som en del av en livsmedelssammansättning: gröt, bröd, pasta, baljväxträtter. Stärkelsepolysackarider som kommer in i kroppen med mat genomgår sekventiellt, med början från munhålan, jäsning till maltodextriner, maltos och glukos, följt av nästan fullständig assimilering.

Den andra smältbara polysackariden är glykogen. Dess näringsvärde är litet - inte mer än 10-15 g glykogen i sammansättningen av levern, köttet och fisken kommer med kosten. När kött mognar omvandlas glykogen till mjölksyra.

Vissa komplexa kolhydrater (fibrer, cellulosa, etc.) smälts inte alls i människokroppen. Ändå är detta en nödvändig komponent av näring: de stimulerar tarmens rörlighet, bildar fekala massor och hjälper därmed till att ta bort gifter och rena kroppen. Dessutom fungerar fibrer, även om de inte smälts av människor, som en näringskälla för nyttig tarmmikroflora.

Slutsats

Betydelsen av kolhydrater i människans näring är mycket hög. De fungerar som den viktigaste energikällan och ger upp till 50-70% av det totala kaloriintaget.

Kolhydraternas förmåga att vara en mycket effektiv energikälla ligger till grund för deras "proteinsparande" verkan. Även om kolhydrater inte är bland de väsentliga näringsfaktorerna och kan bildas i kroppen från aminosyror och glycerol, bör den minsta mängden kolhydrater i den dagliga kosten inte vara lägre än 50-60 g.

Ett antal sjukdomar är nära förknippade med nedsatt kolhydratmetabolism: diabetes mellitus, galaktosemi, en kränkning av glykogendepåsystemet, intolerans mot mjölk, etc. Det bör noteras att i människo- och djurkroppen finns kolhydrater i en mindre mängd (inte mer än 2% av torr kroppsvikt) än proteiner och lipider; i växtorganismer, på grund av cellulosa, står kolhydrater för upp till 80 % av torrmassan, därför finns det generellt sett fler kolhydrater i biosfären än alla andra organiska föreningar tillsammans.

Lista och skriv formler, ange vilka klasser de essentiella aminosyrorna tillhör. Klassificering essentiella aminosyror, baserat på radikalens kemiska struktur. Vitaminer i grupp D, kemisk struktur, biologisk roll.

Rationell näring för barn, dess betydelse i fysisk utveckling barn och deras kroppsmotstånd ogynnsamma faktorer miljö. Behovet av en växande organism av proteiner, kolhydrater, fetter, mineraler. Vitaminisering av mat.

Säkerställa produktion av livsmedelsprodukter i sortiment. Rationell användning mat för varje person. Fysiologiskt behov kroppen i alla näringsämnen och energi. Förhållandet mellan proteiner, fetter och kolhydrater i människans kost.

Effektivitet av att använda naturliga polysackarider i livsmedelsteknik. Effekt av polysackarider på de organoleptiska egenskaperna hos vispad dessert. Karakterisering och analys av näringsvärdet av krämer med tillsats av gelatin. Skaffa guargummi.

Kärnan i livsmedelshygien är en gren av hygien som studerar problemen med en fullständig och rationell näring av en person, beroende på kön och ålder, yrke och arbetets art, klimatförhållanden och fysisk aktivitet. Hygieniska egenskaper frukter.

Kemisk sammansättning färska frukter och grönsaker. Klassificering vissa typer. Transport och mottagande av färsk frukt och grönsaker. Lagringsprocesser. Faktorer som påverkar livsmedelssäkerheten. Näringsvärde av frukt och grönsaker.

Konceptet och orsakerna till denaturering av fibrillära proteiner. Bekantskap med kemisk formel och grundläggande egenskaper hos stärkelsepolysackarider. Isolering av sätt att stabilisera vitaminer. Studiet av processen att ändra färgen på produkter under påverkan av enzymer.

Egenskaper för baslivsmedels näringsmässiga och biologiska värde. Biologiska faror förknippade med livsmedel, genetiskt modifierade livsmedel. Nivåer av påverkan av teknogena faktorer på människokroppen i processen för absorption av mat.

Kemisk sammansättning av näringsämnen: egenskaper hos vatten, makro- och mikroelement, mono-, oligo- och polysackarider, fetter, lipider, proteiner och icke-protein kvävehaltiga ämnen, organiska syror och vitaminer. Kemisk sammansättning och näringsvärdet mat.

Introduktion

2 Klassificering av kolhydrater

3 kolhydrater i kosten

4 Historia om studiet av kolhydrater

1 Monosackariders nomenklatur och deras fördelning i naturen

2 Struktur och konfiguration av monosackarider

4 Tautomerism av monosackarider

2 Optisk aktivitet

4 NMR-spektra för monosackarider och deras derivat

Kapitel 4. Oligosackarider

1 Oligosackariders struktur

4 Egenskaper hos oligosackarider

Kapitel 5

2 polysackarider i naturen

3 egenskaper hos polysackarider

1 Fastställande av äkthet

2 Kvantifiering

1 Analysmetod

2 Analysresultat

Lista över begagnad litteratur

Introduktion

Kolhydrater, tillsammans med fetter och proteiner, är bland de viktigaste och oumbärliga komponenterna i mat. De är organiska föreningar som består av kol, väte och syre. De syntetiseras i växter från vatten och koldioxid, med hjälp av solljusets energi, eller av djur i form av glykogen, som ackumuleras i muskler och lever.

Kolhydrater är, på grund av deras lättillgänglighet och snabba assimilering, den huvudsakliga energikällan för kroppen. Men trots att en person behöver stora mängder kolhydrater för att säkerställa vitala processer, är deras reserver i kroppen små. Därför måste deras reserver ständigt fyllas på.

Den fysiologiska betydelsen av kolhydrater bestäms huvudsakligen av deras energiegenskaper. Kolhydrater är dynamogena energileverantörer som används i kroppen under muskelaktivitet. Varje gram kolhydrat ger 16,7 kJ (4 kcal). Värdet av kolhydrater som energikälla bestäms av deras förmåga att oxideras i kroppen, både aerobt och anaerobt. Kolhydrater är mest kapabla att tillfredsställa kroppens energibehov och hjälper till att minska acidotiska förändringar. För alla slag Fysiskt arbete noterade ökat behov i kolhydrater. Kolhydrater ingår i celler och vävnader och deltar i viss mån i plastiska processer.

Trots den konstanta konsumtionen av kolhydrater av celler och vävnader för energiändamål, hålls innehållet av kolhydrater i dem på en konstant nivå, förutsatt att de är tillräckligt försedda med mat.

Vissa kolhydrater har en uttalad biologisk aktivitet och utför specialiserade funktioner i kroppen. Dessa kolhydrater är askorbinsyra, som har C-vitaminegenskaper, heparin, som förhindrar blodkoagulering i kärlen, hyaluronsyra, som förhindrar bakteriers penetration genom cellmembranet, oligosackarider från bröstmjölk, som hämmar utvecklingen av vissa tarmbakterier, blodheteropolysackarider, som bestämmer blodgruppernas specificitet, etc. Kolhydrater och deras metaboliter spelar en viktig roll i syntesen av nukleinsyror, aminosyror, glykoproteiner, mukopolysackarider, koenzymer och andra vitala ämnen.

I kroppen deponeras kolhydrater i begränsad omfattning och deras reserver är små. Den kolhydratdepå som finns i levern kännetecknas av en relativt liten kapacitet och för att tillgodose kroppens behov tillförs kolhydrater oavbrutet som en del av maten. Kolhydrater är nära besläktade med fettomsättningen - på hög fysisk aktivitet När energiförbrukningen inte täcks av kroppens matkolhydrater och kolhydratreserver, bildas socker från fett, som alltid finns i tillräckliga mängder i kroppens fettdepåer. Den motsatta effekten observeras dock oftare, d.v.s. bildningen av nya mängder fett och deras påfyllning av kroppsfettdepåer på grund av överskottsintag av kolhydrater från maten.

Ett överskott av kolhydrater är ett utbrett fenomen. Det är en av huvudfaktorerna i bildningen övervikt kropp.

Kolhydrater är huvuddelen av kosten. Kolhydrater ger ungefär hälften av kostens dagliga energivärde.Kolhydratkonsumtionen är 400-500 g/dag. Tillfredsställelse av behovet av kolhydrater utförs på bekostnad av vegetabiliska källor. B örtprodukter(spannmål etc.) kolhydrater utgör minst 75 % av torrsubstansen. Behovet av kolhydrater kan även tillgodoses av socker, som är en ren kolhydrat.

Smältbarheten av kolhydrater är ganska hög: beroende på livsmedelsprodukt och kolhydraternas natur varierar den från 85 till 98%. Således är smältbarhetskoefficienten för kolhydrater i bröd och spannmålsprodukter 94-96, grönsaker - 85, potatis - 95, frukt och bär - 90, konfektyr- 95, socker - 99, mjölk och mejeriprodukter - 98. korrekt matlagning, malning och noggrann värmebehandling ökar smältbarheten av kolhydrater och andra livsmedelskomponenter.

Värdet av animaliska produkter som kolhydratkälla är litet. Den huvudsakliga kolhydraten av animaliskt ursprung är glykogen, som har egenskaperna hos stärkelse och som finns i djurvävnader i små mängder. En annan kolhydrat är laktos (mjölksocker) - som finns i mjölk i en mängd av 5 g per 100 g av produkten eller mer. Med systematisk konsumtion av mjölk kan den fungera som en källa till kolhydrater, särskilt i barndomen och ålderdomen.

Sådana kolhydrater som glukos, askorbinsyra, kolhydratinnehållande antibiotika, heparin används ofta inom medicin.

Det är därför kvalitetsanalys mediciner kolhydrater är ett mycket akut problem.

Syftet med detta arbete är att belysa frågorna om identifiering, analysmetoder och kvantitativ bestämning av kolhydratpreparat.

I den experimentella delen av arbetet genomfördes en analys av en glukoslösning för injektioner på 5 %.

Kapitel 1

.1 Kolhydraters biologiska roll

Kolhydrater (sackarider) är det vanliga namnet för en bred klass av naturligt förekommande organiska föreningar. Namnet kommer från orden "kol" och "vatten". Anledningen till detta är att den första känd för vetenskapen kolhydrater beskrevs med bruttoformeln C x (H 2O) y formellt är föreningar av kol och vatten.

Ur kemisk synvinkel är kolhydrater organiska ämnen som innehåller en rak kedja av flera kolatomer, en karbonylgrupp och flera hydroxylgrupper.

Den biologiska betydelsen av kolhydrater:

1.Kolhydrater utför en strukturell funktion, det vill säga de är involverade i konstruktionen av olika cellulära strukturer (till exempel växtcellväggar).

2.Kolhydrater spelar en skyddande roll i växter (cellväggar, bestående av cellväggar döda celler skyddande formationer - spikar, taggar, etc.).

.Kolhydrater utför en plastisk funktion - de lagras som en försörjning av näringsämnen, och de är också en del av komplexa molekyler (till exempel är pentoser (ribos och deoxiribos) involverade i konstruktionen av ATP, DNA och RNA).

.Kolhydrater är det viktigaste energimaterialet. När 1 gram kolhydrater oxideras frigörs 4,1 kcal energi och 0,4 g vatten.

.Kolhydrater är involverade i att tillhandahålla osmotiskt tryck och osmoreglering. Således innehåller blodet 100-110 mg /% glukos. Det osmotiska trycket i blodet beror på koncentrationen av glukos.

.Kolhydrater utför en receptorfunktion - många oligosackarider är en del av den receptiva delen av cellreceptorer eller ligandmolekyler.

I daglig diet Människor och djur domineras av kolhydrater. Växtätare får stärkelse, fibrer, sackaros. Köttätare får glykogen från kött.

Djur kan inte syntetisera kolhydrater från oorganiska ämnen. De får dem från växter med mat och använder dem som den huvudsakliga energikällan som erhålls i oxidationsprocessen:

MED h (R 2SCH) n + hSH 2→ hSS 2+ HP 2U + energi

I växternas gröna blad bildas kolhydrater under fotosyntesen - en unik biologisk process för att omvandla oorganiska ämnen till sockerarter - kolmonoxid (IV) och vatten, som sker med deltagande av klorofyll på grund av solenergi:

2+ yH 2O→C x (H2O) y +xO 2

.2 Klassificering av kolhydrater

Strukturellt är kolhydrater indelade i följande grupper:

Enkla kolhydrater. Dessa inkluderar glukos, galaktos och fruktos (monosackarider), samt sackaros, laktos och maltos (disackarider).

Fruktos kräver nästan inte hormonet insulin för dess absorption, vilket gör att det kan användas vid diabetes, men med måtta.

Galaktos finns inte i fri form i livsmedel. Erhålls från nedbrytningen av laktos.

Sackaros finns i socker och godis. När det intas bryts det ner i fler komponenter: glukos och fruktos.

Laktos är en kolhydrat som finns i mejeriprodukter. Med en medfödd eller förvärvad brist på enzymet laktas i tarmen försämras nedbrytningen av laktos till glukos och galaktos, vilket är känt som mejeriintolerans. I fermenterade mjölkprodukter laktos är mindre än i mjölk, eftersom när mjölk fermenteras från laktos bildas mjölksyra.

Maltos är en mellanprodukt av nedbrytningen av stärkelse. matsmältnings enzymer. Därefter bryts maltos ner till glukos. I sin fria form finns den i honung, malt (därav det andra namnet - maltsocker) och öl.

Komplexa kolhydrater. Dessa inkluderar stärkelse och glykogen (smältbara kolhydrater), såväl som fibrer, pektiner och hemicellulosa.

Stärkelse - i kosten är upp till 80% av alla kolhydrater. Dess huvudsakliga källor är bröd och bageriprodukter, spannmål, baljväxter, ris och potatis. Stärkelse bryts ner relativt långsamt och bryts ner till glukos.

Glykogen, även kallad "animalisk stärkelse", är en polysackarid som består av högt grenade kedjor av glukosmolekyler. Det finns i små mängder i animaliska produkter (2-10% i levern och 0,3-1% i muskelvävnad).

Cellulosa är komplexa kolhydrater, som är en del av membranen hos växtceller. I kroppen smälts fiber praktiskt taget inte, bara en liten del kan påverkas av mikroorganismer i tarmarna.

Fiber, tillsammans med pektiner, ligniner och hemicellulosa, kallas för ballastämnen. De förbättrar prestandan matsmältningssystemet som är förebyggande av många sjukdomar. Pektiner och hemicellulosa har hygroskopiska egenskaper, vilket gör att de kan absorbera och bära med sig överskott av kolesterol, ammoniak, gallpigment och andra skadliga ämnen. En annan viktig fördel med kostfiber är deras hjälp för att förebygga fetma. Att inte ha en high Energivärde, grönsaker på grund av den stora mängden kostfiber bidrar till en tidig mättnadskänsla.

Kostfiber finns i stora mängder i bröd. grov slipning, kli, grönsaker och frukter.

.3 Kolhydrater i kosten

Kroppens behov av kolhydrater

Kolhydrater är den huvudsakliga och oersättliga energikällan i kroppen, de ger cirka 60% av en persons energiförbrukning. Behovet av kolhydrater beror mest av allt på förlossningens ålder, karaktär och intensitet. Enligt traditionellt system näring, genomsnittlig, vuxen frisk man, bör konsumera 300-500 g kolhydrater per dag, och in enskilda fall denna siffra kan stiga till 600-800 g.

Även om det inte finns några officiellt accepterade normer, när du konsumerar mindre än 100 g kolhydrater, finns det en risk för försurning av kroppen och utveckling av kolhydratbrist (ketos), därför är det nödvändigt att inte falla under denna bar.

Det är också viktigt att diet en person innehöll minst 25-30 g kostfiber, vilket kommer att undvika problem med matsmältningen och bortskaffandet av skadliga ämnen som bildas under matsmältningen.

Glykemiskt index

Vissa kolhydrater (enkla) tas upp av kroppen nästan omedelbart, vilket leder till en kraftig ökning av blodsockret, andra (komplexa) absorberas gradvis och orsakar inte en kraftig ökning av blodsockret. På grund av det långsamma upptaget ger mat som innehåller dessa kolhydrater en längre mättnadskänsla. Den här egenskapen används inom dietet för viktminskning.

Och för att bedöma hastigheten för en produkt att bryta ner i kroppen, används det glykemiska indexet (GI). Denna indikator bestämmer hastigheten med vilken produkten bryts ned i kroppen och omvandlas till glukos. Ju snabbare nedbrytningen av produkten, desto högre är dess glykemiska index (GI). Glukos togs som standard, vars glykemiska index (GI) är 100. Alla andra indikatorer jämförs med glykemiskt index(GI) glukos.

Matkällor för kolhydrater är indelade i grupper baserat på mängden kolhydrater som ingår, såväl som hastigheten för deras nedbrytning i kroppen.

Beroende på mängden kolhydrater som ingår i kompositionen är produkter indelade i följande grupper:

Den största mängden kolhydrater (mer än 65 g per 100 g produkt) innehåller följande produkter: socker, godis, honung, sylt, marmelad, marshmallows, smörkakor, ris, pasta, flingor, dadlar, russin, katrinplommon, torkad frukt.

Följande livsmedel innehåller en stor mängd kolhydrater (40-60 g per 100 g produkt): bröd, bönor, ärtor, mörk choklad, halva, kakor, torkade nypon, torkade fikon, sprit.

Genomsnittliga mängder kolhydrater (20-40 g per 100 g produkt) innehåller följande produkter: Borodinobröd, bananer, färska nypon, sojabönor, pistagenötter, kokos, vit choklad.

Följande livsmedel innehåller en liten mängd kolhydrater (mindre än 20 g per 100 g produkt): mjölk och mejeriprodukter, grönsaker, de flesta frukter, bönor, svamp, äggpulver, nötter.

Beroende på graden av nedbrytning av kolhydrater delas produkter in i följande grupper:

Mat med högt GI: dadlar, socker, bakad potatis, flingor, kola, pommes frites, vetebröd, öl, vattenmelon, puffat ris, vitt bröd, honung, hirs, potatismos, majs, russin, torkad frukt, sötvatten, glass, sylt, melass, chips, mjölkchoklad, hirs, semolinagryn, rödbetor, torra havregrynsfrukostar.

Mat med medelstort GI: rågbröd, havregryn, hamburgare, pasta, risvermicelli, bananer, kokt potatis, mango, popcorn, brunt ris, havrekakor och kli, bovete, konserverade bönor, kiwi, svart bröd, klibröd, grapefruktjuice, persikor, aprikoser, kokt ris, ärtor, vindruvor, öl, kvass, melon.

Livsmedel med lågt GI: vit spagetti, citrusfrukter, havregryn, jordgubbar, jordgubbar, krusbär, fruktjuicer, kornbröd, äpplen, torra ärtor, päron, mager yoghurt, plommon, skummjölk, bönor, bär, linser, svart choklad, körsbär, röda bönor, nötter, sojabönor, kefir.

Brist och överskott av kolhydrater i kroppen

kolhydratbrist

Kronisk kolhydratbrist leder till utarmning av glykogenlagren i levern och avlagring av fett i dess celler, vilket kan leda till fettdegeneration lever.

Bristen på kolhydrater leder till en kränkning av metabolismen av fetter och proteiner: kroppen börjar använda matfetter och proteiner som energikällor, såväl som kroppsfett och muskelvävnad. börjar ansamlas i blodet skadliga produkter ofullständig oxidation av fettsyror och vissa aminosyror - ketoner. Överdriven bildning av ketoner under ökad oxidation av fetter och delvis proteiner kan leda till en förändring inre miljö organism till den sura sidan och förgiftning av hjärnvävnader upp till utveckling av acidotisk koma med förlust av medvetande.

Du kan känna igen en allvarlig kolhydratbrist på följande symtom:

· svaghet

· dåsighet

· yrsel

· huvudvärk

· hunger

· illamående

· svettas

· handen darrar

Dessa symtom försvinner snabbt efter att ha tagit socker. Och för att förhindra utvecklingen av ett sådant tillstånd bör du inte sänka miniminivån för kolhydratintag under 100 g per dag.

Överskott av kolhydrater

Överskott av kolhydrater kan leda till fetma. Överskott av kolhydrater i maten orsakar en ökning av insulinnivåerna i blodet och bidrar till bildandet av fettreserver. främsta orsaken detta - kraftig uppgång blodsockernivåer, vilket inträffar med en stor engångsdos rik på kolhydrater mat. Den producerade glukosen kommer in i blodomloppet och kroppen tvingas "neutralisera" sitt överskott med hjälp av insulin, som omvandlar glukos till fett.

Systematisk överanvända socker och andra lättsmälta kolhydrater bidrar till manifestationen av dolda diabetes på grund av överbelastning och sedan utarmning av cellerna i bukspottkörteln, vilket producerar insulin som är nödvändigt för absorptionen av glukos. Vi betonar att sockret i sig och produkter som innehåller det inte orsakar diabetes, utan bara är riskfaktorer för en existerande sjukdom.

.4 Historia om studiet av kolhydrater

Kolhydraternas enorma praktiska och vetenskapliga betydelse har uppmärksammats av forskare sedan urminnes tider. I själva civilisationens ursprung ligger människans första praktiska bekantskap med kolhydrater. Träbearbetning, produktion av papper och bomull och linnetyger, bakning, jäsning - alla dessa processer, kända sedan urminnes tider, är direkt relaterade till bearbetningen av kolhydrathaltiga råvaror. Rörsocker var tydligen det första organiska ämne som människan fick i kemi ren form. Bildandet av kemi som vetenskap under andra hälften av 1700-talet är oupplösligt kopplat till de första verken inom kolhydratkemin. Efter rörsocker isolerades de första individuella monosackariderna, fruktos (Lovits, 1792) och glukos (Pru, 1832). År 1811 fick Kirchhoff, som då arbetade i S:t Petersburg, glukos genom att behandla stärkelse med syra och genomförde därmed den första kemiska hydrolysen av en polysackarid, och 1814 utförde han den första fermentolysen av samma polysackarid. Slutligen har A.M. Butlerov genomförde 1861 sin historiska syntes efter att ha erhållit, genom att behandla en vattenlösning av formaldehyd med kalkvatten, en blandning av sockerarter (metylenetan), som också innehåller några naturliga monosackarider.

Men kolhydraternas kemi i ordets moderna bemärkelse uppstod naturligtvis först med utvecklingen av grunderna för organisk kemi, av vilka den är en av divisionerna. Strukturteorin gav nyckeln till att förstå kolhydraternas struktur och redan 10-15 år efter tillkännagivandet påbörjar Kiliani och Emil Fischer sin grundforskning, som slutade på 90-talet av förra seklet med etableringen av strukturen för de enklaste kolhydraterna . Van't Hoffs stereokemiska idéer hade ett avgörande inflytande på utvecklingen av kolhydratkemin, och utvecklingen av stereokemin var också oupplösligt kopplad till kolhydraternas kemi; det experimentella materialet från kolhydraternas kemi spelade en mycket viktig roll i utvecklingen av den stereokemiska teorins grundsatser.

Under den första perioden av utvecklingen av kolhydratkemi fastställdes de grundläggande begreppen och principerna för denna gren av organisk kemi, klassiska analytiska tekniker skapades och allmänna syntetiska metoder utvecklades. Ett karakteristiskt drag för denna period är den nära och fruktbara växelverkan mellan kolhydraternas kemi med andra delar av den snabbt växande organiska kemin. Kolhydratkemin lånar från arsenalen av organisk kemi olika reaktioner nedbrytning som är nödvändig för att fastställa strukturen av kolhydrater, och många syntetiska metoder. I sin tur stimulerade framsteg inom kolhydratkemin utvecklingen av många allmänna grenar av organisk kemi; förutom påverkan på utvecklingen av stereokemi som redan noterats ovan, kan man nämna läran om tautomerism, de första stegen i polymerkemi och mycket mer.

En av vändpunkterna inom sockerkemin var Haworths utveckling på 1920-talet av tillvägagångssätt för studier av strukturen hos polysackarider, som skapades på basis av metyleringsmetoden och för första gången öppnade vägen för en experimentell lösning på problemet med strukturen hos polysackaridkedjor. Konsekvensen av detta blev snabb utveckling kemi av polysackarider.

Tre omständigheter orsakade en verklig revolution inom kolhydratkemin under efterkrigsåren och säkerställde dess efterföljande framsteg.

Först och främst erkändes biopolymerernas exceptionella roll i livsprocesser, vilket naturligtvis innebar nya utmaningar för kemin av kolhydrater, de viktigaste komponenterna i levande vävnad. Studiet av strukturen och dess förhållande till biologisk funktion i en serie kolhydrater väckte nya idéer till liv och lade grunden för nya riktningar. Samtidigt har den snabba utvecklingen av polymerindustrin och deras användning inom teknik och Vardagsliv var direkt relaterad till en bred studie av praktiskt taget viktiga naturliga polymerer och framför allt till utvecklingen av kemin och tekniken för cellulosa, dess satelliter och produkter från dess bearbetning. Detta öppnade en bred väg till forskning inom polysackariders kemi och krävde utvecklingen av många nya områden inom sockerkemin.

Å andra sidan gjorde utvecklingen av teorin om organisk kemi och i synnerhet skapandet av grunderna för konformationsanalys det möjligt för första gången att diskutera kolhydratmolekylens reaktivitet på grundval av strikt underbyggda premisser. Användningen av konformationella representationer i kolhydratkemi har gjort en verklig revolution i synen på reaktiviteten hos den komplexa polyfunktionella sockermolekylen, och modern sockerkemi har sina bästa prestationer att tacka för detta.

Slutligen är den sista lika viktiga omständigheten, som haft ett avgörande inflytande på utvecklingen av den moderna kolhydratkemin, införandet av en ny experimentell teknik. Införandet av analytisk och preparativ kromatografi och elektroforetiska metoder gjorde det möjligt att lägga arbetet på separation och individualisering av kolhydrater på ett nytt sätt och att lösa problem som tidigare krävde ett riktigt titaniskt arbete. Införandet av infraröd spektroskopi, och senare NMR-spektroskopi och masspektrometri, gav forskaren verktyg som radikalt förändrade hela arbetet med att fastställa strukturen för de mest komplexa derivaten av kolhydrater.

.5 Nuvarande tillstånd kolhydratkemi

Modern kolhydratkemi är en komplex kunskapsmassa. Det inkluderar frågorna om att isolera individuella eller maximalt renade, ofta mycket labila föreningar från komplexa blandningar, studera deras strukturer med kemiska, biokemiska, fysikalisk-kemiska och fysikaliska metoder, utveckla metoder för syntes av olika föreningar och den stereokemiska kontrollen av syntetiska reaktioner. särskilt svårt och ansvarsfullt, och slutligen, en djup studie av beroendet av kolhydraternas egenskaper på deras struktur, vilket skapar grunden för den tekniska användningen av enorma resurser av kolhydrathaltiga råvaror. Studiet av de biologiska egenskaperna hos kolhydrater och deras funktioner i biokemiska system är nödvändigt för att förstå essensen av de viktigaste livsprocesserna och är direkt relaterad till utvecklingen av modern biokemi och molekylärbiologi.

Klassen av kolhydrater inkluderar föreningar som är mycket olika i typ, allt från ämnen med låg molekylvikt som bara innehåller ett fåtal kolatomer, till föreningar med enorma molekylvikter som når flera miljoner. I enlighet med detta kan lösningen av individuella problem, tekniker, metoder och själva studiens logik variera mycket beroende på vilken typ av kolhydrater man har att göra med. Av denna anledning bör varje presentation av kolhydraternas grundläggande kemi möjliggöra uppdelningen av materialet i enlighet med lämplig klassificering. Alla kolhydrater som hittills känts som naturliga eller syntetiska föreningar bör först och främst delas in i tre stora klasser - monosackarider, oligosackarider och polysackarider. Denna uppdelning, även om den bygger på formella drag, har en djup grundläggande och metodologisk innebörd.

Monosackarider förstås som polyoxikarbonylföreningar med en kontinuerlig kol-kolkedja, och tillsammans med hydroxyl- och karbonylgrupper kan de också innehålla karboxylgrupper, aminogrupper, tiolgrupper etc. Monosackarider är därför ganska olika i sin struktur, och, följaktligen i sina fastigheter, men har i närheten gemensamma drag i kemiskt beteende, och detta gör att de kan betraktas som en klass av kolhydrater.

Denna definition avser monosackarider i ordets strikta mening. Det finns dock flera typer av föreningar som inte helt uppfyller denna definition, utan är genetiskt närbesläktade med äkta monosackarider. Dessa är för det första produkterna av reduktion och oxidation av monosackarider, utan karbonylgrupp, - flervärda alkoholer (polyoler) och polyhydroxikarboxyliska monobasiska eller tvåbasiska syror. Föreningar av dessa klasser saknar huvuddelen kemisk karakterisering monosackarider, som består av en kombination av egenskaperna hos karbonyl och en kedja av kolatomer som bär hydroxylgrupper, och som därför skiljer sig väsentligt i egenskaper från monosackarider.

Monosackarider är föreningar med låg molekylvikt, och denna del av kolhydratkemin är i huvudsak en av delarna av den organiska kemin av polyfunktionella föreningar. Hans mest funktionär den avgörande inverkan av stereokemiska skillnader på reaktivitet, sammanflätade med tautomera förhållanden, som är karakteristiska inte bara för monosackariderna själva, utan också för deras många derivat. För att fastställa strukturen hos monosackarider och deras derivat, såväl som andra organiska föreningar, används förutom kemiska metoder också fysikalisk-kemiska metoder, även om de senare har fått allvarlig betydelse i monosackariders kemi först mycket nyligen. Syntetisk kemi av monosackarider har nu ett stort antal en mängd olika metoder, så att du kan kontrollera inte bara strukturen utan också konfigurationen av den resulterande föreningen. Man bör bara komma ihåg att den fullständiga syntesen av monosackarider inte väckte någon allvarlig uppmärksamhet från forskare, eftersom syntetiska metoder för monosackaridkemi reduceras huvudsakligen till de ömsesidiga övergångarna av olika monosackarider och deras derivat till varandra.

Den andra stora grenen av kolhydratkemi är polysackariders kemi. Polysackarider är polymerer av monosackarider, närmare bestämt produkter av deras polykondensation, och deras molekyler bildar kedjor som består av monosackaridenheter kopplade till varandra genom en syreatom. Polysackarider - typiskt makromolekylära ämnen, och denna sektion av kolhydratkemi liknar i princip och metodologiska tillvägagångssätt till andra sektioner av polymerkemin. I synnerhet förlorar själva begreppet en enskild substans i detta fall sin betydelse och ersätts ofta av begreppet en fraktion som innehåller en familj av polymerhomologer som är identiska i struktur men skiljer sig i molekylvikt. Detta sätter sin prägel på metoderna för isolering och separation av polysackarider. Vidare liknar konceptet med strukturen av en polysackarid och metoderna för att etablera den de motsvarande begreppen och metoderna för makromolekylär kemi.

Bestämning av strukturen av polysackarider - exklusivt svår uppgift, eftersom de polyfunktionella monomerenheterna av monosackarider kan kopplas samman på många sätt, och antalet tänkbara varianter av strukturen ökar mycket snabbt med en ökning av polymerisationsgraden, och når verkligt astronomiska värden för polysackarider med relativt låg molekylvikt. När man bestämmer sig för strukturen av en polysackarid, förutom strukturen av monomeren och typen av intermonomerbindning, är det också nödvändigt att bestämma sekvensen av monomerer i kedjan (för biopolymerer är detta en central uppgift), liksom som deras ömsesidigt arrangemang i rymden. Den senare omständigheten bör särskilt noteras, eftersom de fysikaliska och biologiska egenskaperna hos polymerer till stor del bestäms av formen på deras makromolekyl, d.v.s. sekundära och högre strukturer. Därför, i kemin av polysackarider, tillsammans med de vanliga organokemiska metoderna stor betydelse förvärva fysikalisk-kemiska metoder som används inom polymerkemi för att bestämma storleken och formen på en makromolekyl.

Bland alla andra klasser av kolhydrater är det polysackarider som för närvarande drar till sig den största uppmärksamheten hos biokemister och andra specialister som är förknippade med biologiska problem. Detta beror på att strukturen hos polysackaridkedjorna i många fall bestämmer den biologiska specificiteten, som till exempel i fallet med polysackarider av mikroorganismer. Av denna anledning är polysackaridernas kemi nära relaterad till kemin hos blandade biopolymerer som innehåller polysackaridkedjor tillsammans med peptid- och lipidfragment. Denna nya gren av kolhydratkemin blomstrar nu, och en kort diskussion om den finns också med i boken.

Tillsammans med monosackarider och polysackarider finns det en annan mellanklass av kolhydrater som kallas oligosackarider. Oligosackarider innehåller små kedjor som består av flera monosackaridenheter byggda på samma sätt som polysackaridkedjor. Naturligtvis är uppdelningen av oligosackarider och polysackarider ganska godtycklig. Vanligtvis kallas föreningar som innehåller 2-5 enheter lägre oligosackarider, och föreningar som innehåller från sex till tio enheter kallas högre oligosackarider, vilket skiljer dem från polysackarider med ett större antal monosackarider.

Oligosackariders kemi upptar en viktig plats i hela komplexet av problem som är förknippade med studiet av kolhydrater. Faktum är att oligosackarider är föreningar med låg molekylvikt på vilka konventionella metoder för organisk kemi är tillämpliga; i synnerhet kan oligosackarider, åtminstone deras lägre representanter, erhållas syntetiskt, och deras struktur kan belysas med full säkerhet i alla detaljer. Samtidigt bär oligosackarider ett element av polysackaridstrukturen. De har en glykosidbindning mellan monosackaridenheter, har många kemiska, och ibland biologiska egenskaper liknar polysackarider och kan därför betraktas som förenklade modeller av polysackarider. Kombinationen av dessa två punkter ger stor betydelse för detta område av kolhydratkemi, kännetecknar dess originalitet och motiverar dess tilldelning till en separat sektion.

Vid utvärdering av platsen för enskilda delar av kolhydratskemin i hela problemet bör den speciella betydelsen av monosackariders kemi betonas. Naturligtvis bestäms egenskaperna hos oligomerer och polymerer i första hand av egenskaperna hos monomerenheter. Därför, i kolhydrater, är studiet av kemiskt beteende, förhållandet mellan struktur och fysikaliska, kemiska och biologiska egenskaper, och de sätt på vilka dessa egenskaper kan modifieras genom att ändra strukturen, i första hand förknippat med utvecklingen av monosackaridkemi. Monosackariders kemi är grunden för att studera egenskaperna hos kolhydrater med högre molekylvikt, och därför är denna del av kolhydratkemin av grundläggande betydelse och förtjänar det mest detaljerade övervägandet i allt arbete som ägnas åt kolhydraternas kemi.

Kapitel 2. Struktur och stereokemi av monosackarider

.1 Monosockers nomenklatur och distribution i naturen

För närvarande är flera hundra monosackarider med olika struktur och stereokemi kända, vilka, enligt beskaffenheten av karbonylgruppen som ingår i deras sammansättning, kan delas in i aldoser innehållande en aldehydgrupp och ketoser innehållande en ketogrupp. Genom antalet kolatomer särskiljs trioser, tetroser, pentoser, hexoser etc. Monosackarider, som innehåller mer än sex kolatomer, kombineras under vanligt namn"högre sockerarter".

En mer detaljerad klassificering av monosackarider, med hänsyn till båda funktionerna samtidigt - antalet kolatomer och karbonylgruppens natur, skiljer mellan aldopentoser, aldohexoser, ketopentoser (eller pentuloser), etc.

De första kända monosackariderna av sammansättning C n H 2n HANDLA OM n , där antalet hydroxylgrupper per enhet mindre än antalet kolatomer: C n H n+1 O(OH) n-1 . Senare upptäcktes monosackarider med färre hydroxylgrupper, kallade deoxisocker.

Vanligtvis innehåller monosackarider en rak kedja av kolatomer, men det finns även grenkedjiga monosackarider, de så kallade "grenade" sockerarterna.

Förutom karbonyl- och hydroxylgrupper kan monosackaridmolekylen även inkludera andra funktionella grupper, såsom karboxyl- eller aminogrupper. Monosackarider som innehåller aminogrupper istället för en eller flera hydroxylgrupper kallas deoxiaminosocker eller helt enkelt aminosocker. efternamn, som är enklare och kortare, används mycket ofta, även om det inte är riktigt strikt vad gäller den för närvarande accepterade nomenklaturen. Monosackarider där kolatomen längst bort från karbonylgruppen ingår i karboxylgruppen kallas uronsyror.

Representanter för alla ovanstående grupper av monosackarider finns i naturen. Dessutom har man syntetiskt erhållit monosackarider innehållande två karbonylgrupper, såväl som sådana i vilka en eller flera hydroxylgrupper är ersatta med en halogen, en nitrogrupp, en tiolgrupp.

Monosackaridernas nomenklatur är baserad på monosackarider med sammansättning C n H 2n HANDLA OM n med en rak kedja av kolatomer. För att ange substituenternas position i en monosackaridmolekyl är det vanligt att numrera kolatomer på ett sådant sätt att karbonylkolet har det minsta antalet. Syre, väte och andra atomer kopplade till en given kolatom får samma antal. Namnet på derivatet indikerar inte bara substituentens position utan även atomen till vilken substituenten är bunden.

Monobasic karboxylsyror, som i struktur motsvarar aldoser, kallas aldonsyror, och dikarboxylsyror som härrör från oxidationen av de första och sista atomerna i kolkedjan i en monosackaridmolekyl kallas sockersyror.

Eftersom de är extremt reaktiva föreningar, finns monosackarider sällan i fri form. I en levande organism existerar de antingen i form av sina derivat, oftast i form av estrar av fosforsyra, eller är en del av mer komplexa ämnen- glykosider, oligo- och polysackarider, glykoproteiner, glykolipider, nukleinsyror, etc. Undantaget är D-glukos som finns i fri form i blodet från däggdjur, växtjuice och andra källor samt vissa ketoser.

Av monosackariderna är pentoser och hexoser de mest spridda i naturen, bland vilka D-glukos säkerligen intar första platsen. Det är en nödvändig komponent i alla levande organismer - från virus till högre växter och ryggradsdjur, och är en del av en mängd olika föreningar, allt från sackaros, cellulosa och stärkelse till vissa glykoproteiner och viral ribonukleinsyra. Ganska ofta, även om de inte har en sådan universell fördelning, är sådana pentoser som L-arabinos och D-xylos, som ingår i ett antal polysackarider och glykosider, och hexoser - D-galaktos och D-mannos, som är komponenter i många växt- och djurpolysackarider eller bakteriellt ursprung. Galaktos finns också i hjärnglykolipider, mjölkoligosackarider och ett antal viktiga glykoproteiner. En specifik biologisk roll spelas av D-ribos och 2-deoxi-D-ribos, de ämnen från vilka polymerkedjan av ribonuklein- och deoxiribonukleinsyror är uppbyggd.

Derivat av monosackarider är aktivt involverade i metabolismen av levande celler. Fotosyntes, som ger cellerna energi, avgiftning och utsöndring är förknippade med deras olika transformationer. giftiga ämnen, penetrerande från utsidan eller uppstår under metabolism, biosyntesen av aromatiska aminosyror - tyrosin och fenylalanin, såväl som ett antal andra aromatiska föreningar, bildandet av komplexa biopolymerer (polysackarider, glykoproteiner, glykolipider, nukleinsyror), som spelar ledande roll i konstruktionen av subcellulära strukturer som säkerställer att cellen fungerar korrekt.

2.2 Struktur och konfiguration av monosackarider

Den centrala platsen i monosackariders kemi upptas av aldohexoser, aldopentoser och ketohexoser. Deras struktur i allmän syn kan representeras av formlerna I, V och VI:

Från övervägandet av strukturformlerna för monosackarider kan man se att de senare innehåller ett stort antal asymmetriska kolatomer. Som ni vet, för en förening som har n asymmetriska atomer är antalet stereoisomerer 2 n För aldohexoser med struktur I måste det alltså finnas 2 4stereoisomerer och för aldopentos V och ketohexos VI-2 3stereoisomerer. Av detta är det tydligt hur viktiga de stereokemiska skillnaderna mellan enskilda monosackarider är, som först och främst skillnaderna i deras egenskaper beror på.

Redan på 80-talet av XIX-talet blev det tillräckligt känt många monosackarider och problemet uppstod med att bestämma deras konfiguration.

Början till detta arbete lades av E. Fisher, som 1891 bestämde konfigurationerna av D-glukos, D-mannos och D-fruktos.

Glukos Mannos Fruktos

Således gjorde E. Fishers studier det möjligt att bestämma den relativa konfigurationen av glukos, mannos, fruktos och arabinos. Snart etablerades de relativa konfigurationerna av de återstående pentoserna och hexoserna på liknande sätt, vilket skapade grunden för utvecklingen av kolhydratkemi. Verken av E. Fisher hade mer allmän betydelse. Som ett resultat av dessa arbeten skapades för första gången i den organiska kemins historia experimentella metoder för att bestämma konfigurationer, och Van't Hoffs stereokemiska hypotes fick en tydlig och mycket stark bekräftelse, vilket gav en kraftfull ny impuls till utvecklingen av stereokemin hos organiska föreningar som helhet.

.3 Cyklisk struktur av monosackarider

Acykliska formler är inte förenliga med ett antal kemiska egenskaper hos monosackarider. Först och främst ger karbonylgruppen i monosackarider inte några aldehydreaktioner, till exempel färgning med det konventionellt framställda Schiffs reagens (en lösning av fuchsin svavelsyra). Kompletta sockeracetater uppvisar inga aldehydegenskaper alls.

En av hydroxylgrupperna i en monosackaridmolekyl uppvisar särskilda egenskaper. Så när glukos värms upp med en 3% lösning av väteklorid i metanol, bildas en blandning av två isomera ämnen - metylglukosider som innehåller en metoxylgrupp. Som bekant, vanliga alkoholer i sådana milda tillstånd etrar bildas inte. Metylglukosider uppvisar inga aldehydegenskaper, men de har endast en metoxigrupp och kan inte vara vanliga acetaler.

Slutligen, och viktigast av allt, existerar glukos och andra monosackarider, såväl som de redan nämnda metylglukosiderna och kompletta monosackaridacetater, i två stereoisomera former. (α- Och β- isomerer). Det totala antalet isomera monosackarider och deras derivat visar sig alltså vara dubbelt så mycket som den stereokemiska teorin förutspår baserat på antalet asymmetriska kolatomer. Detta indikerar närvaron av ytterligare ett asymmetriskt centrum i monosackaridmolekylerna.

Den cykliska formeln av semiacetal (eller på annat sätt laktol) tillåter oss att förklara alla fakta som anges ovan.

Monosackariders oförmåga att ingå i vissa reaktioner som är karakteristiska för aldehydgruppen kan tillskrivas det faktum att den senare saknas i den fria formen i monosackariden. Hydroxylgrupp vid C 1(i ketoser - i C 2) i cyklisk form är i en speciell position: det är den enda av alla hydroxylgrupper kopplade till en kolatom vid vilken det finns en annan syresubstituent, och är en hydroxylgrupp i en hemiacetal. Kolatomen till vilken hemiacetalhydroxylen (annars kallad glykosidhydroxylen) är bunden kallas det glykosidiska (eller anomeriska) centret. Den höga reaktiviteten hos hemiacetalhydroxyl förklaras, ur modern synvinkel, av stabiliseringen av karboniumjonen som bildas under dess eliminering på grund av det fria elektronparet i den närliggande syreatomen.

Frånvaron av aldehydreaktioner i glykosider och fullacetater förklaras av substitutionen av hemiacetalhydroxylen, vilket utesluter möjligheten av omvandlingen av hemiacetalformen till aldehydformen.

Slutligen är det underförstått att, vid ringslutning, blir karbonylkolatomen, nu bunden till fyra olika substituenter, asymmetrisk; detta leder till en fördubbling av antalet stereoisomera aldoser och deras derivat.

Efter tillförlitliga bevis på den cykliska strukturen hos monosackaridderivat, gjorde Haworth tillägg till nomenklaturen för monosackarider. På hans förslag kallades monosackarider innehållande en sexledad tetrahydrofuranring pyranoser, deras glykosider kallades pyranosider och monosackarider och deras glykosider med en femledad tetrahydrofuranring kallades furanoser och furanosider.

Haworth reviderade också sättet på vilket formler för monosackarider skrevs. E. Fishers formler, trots alla sina fördelar, återspeglar dåligt den verkliga formen hos monosackaridmolekyler och är besvärliga. Haworth föreslog sina så kallade "lovande" formler. Enligt hans förslag anses den cykliska monosackaridmolekylen konventionellt vara platt. För bilden på papper är den mentalt placerad på ett sådant sätt att syreatomen i pyranosringen är på det största avståndet från observatörens öga till höger (vid furanosringen - i mitten), och kolkedjan skulle vara vänd mot betraktaren med dess konvexa sida. Den sålunda placerade molekylen avbildas sedan enligt perspektivets lagar, som visas nedan, och vanligtvis visas den del av molekylen som är nära betraktaren med en tjock linje.

Substituenter placeras ovanför eller under molekylens plan, beroende på konfigurationen av motsvarande kolatom.

2.4 Tautomerism av monosackarider

Som nämnts ovan, Kemiska egenskaper sockerarter kan inte helt förklaras om strukturen hos polyoxikarbonylföreningar tas för dem. Emellertid är Colley-Tollens cykliska hemiacetalformler, som eliminerar ett antal motsägelser, otillfredsställande, eftersom de inte förklarar monosackariders aldehydegenskaper och deras förmåga att ge acykliska derivat, till exempel tillsätta blåvätesyra för att bilda oxynitriler, ge tioacetaler , etc. Detta ledde till slutsatsen att monosackarider är kapabla till tautomera transformationer:

Sådana tautomera transformationer är kända som ringkedjetautomerism. Monosackarider, beroende på reaktionsbetingelserna och de använda reagensen, reagerar i en av de tautomera formerna: pyranos, furanos eller acyklisk. Sockerarter var historiskt sett ett av de första ämnena för vilka fenomenet tautomerism observerades. Konceptet med ringkedjetautomerism uppstod när man övervägde egenskaperna hos monosackarider, och först senare upptäcktes detta fenomen för enklare γ- Och δ- oxikarbonylföreningar.

Förekomsten av tautomerism för monosackarider har bekräftats experimentellt genom att studera deras optiska aktivitet, och på senare tid även genom NMR- och IR-spektroskopi.

Redan 1846 upptäckte Dubrunfo att den specifika rotationen av en glukoslösning förändras med tiden tills den når ett visst konstant värde. Detta fenomen, som också observeras för alla andra monosackarider, kallas mutarotation. Mutarotation är associerad med de ömsesidiga transformationerna av tautomera former av monosackariden och upprättandet av jämvikt mellan dem. Jämviktspositionen beror på monosackaridens struktur och stereokemi, men beror inte på vilken tautomer form av det givna sockret vi utgår från. Så, nyberedda vattenlösningar av a- och p-D-glukos har en specifik rotation [a] D +106° respektive +22,5°. Med tiden faller den första rotationens specifika rotation och den andra ökar, i båda fallen når ett konstant värde på + 52,5 °.

Baserat på ovanstående schema för jämviktsomvandling av fem olika former, bör mutarotationshastigheten uttryckas mycket komplex ekvation. Men för många monosackarider (till exempel för D-glukos och D-xylos) följer mutarotationshastigheten ekvationen reversibel reaktion av första ordningen, vilket motsvarar jämvikten endast mellan de två tautomera formerna av föreningen. Andra tautomerer är närvarande i dessa fall i mycket låga koncentrationer.

Hastigheten för mutarotation ökar både i närvaro av syror och i närvaro av baser. Man tror att det steg som bestämmer processens hastighet är den mellanliggande formationen öppen form:

Hastigheten för mutarotation av vissa sockerarter (t.ex. D-galaktos, D-ribos och alla ketoser) följer inte en första ordningens ekvation. Detta är resultatet av det faktum att mer än två tautomera former av ämnet finns i lösning i avsevärda koncentrationer. Förutom pyranosformen måste i dessa fall även furanosformen eller den acykliska formen, eller båda formerna tillsammans, finnas i lösningen.

Det finns för närvarande inga metoder för att experimentellt visa närvaron av en acyklisk form i lösningar. Varken infraröda eller ultravioletta spektra av monosackarider innehåller absorptionsmaxima som är karakteristiska för karbonylgruppen. Detta kan förklaras av hydratiseringen av karbonylfunktionen i den acykliska formen, som också är närvarande i lösning i en mycket låg koncentration.

Under lång tid trodde man att innehållet i den acykliska formen kunde bestämmas polarografiskt, och skillnaden i hastigheterna för polarografisk reduktion av monosackarider förklarades av närvaron av olika mängder av aldehydformen i jämviktsblandningen. (Dessa koncentrationer beräknades till och med.) Senare visades det emellertid att det i verkligheten är omöjligt att relatera hastigheten för polarografisk reduktion av monosackarider med koncentrationen av aldehydformen i deras vattenlösningar.

Kapitel 3. Fysikaliska egenskaper och fysikalisk-kemiska metoder för studier av monosackarider

.1 Fysikaliskt tillstånd och löslighet

Det aggregerade tillståndet och lösligheten av monosackarider och deras derivat bestäms först och främst av närvaron i deras molekyler av ett stort antal högpolära hydroxylgrupper som kan bilda vätebindningar. Därför är de allra flesta monosackarider icke-flyktiga ämnen, lättlösliga i vatten, dimetylformamid eller dimetylsulfoxid, svårlösliga i lägre alkoholer, pyridin och ättiksyra och praktiskt taget olösliga i vanliga organiska lösningsmedel som eter, bensen, kloroform, dioxan , tetrahydrofuran, etylacetat och etc. Derivat av monosackarider i vilka hydroxylgrupper är substituerade (metylestrar, acetater, trimetylsilylderivat, vissa alkylidenderivat) är dock ganska flyktiga och de kan renas genom destillation eller sublimering i vakuum. Gas-vätskekromatografi kan användas för att analysera dessa derivat.

Monosackaridmolekyler i lösningar är starkt solvatiserade på grund av dipol-dipol-interaktion och intermolekylära vätebindningar med lösningsmedlet, vilket ofta leder till bildning av trögflytande "siraper". Orienteringen av molekyler i viskösa lösningar är svår, därför är bildningen av kristallkärnor och följaktligen hela kristallisationsprocessen avsevärt långsammare eller kristallisering sker inte alls. En annan svårighet i kristallisationen av monosackarider är deras förmåga att bilda flera tautomera former. Eftersom föroreningar förhindrar kristallisering, kristalliserar ämnen som är benägna till tautomera omvandlingar vanligtvis med svårighet, eftersom med avseende på en given tautomer spelar resten rollen som föroreningar. Dessutom leder upprättandet av tautomer jämvikt till en minskning av koncentrationen av tautomeren som kan kristallisera, vilket är mycket signifikant. Tydligen kan det snabba upprättandet av tautomer jämvikt förklara varför sockerarter ofta kristalliserar väl från ättiksyra.

Av dessa skäl har ett antal speciella metoder utvecklats för kristallisering av monosackarider och deras derivat, tack vare vilka en betydande del av monosackariderna nu har erhållits i kristallint tillstånd. I vissa fall bildar monosackarider kristallina hydrater och kristallina föreningar med oorganiska salter, såsom kalciumklorid.

Hittills har inget samband fastställts mellan smältpunkten och strukturen hos monosackarider. Ett sådant beroende noterades endast för produkterna av reduktion av monosackarider - polyoler: en ökning av storleken och graden av symmetri hos molekylen leder till en ökning av smältpunkten och en minskning av antalet intermolekylära vätebindningar, till exempel , på grund av bildandet av intramolekylära bindningar, till en minskning av smältpunkten.

Studiet av strukturen av monosackarider i kristallint tillstånd är föremål för ett antal arbeten där metoden för röntgendiffraktionsanalys användes. Dessa studier visade att i de studerade fallen bestod monosackaridkristaller av molekyler i pyranosform, som hade den mest stabila stolkonformationen (C1 för D-glukos och D-xylos, 1C för D-arabinos och L-ramnos). Röntgendiffraktionsanalys är således lämplig för att studera strukturen, konfigurationen och konformationen av monosackarider i kristallint tillstånd.

.2 Optisk aktivitet

Alla monosackarider är optiskt aktiva föreningar, och under en lång tid polarimetri var den enda fysiska metoden som framgångsrikt användes för att studera sockerarter. Denna metod är fortfarande av stor betydelse idag.

Ett mått på den optiska aktiviteten hos ett ämne är dess specifika rotation [a], värdet på den specifika rotationen av ett ämne beror på ljusvågens våglängd; därför används vanligtvis en monokromatisk ljuskälla, oftast en natriumlampa, som ger ljus med en våglängd på 589 mikron.

Mätning av den specifika rotationen av monosackarider och deras derivat är en av de enklaste och mest pålitliga metoderna för att övervaka deras renhet, och, som kommer att ses nedan, ger värdefull information om strukturen, stereokemin och konformationen av ett ämne i lösningar.

Alla lösningsmedel i vilka den studerade monosackariden är tillräckligt löslig är lämpliga för att mäta den specifika rotationen. Vanligtvis används lösningar med en koncentration av 0,1-1,0%, och vatten används oftast som lösningsmedel; för lågpolära derivat av monosackarider används också kloroform, metanol, pyridin etc. Eftersom värdet av den specifika rotationen beror på lösningsmedlet, koncentrationen av ämnet i lösningen och temperatur, tillsammans med värdet på den specifika rotationen rotation för ett visst ämne ges alltid uppgifter om de förhållanden under vilka mätningarna gjordes.

Många försök är kända för att relatera storleken av optisk aktivitet till materiens struktur. Sålunda formulerade van't Hoff "principen om optisk superposition", enligt vilken den molekylära rotationen av ett ämne är den algebraiska summan av de optiska aktiviteterna för alla dess asymmetriska atomer. För sockerarter modifierades denna princip av Hudson i form av hans allmänt kända regler för isorotation, lakton och amid.

I enlighet med den första regeln för "isorotation" skillnaden i molekylära rotationer; De två anomererna för alla aldoser måste vara konstanta. Men i verkligheten är detta inte helt sant, det finns två olika konstanter: den större motsvarar aldoser som har en ekvatorial hydroxyl vid C i sin mest stabila konformation. 2, och den mindre - till aldoza som innehåller en axiell hydroxyl vid C 2. Sålunda är effekten av konfigurationen vid kolatomen intill det anomera centrum signifikant.

Liknande slutsatser kan dras för metylglykosider. Och i det här fallet påverkas inte värdet av 2A av vare sig ringstorleken, eller ersättningen av hydroxylgrupper med metoxigrupper, eller en förändring i konfigurationen av C3 eller C 4. Men konfigurationen av C 2och här har det en betydande inverkan.

Enligt den andra isorotationsregeln ändrar substituenter vid C 1 har en obetydlig effekt på värdet av 2B-konstanten, d.v.s. summan av molekylära rotationer för båda anomera aldoser bör vara lika med summan av molekylära rotationer för motsvarande metyl-, etyl- och andra alkylglykosider, vilket bekräftas av experimentella data.

Den andra isorotationsregeln tillåter en att lösa problemet med ringstorleken i ett givet par av anomerer. Men betydande avvikelser från den andra isorotationsregeln är också kända. Värdet på 2B varierar över ett brett intervall för glykosider med omättade, aromatiska eller andra mycket polariserbara aglykoner. Till exempel gäller denna regel inte nukleosider.

Hudsons laktonregel relaterar till konfigurationen vid C 4eller med 5 med rotation av aldonsyror och deras laktoner. Om laktonen har en mer positiv rotation än den ursprungliga aldonsyran, då är kolatomen som är involverad i bildningen av laktonen (C 4För γ- och C 5För δ- laktoner), har en D-konfiguration. Om rotationen av laktonen är mer negativ måste motsvarande kolatom ha L-konfiguration. Laktonregeln användes för att bestämma konfigurationen av C 4och C 5eller för att bestämma storleken på laktonringen. Användningen av denna regel kan dock ibland leda till fel, som till exempel när man bestämmer konfigurationen för C 4i neuraminsyra.

Enligt Hudson-amidregeln, amiden av en aldonsyra som har en D-konfiguration vid C 2, har en mer positiv rotation än den ursprungliga syran, och motsvarande amid med L-konfigurationen vid C 2har en mer negativ rotation än den ursprungliga syran.

En mer detaljerad analys av förhållandet mellan strukturen och stereokemin hos monosackarider och deras molekylära rotation utfördes av Whiffen. Enligt Whiffen kan ett ämnes molekylära rotation representeras av summan av rotationer som motsvarar alla möjliga kombinationer av atomer i det.

Det tillvägagångssätt som Whiffen föreslagit utvecklades vidare i Brewsters arbete, som utvecklade mer allmän metod beräkning, som gjorde det möjligt för honom, baserat på tillgängliga experimentella data, att beräkna värdena för molekylär rotation för många acykliska, cykliska, mättade och omättade föreningar, inklusive terpener, steroider, aminosyror, etc. För monosackarider introducerade Brewster en något ett annat system av konstanter än Whiffen, och förklarade dem delvis fysisk mening. Resultaten av Brewster-beräkningarna överensstämmer med de experimentella värdena för molekylär rotation såväl som de resultat som erhållits med Whiffen-metoden. Andra system för beräkning av monosackariders molekylära rotationer har också föreslagits, vilka också ger tillfredsställande resultat, men som inte har stora praktiska fördelar jämfört med det relativt enkla och beskrivande Whiffen-systemet.

Att beräkna mängden molekylär rotation enligt Whiffen eller Brewster kan vara extremt användbart när man väljer mellan flera alternativa strukturer. Det är också tillämpbart för att bedöma konformationen av en monosackarid i lösning.

Sammanfattningsvis bör det noteras att metoder baserade på mätning av den specifika rotationen av ett ämne (polarimetri och optisk rotationsdispersion) kan användas för att fastställa konfigurationen av enskilda kolatomer och lösa vissa strukturella problem (till exempel för att fastställa ringstorlek). En betydande begränsning av dessa metoder är förekomsten av undantag från empiriska regler som inte kan förutses. Men Whiffens och Brewsters beräkningsmetoder öppnar nya möjligheter för användningen av polarimetri, som jämförs med andra. fysiska metoder enkel mätning och tillgänglighet nödvändig utrustning. Som ytterligare utveckling teknik och ackumulering av relevanta experimentella data, polarimetri i det ultravioletta området av spektrumet och metoden för optisk rotationsspridning kommer också, tydligen, att hitta mer bred tillämpning i studiet av monosackariders struktur och stereokemi.

.3 Infraröda och ultravioletta spektra av monosackarider och deras derivat

Trots det faktum att ett mycket stort antal arbeten har ägnats åt IR-spektroskopi av monosackarider och deras derivat, förblir resultaten som erhålls med denna metod ganska blygsamma. Detta beror på komplexiteten i att tolka IR-spektra för monosackarider och många experimentella svårigheter på grund av monosackariders egenskaper.

Eftersom monosackarider är olösliga i lösningsmedel som används i IR-spektroskopi (CC1 4, SNS1 3.CS 2), och användningen av vatten som lösningsmedel kräver speciell komplex utrustning, avlägsnas IR-spektra i lösning endast för att studera substituerade derivat av monosackarider. För monosackarider själva, såväl som för deras derivat, tas vanligtvis spektra in vaselinolja eller i tabletter bestående av prov och kaliumbromid. Var och en av dessa metoder är inte fri från grundläggande brister, och deras tillämpning är förknippad med vissa tekniska svårigheter.

Det finns inga absorptionsband som är karakteristiska för en viss monosackarid och endast inneboende i den. Därför, för identifiering genom jämförelse med spektrumet av en känd förening, är det nödvändigt att ta ett IR-spektrum inom ett brett frekvensområde, vanligtvis från 4000 till 650 cm -1, och regionen 1250–650 slg är särskilt karakteristisk. 1, det så kallade "fingeravtrycksområdet".

Det bör betonas att båda proverna - de studerade och de kända - måste framställas med samma metod, och de jämförda föreningarna måste vara i samma aggregationstillstånd. Flera exempel är kända när i IR-spektra av en monosackarid tagen i amorft och kristallint tillstånd, visade sig individuella band vara förskjutna i förhållande till varandra och skiftet nådde 20 cm -1. Det är också nödvändigt att ta hänsyn till möjligheten av bildandet av polymorfa modifieringar och kristallsolvat med olika mängd bundet lösningsmedel, som är mycket karakteristiskt för kolhydrater.

Även om användningen av IR-spektroskopi i kemin av monosackarider har gett en del viktiga resultat, är omfattningen av denna metod fortfarande ganska begränsad. Den mest fruktbara var studien med IR-spektroskopi av intramolekylära vätebindningar, men deras upptäckt är endast möjlig i föreningar som är ganska lösliga i koltetraklorid, vilket utesluter utvidgningen av metoden till fria monosackarider. Bestämning av cykelstorleken är mer tillförlitlig med andra metoder, till exempel genom att använda masspektrometri. För att bestämma konfigurationen för C 1i vissa fall är polarimetri eller NMR-spektroskopi mer praktiskt.

Monosackarider och de flesta av deras derivat innehåller inte kromoforer som absorberar i de ultravioletta och synliga områdena av spektrumet; därför finner UV-spektroskopi mycket begränsad användning i kemin av monosackarider för att lösa vissa speciella problem, till exempel för att studera strukturen och tautomerism av socker fenylhydrazoner.

3.4 NMR-spektra för monosackarider och deras derivat

I studien av monosackarider är NMR-spektroskopi utan tvekan den mest kraftfulla fysikalisk-kemiska metoden som finns tillgänglig för närvarande, och denna metod kan visa sig vara ganska värdefull för att fastställa konfigurationen och konformationen av monosackarider.

Information om ett ämnes struktur och stereokemi från ett NMR-spektrum kan erhållas genom att beakta signalens intensitet, dess relativa position i spektrumet, kallat det kemiska skiftet, och analysera spin-spin-interaktionen, men oftast från en kombination av alla dessa egenskaper.

Högupplösta NMR-spektra gör det i princip möjligt att erhålla information om placeringen och det rumsliga arrangemanget av alla väteatomer i en molekyl och kan reflektera mycket subtila skillnader mellan dessa atomer. Detta gör användningen av NMR-spektroskopi särskilt fruktbar när det gäller kolhydrater, som så kännetecknas av närvaron av olika typer av CH-bindningar, som oftast skiljer sig endast i rumslig orientering eller mycket små förändringar i den kemiska miljön.

NMR-spektra kan erhållas för själva monosackariderna och för deras olika derivat.

NMR-spektroskopi har ett antal fördelar vid studiet av sockerarter: tillämpningen av metoden begränsas inte av lösligheten av föreningarna som studeras; den ger korrekt information om de studerade ämnenas funktionella sammansättning, struktur, konfiguration och konformation. Tolkningen av spektrumet är relativt enkel. För närvarande finns det redan många arbeten som ägnas åt användningen av NMR-spektroskopi för att studera sockerarter. Det måste antas att NMR-spektroskopin av sockerarter kommer att fortsätta att utvecklas och, med förbättring av instrument, kommer att få en ännu bredare tillämpning.

.5 Masspektra för monosackarider och deras derivat

Den masspektrometriska metoden skiljer sig fundamentalt från andra fysikalisk-kemiska metoder. NMR-, IR- eller UV-spektroskopi är baserad på analysen av en sådan absorption av energin hos en extern elektromagnetiskt fält ett ämne som får en molekyl att flytta till högre energinivåer, men leder inte till ett avbrott kovalenta bindningar. Inom masspektrometri används dock influenser (accelererade elektroner med en energi på 20-70 eV, UV-ljus) som orsakar jonisering av en molekyl med förlust av en av elektronerna och dess ytterligare sönderfall, åtföljt av brytning av kovalent obligationer. Följaktligen är masspektrometri baserad på studiet av kemiska förändringar i ett ämne och ligger ur denna synvinkel nära de vanliga destruktiva metoderna för organisk kemi.

I en masspektrometer separeras joniserade molekyler och laddade fragment som härrör från dem efter deras massor. Ett ämnes masspektrum är en serie toppar, som var och en motsvarar joner med ett givet förhållande mellan massa och laddning (m/e), varvid den senare vanligtvis är lika med en. Därför är värdet på m/e oftast lika med massan av den givna jonen. Toppintensiteten beror först och främst på stabiliteten hos motsvarande jon, och den senare bestäms av de lagar som är välkända från organisk kemi. Genom att analysera masspektrumet kan man få värdefull information om strukturen hos den studerade molekylen.

Det finns två allvarliga begränsningar i tillämpningen av den masspektrometriska metoden. För det första, för att få ett masspektrum av ett ämne, är det nödvändigt att det har en viss minimal flyktighet. Moderna masspektrometrar är utformade på ett sådant sätt att för att mäta masspektrumet är det nödvändigt att överföra ett prov av ett ämne till ett ångtillstånd. Även om masspektra av ämnen som är så högpolära och med låg flyktighet som metylglykosider har beskrivits, är det vanligtvis föredraget att arbeta med sockerderivat där de flesta av hydroxylgrupperna är ersatta av acetoxi- eller metoxigrupper för att öka flyktigheten. Behovet av att arbeta med flyktiga derivat är metodens viktigaste tekniska begränsning.

Det finns två allvarliga begränsningar i tillämpningen av den masspektrometriska metoden. För det första, för att få ett masspektrum av ett ämne, är det nödvändigt att det har en viss minimal flyktighet. Moderna masspektrometrar är utformade på ett sådant sätt att för att mäta masspektrumet är det nödvändigt att överföra ett prov av ett ämne till ett ångtillstånd. Även om masspektra av ämnen som är så högpolära och med låg flyktighet som metylglykosider har beskrivits, är det vanligtvis föredraget att arbeta med sockerderivat där de flesta av hydroxylgrupperna är ersatta av acetoxi- eller metoxigrupper för att öka flyktigheten. Behovet av att arbeta med flyktiga derivat är metodens viktigaste tekniska begränsning.

En annan, redan grundläggande, begränsning av användningen av masspektrometri är förknippad med den relativt låga känsligheten hos denna metod för stereokemiska egenskaper: vanligtvis är masspektra för stereoisomera sockerarter nästan desamma, även om det ibland finns några små skillnader i intensiteten av individuella toppar. Masspektrumanalys är en komplex uppgift och består i att belysa strukturerna hos de resulterande fragmenten och möjliga sätt deras formationer, vars kunskap gör det möjligt att återskapa strukturen hos den ursprungliga molekylen eller dess delar.

Det finns inga generella sönderfallsmönster för alla studerade derivat av monosackarider. Varje grupp har sin egen egenskaper, och även inom gruppen bestäms sönderfallsmekanismen av naturen hos substituenterna som är associerade med syreatomerna, såväl som andra detaljer i strukturen.

Beroende på sönderdelningens karaktär kan monosackaridderivat delas in i tre stora grupper: acykliska derivat, monocykliska derivat och derivat som innehåller flera cykler. Nedbrytningen av acykliska derivat fortskrider enklast.

I masspektrumet av arabitolpentaacetat finns det alltså fyra fragment som motsvarar alla fundamentalt möjliga primära brott i kolkedjan.

Andra fragment uppstår på grund av eliminering av en ketenmolekyl (m/e=42) eller en ättiksyramolekyl (m/e=60) från ovanstående fyra primära fragment. Svårare är nedbrytningen av acykliska derivat med funktionella grupper, såsom al-form acetater, tioacetaler eller deras acetater; i detta fall uppstår avbrott i närheten av den funktionella gruppen.

Nedbrytning av cykliska derivat sockerarter - pyranos eller furanos - börjar med brytningen av bindningar som ligger nära glykosidcentrum, och nedbrytningen av acetater skiljer sig väsentligt från nedbrytningen av metylestrar och fragmenteringen av furanos från fragmenteringen av pyranos. För furanos är en klyvning av C-bindningen mycket karakteristisk. 4- MED 5. Ett liknande avbrott i kommunikationen med 5- MED 6 i hexopyranoser förekommer i mycket mindre utsträckning.

Även om användningen av masspektrometri för att fastställa strukturen av partiellt metylerade monosackarider är mycket viktig, är omfattningen av den masspektrometriska metoden inte begränsad till detta. Det finns många exempel på användningen av masspektrometri för att bestämma strukturen av monosackarider. Metoden utvecklas snabbt och utan tvekan kommer nya områden för dess vidare tillämpning att hittas inom en snar framtid.

kolhydratmonosackarid oligosackaridpolysackarid

Kapitel 4. Oligosackarider

.1 Oligosackariders struktur

Klassen oligosackarider är en mellangrupp av kolhydrater mellan monosackarider och polysackarider, som fortfarande behåller många av egenskaperna hos monomera sockerarter och samtidigt har ett antal egenskaper som är karakteristiska för polysackarider. Även om dessa föreningar i sin struktur och egenskaper ligger nära de två ovan nämnda stora klasserna naturliga sockerarter, de är viktiga i sig.

Oligo- och polysackarider inkluderar föreningar vars molekyler är uppbyggda av monosackaridrester sammankopplade med O-glykosidbindningar. Skillnaden mellan oligosackarider och polysackarider kan inte göras strikt, eftersom naturliga kolhydrater representeras av ett nästan kontinuerligt utbud av föreningar från monosackarider till högre polysackarider. Ur metodisk synvinkel är det dock tillrådligt att överväga föreningar som innehåller upp till 8–10 monosackaridenheter som oligosackarider och mer högmolekylära sockerarter som polysackarider. Inom klassen av oligosackarider särskiljs disackarider, trisackarider, tetrasackarider, etc. beroende på antalet monosackaridenheter. villkorlig klassificering man kan överväga föreningar i studien av vilka de vanliga logiska tillvägagångssätten och metodiska metoderna för organisk kemi kan tillämpas. Således kan oligosackarider som regel isoleras i ett individuellt tillstånd och det är möjligt för dem att fastställa en entydig strukturformel, i den mening som är brukligt inom organisk kemi. För polysackarider, tvärtom, ersätts begreppet en enskild substans av begreppet en blandning av polymerhomologer med samma typ av struktur av makromolekyler. Därför är de strukturella formlerna för polysackarider något godtyckliga, vilket motsvarar konventionaliteten hos motsvarande koncept i kemin av makromolekylära föreningar. Detta innebär ett antal skillnader i metoderna för att studera båda klasserna av kolhydrater: för oligosackarider är metoderna för klassisk organisk kemi karakteristiska, för polysackarider, metoderna för kemi för makromolekylära föreningar.

I oligosackaridmolekylen, i vilken alla glykosidbindningar bildas av hemiacetalhydroxylen i en monosackarid och alkoholhydroxylen i en annan, finns en osubstituerad hemiacetalhydroxyl kvar i slutet av kedjan. Sådana oligosackarider, som har ett antal karakteristiska egenskaper för karbonylföreningar, kallas reducerande (reducerande) oligosackarider. Exempel på reducerande oligosackarider är laktos I och maltotrios II:

Oligosackarider i vilka en av glykosylresterna är kopplad genom en glykosidbindning till hemiacetalhydroxylen hos en annan monosackarid innehåller ingen fri hemiacetalhydroxyl. Sådana föreningar uppvisar inte karakteristiska aldehydreaktioner och kallas icke-reducerande (icke-reducerande) oligosackarider. Typiska representanter för icke-reducerande oligosackarider är sackaros III, trehalos IV och melecytos V:

Oligosackarider i vilka inte mer än en glykosylrest är bunden till alkoholhydroxylerna i varje monosackaridenhet kallas ogrenade; grenade oligosackarider innehåller monosackaridenheter som bär mer än en glykosylrest på alkoholhydroxyler. Sådana länkar kallas grenpunkter i oligosackaridkedjan.

Föreningarna II och V är exempel på rakkedjiga oligosackarider, medan trisackariden solatrios VI och tetrasackariderna lykotetraos VII och bifurkos VIII är exempel på grenade oligosackarider.

Monosackarider som finns i ändarna av oligosackaridkedjor kallas terminala (terminala). Vid reducerande oligosackarider särskiljs den reducerande änden, eller den reducerande enheten som innehåller den fria hemiacetalhydroxylen, från de andra ändenheterna, som ofta betecknas helt enkelt som terminala monosackarider. Så i formeln VII är resterna markerade med siffrorna 1 och 2 terminala, siffran 3 indikerar länken, som är förgreningspunkten, och siffran 4 är den reducerande länken. Oligosackarider byggda av rester av en monosackarid kallas homoligosackarider, i motsats till heterooligosackarider, som inkluderar rester av olika monosackarider. Till exempel är maltotrios II en homotrisackarid medan bifurkos VIII är en heterotetrasackarid.

.2 Oligosackaridnomenklatur

Det finns två nomenklatursystem för oligosackarider. Den första av dem liknar nomenklaturen för O-substituerade derivat av monosackarider, och rotordet i namnet är namnet på den reducerande länken, och resten av oligosackaridkedjan anses vara en substituent för denna monosackarid. Så till exempel bör laktos I enligt detta system kallas 4-O-( β -D-galaktopyranosyl)-D-glukos, maltotrios II-4-O-D-glukos och lykotetraos VII-4-O-D-glukos. Icke-reducerande oligosackarider benämns på liknande sätt, med skillnaden att grundordet är namnet på två monosackaridrester sammanlänkade med en glykosidbindning genom hemiacetalhydroxyler; en av dessa monosackaridrester ingår i namnet med suffixet "il", och den andra med suffixet "id". Så till exempel kallas bifurkos VIII enligt denna nomenklatur 1,6-bis-O-( β -D-fruktofuranosyl)- β -D-fruktofuranosyl- α -D-glukopirakosid.

Ett annat nomenklatursystem, särskilt användbart för rakkedjiga oligosackarider, är att skriva namnen på glykosylresterna i följd, utgående från den icke-reducerande änden. Mellan dem är siffror placerade inom parentes som indikerar antalet hydroxylgrupper kopplade av en glykosidbindning. Dessa siffror är förbundna med en pil som pekar från hemiacetal-hydroxylen till alkoholen. Rotordet i det här fallet är namnet på återställningslänken. Enligt detta system kallas maltotriose II α- D-glukopyranosyl-(1→4 )-α- D-glukopyranosyl-(1-→4)-D-glukos.

Ibland finns det också namn på oligosackarider där element från båda nomenklatursystemen används. Dessutom har många oligosackarider triviala namn.

.3 naturliga källor oligosackarider

I det fria tillståndet är oligosackarider mest representerade i växtvärlden, där de, uppenbarligen, främst spelar rollen som reservkolhydrater. De karakteristiska och vanligaste representanterna för växtoligosackarider är oligosackarider från sackarosgruppen: melecytos V, bifurkos VIII, raffinos IX, gentianos X, stachyos XI, etc.

Molekylerna av dessa föreningar är baserade på ett fragment av sackaros, vars alkoholhydroxyler är ersatta av rester av andra monosackarider, oftast D-fruktos, D-glukos och D-galaktos. Tydligen är dessa oligosackarider nära besläktade biogenetiskt med vissa klasser av växtpolysackarider, såsom fruktaner, eftersom kolhydratkedjorna hos de senare ofta också slutar i en sackarosdel. Gruppen av sackarosoligomergomologer inkluderar några viktiga disackarider som bildas under den partiella hydrolysen av dessa oligomerer. Dessa inkluderar gentiobios XII, erhållen genom hydrolys av gentianos och ett antal naturliga glykosider, melibios XIII (från raffinos), turanos XIV (från melecytos) och några andra. De flesta av dem finns också i växter i fritt tillstånd.

I dam- och komjölk hittades, förutom det välkända laktos X, en grupp besläktade oligosackarider innehållande en laktosrest. Dessa föreningar innehåller typiskt D-glukos, D-galaktos, N-acetyl-D-glukosamin och L-fukos. Vissa oligosackarider i denna grupp innehåller också en D-mannos- och D-neuraminsyrarest. En av de mest komplexa representanterna för denna grupp, vars struktur är helt etablerad, är lakto-N-difukohexaos II (XV), isolerad från bröstmjölk:

utveckling av däggdjur, eftersom de deltar i bildandet av tarmfloran hos nyfödda, vilket är nödvändigt för normal matsmältning.

Förutom dessa två klart definierade grupper av naturliga oligosackarider har ett antal andra representanter för denna klass isolerats från levande organismer, som för närvarande inte kan kombineras till några karakteristiska grupper enligt kemiska eller biogenetiska egenskaper.

Den viktigaste källan till oligosackarider är produkterna från partiell hydrolys av polysackarider, som består i uppdelningen av polysackarider i oligomera fragment. Att fastställa strukturen för dessa fragment ger viktig information på strukturen av den initiala polymeren. När vanliga homopolysackarider klyvs erhålls en uppsättning oligomergomologer med en upprepad monosackaridenhetsstruktur. Produkterna av partiell hydrolys av de viktigaste ogrenade polysackariderna bildar familjer av ogrenade homoligosackarider (dextriner). Dessa föreningar spelade en viktig roll i utvecklingen av oligosackariders kemi, eftersom deras regelbundna struktur och tillgången på ganska kompletta uppsättningar oligomergomologer gjorde det möjligt att spåra mönstren för förändringar i många fysikaliska och kemiska egenskaper hos oligosackarider beroende på graden av polymerisation. Mest viktiga grupper sådana oligosackarider är oligomergomologer av maltos (maltodextriner XVI, cellobioser (cellodextriner XVII), laminaridextriner XVIII, xylodextriner XIX, mannodextriner XX, inulodextriner XXI, etc. - från inulin och etc.)

Karakteristiskt är att de lägre representanterna för de flesta av de listade grupperna av oligomergomologer finns i naturen i ett fritt tillstånd.

Med partiell hydrolys av grenade polysackarider och heteropolysackarider, som regel, komplexa blandningar oligosackarider, mycket olika i struktur och molekylvikt. De flesta av de för närvarande kända oligosackariderna har isolerats från sådana hydrolysat. Utan tvekan kommer den partiella hydrolysen av komplexa polysackarider i framtiden att fungera som en outtömlig källa för nya oligosackarider. Regelbundenheterna för strukturen hos de på detta sätt erhållna oligosackariderna är nära besläktade med strukturen hos de initiala polysackariderna, vilket bestämmer de föredragna ställena för klyvning av polysackaridkedjan. Som ett exempel presenterar vi här endast ett mycket karaktäristisk grupp föreningar såsom aldobiouronsyror. Glykosidbindningarna är mycket mer resistenta mot syrahydrolys än glykosidbindningarna hos neutrala aldoser. Därför, i studien av polysackarider som innehåller uronsyror, är det möjligt att välja de förhållanden under vilka hydrolysen av alla glykosidbindningar, förutom glykuronosid-bindningar, sker. Produkterna från sådan hydrolys, tillsammans med monosackarider, är disackarider, vid vars icke-reducerande ände finns uronsyrarester (aldobiouronsyror).

Förutom att skilja från naturmaterial och partiell hydrolys av polysackarider, erhålls oligosackarider också genom enzymatisk eller mikrobiologisk syntes. De mest intressanta och märkliga representanterna för denna grupp är de så kallade Shardinger-dextrinerna, som bildas under hydrolysen av stärkelse av enzymer som produceras av mikroorganismerna Bacillus macerans. Dessa är cykliska oligosackarider med den allmänna formeln XXIV:

Således har de flesta av de för närvarande kända oligosackariderna, direkt eller indirekt, naturligt ursprung. Den kemiska syntesen av oligosackarider, som en källa till nya föreningar av denna klass, spelar fortfarande en underordnad roll.

.4 Egenskaper hos oligosackarider

fysikaliska egenskaper.De flesta oligosackarider är lösliga i vatten, något lösliga i lägre alkoholer och praktiskt taget olösliga i andra vanliga lösningsmedel, med undantag för dimetylformamid, formamid och dimetylsulfoxid. På förhöjda temperaturer lägre oligosackarider är lösliga i ättiksyra och pyridin. Vissa högre ogrenade reguljära oligosackarider av cellodextrintyp är svåra att lösa i vatten och deras löslighet minskar snabbt med ökande molekylvikt.

Oligosackarider är fasta eller icke-kristalliserande siraper. Att erhålla reducerande oligosackarider i kristallint tillstånd är ofta en svår uppgift, eftersom dessa föreningar i lösning representerar en jämviktsblandning av tautomerer. Favoritlösningsmedel för kristallisation av oligosackarider är vatten, lägre alkoholer och ättiksyra. Det sistnämnda lösningsmedlet är särskilt effektivt för lägre reducerande oligosackarider, eftersom i miljön av ättiksyra den mutarotationella jämvikten etableras snabbt, vilket avsevärt accelererar och underlättar kristallisation. Liksom monosackarider kristalliseras reducerande oligosackarider vanligtvis som en specifik anomer.

Både amorfa och kristallina oligosackarider smälter ofta i ett visst temperaturområde och, som regel, med sönderdelning.

Kemiska egenskaper och derivat.De viktigaste reaktionerna av oligosackarider, såsom hydrolys, alkylering, relation till specifika oxidationsmedel och reduktionsmedel, eller till enzymer, studeras och används i processen för att fastställa strukturen av dessa föreningar och deras syntes. Dessa frågor behandlas i de kommande två kapitlen, så här kommer vi bara att fokusera på generella egenskaper kemiskt beteende hos oligosackarider.

Oligosackariders kemiska beteende består av egenskaperna hos den reducerande enheten (om någon) som innehåller substituenter i vissa positioner, och egenskaperna hos motsvarande glykosylrester sammanlänkade med glykosidbindningar. De senares beteende liknar i allmänhet motsvarande lägre alkylglykosider. Den mest karakteristiska reaktionen som är inneboende i alla oligosackarider är deras sura hydrolys, vilket resulterar i klyvning av glykosidbindningar och bildning av monosackarider. I allmänhet liknar mekanismen för denna reaktion och dess regelbundenheter hydrolysen av O-alkylglykosider. Subtila skillnader i hydrolyshastigheten för olika typer av glykosidbindningar i oligosackarider är av stor betydelse för att fastställa strukturen hos dessa föreningar.

Reducerande oligosackarider uppvisar karakteristiska reaktioner av karbonylfunktionen i samma utsträckning som motsvarande monosackarider: de mutarerar i lösningar, oxiderar till aldonsyror och reduceras till polyoler, bildar osazoner och andra typiska derivat av karbonylgruppen; deras derivat i det glykosidiska centrumet kännetecknas av stereoisomerism, vilket är karakteristiskt för liknande derivat av monosackarider etc. Närvaron av en glykosidbindning i molekylen av reducerande oligosackarider medför dock vissa begränsningar för möjligheten att utföra vissa reaktioner av dessa föreningar . Således är den direkta syntesen av oligosackaridmerkaptaler förknippad med betydande svårigheter, eftersom denna reaktion fortskrider i starkt sura miljöer som orsakar klyvning av glykosidbindningar. Liknande komplikationer uppstår vid syntesen av Fischer-glykosider från reducerande oligosackarider, även om derivat av furanosformerna av reducerande oligosackarider kan erhållas på detta sätt.

Signifikanta skillnader i beteendet hos reducerande oligosackarider och motsvarande monosackarider uppträder när en substituent (oligosackaridkedja) vid den reducerande enheten av oligosackariden förhindrar bildningen av en eller annan cyklisk form av den reducerande enheten. Så till exempel kan laktos I eller cellobios XXV inte ge derivat med furanosformen av glukos, medan i leukos XXVI och dess derivat kan fruktosresten endast vara i pyranosform, vilket i allmänhet inte är särskilt karakteristiskt för denna monosackarid.

Det kemiska utseendet av icke-reducerande oligosackarider består av beteendet hos motsvarande glykosylrester och har i allmänhet ingen specifika funktioner förutom förmågan att hydrolysera.

För oligosackarider har de huvudsakliga typerna av derivat som är karakteristiska för monosackarider syntetiserats, även om antalet av dessa derivat i allmänhet är ganska begränsat. Dessa är huvudsakligen kompletta acetater, acetalogenoser, metyl- och bensylglykosider och deras kompletta acetater. För många reducerande oligosackarider, har osazoner och andra derivat som vanligtvis används för identifiering av sockerarter, såväl som oxidations- och reduktionsprodukter av aldehydfunktionen, erhållits. specialgruppär derivat som bildas under den kemiska syntesen av oligosackarider. Sådana föreningar kännetecknas ofta av en mycket märklig kombination av skyddsgrupper som inte kan erhållas på något annat sätt.

Den relativt låga kunskapsnivån om oligosackaridderivat förklaras både av den låga tillgängligheten av de flesta föreningar i denna klass och av det faktum att syntetiska studier endast spelar en underordnad roll inom denna gren av kolhydratkemin.

Kapitel 5

.1 Nomenklatur och klassificering

Polysackarider är högmolekylära produkter av polykondensation av monosackarider kopplade till varandra genom glykosidbindningar och bildar linjära eller grenade kedjor. Molekylvikten för polysackarider är relativt hög och kan mätas befintliga metoder endast med en viss grad av approximation; detta skiljer polysackarider från oligosackarider, vars polymerisationsgrad kan bestämmas noggrant med klassiska kemiska och fysikaliskkemiska metoder.

Polysackarider kan vara sammansatta av en eller flera typer av monosackarider, och beroende på detta särskiljs homo- och heteropolysackarider. Tydligen innehåller även de mest komplexa polysackariderna sällan mer än fem eller sex olika monosackarider. De vanligaste av dem är hexoser - glukos, galaktos, mannos, pentoser - arabinos, xylos. Ketos i polysackarider är mycket mindre vanliga än aldoser. Utbredda är 6-deoxihexoser - ramnos, fukos, 2-aminosocker - glukosamin, galaktosamin, samt uronsyror och neuraminsyra. Dessutom innehåller många polysackarider icke-kolhydratsubstituenter - rester av svavel- eller fosforsyror, organiska syror, vanligtvis ättiksyra. Blandade biopolymerer innehåller förutom kolhydratdelen protein- eller lipidkomponenter.

Komplexiteten i strukturen av polysackarider och mångfalden av kända strukturer tillåter inte att skapa ett systematiskt tillvägagångssätt för dem. kemisk nomenklatur. Förnamnen på polysackarider härleddes från källan till isolering eller i samband med några karakteristisk egenskap fått substans. Dessa är de fast rotade namnen på de mest utbredda polysackariderna: cellulosa, stärkelse, amylos, amylopektin, glykogen, inulin, pektin, kitin, heparin, kondroitin eller termer som betecknar hela klasser av dessa föreningar, till exempel hemicellulosa (polysackarider som åtföljer cellulosa). växternas cellvägg), polyuronider (polysackarider med en övervikt av uronsyror i molekylen), mukopolysackarider (polysackarider innehållande aminosocker) etc.

Därefter föreslogs det att beteckna polysackarider och ersätta suffixet "ose" i namnet på motsvarande monosackarider med "an" (men inte " ozan",som står för sockeranhydrider). Således är termerna "polysackarid" och "glykan" synonyma. Nomenklaturen är baserad på monosackaridsammansättningen av polysackarider. Så homo- och heteroglykaner särskiljs, och D-glukan är en polymer byggd endast av D-glukosrester, D-galakto-D-mannoglykan är en polysackarid (diglykan) som innehåller D-galaktos och D-mannosrester, etc. e Ytterligare detaljering av nomenklaturen är möjlig om strukturen av polysackarider studeras mer i detalj, till exempel urskiljs linjära och grenade homoglykaner, α- Och β- glukaner etc.

För att beskriva ett stort antal för närvarande kända polysackarider är det nödvändigt att välja ett eller annat klassificeringssystem. Eftersom en strikt klassificering efter kemisk struktur eller biologisk roll inte är möjlig på grund av bristen på heltäckande data för många polysackarider, klassificeras polysackarider oftast efter källor till isolering, trots att samma polysackarid kan erhållas från helt olika källor. Denna klassificering gör det möjligt att dela in naturliga polysackarider i tre stora grupper: fytopolysackarider, polysackarider av mikroorganismer och zoopolysackarider, inom vilka ytterligare indelning utförs dels enligt källorna till isolering, dels enligt polysackaridernas kemiska struktur.

.2 Polysackarider i naturen

Polysackarider utgör huvuddelen av organiskt material på jorden. Det mesta av torrvikten hos högre landväxter och alger finns i polysackarider; en något mindre, även om mycket betydande, mängd polysackarider utför skelettfunktioner, vilket ger styvhet till celler eller deras aggregat. Dessa polysackarider inkluderar cellulosa och kitin, de två vanligaste organiska ämnena i naturen. Cellulosa är växternas huvudsakliga strukturella material, även om vissa bakterier och ryggradslösa djur också kan syntetisera det. Kitin är huvudkomponenten i leddjursskelettet och är också en del av svamparnas cellväggar. Ett antal andra polysackarider deltar också i konstruktionen av växtcellväggar: svampmannaner, hemicellulosa och pektinämnen från högre växter. Tång skiljer sig avsevärt från landväxter i polysackaridsammansättningen av deras cellväggar, vilket utan tvekan är förknippat med de specifika förhållandena i deras livsmiljö. karaktäristiska komponenter tångär polysackarider förestrade med svavelsyra - agar, karragenan, fukan, galaktaner och ett antal mer komplexa sulfater av heteropolysackarider. I kroppen av ryggradsdjur stödfunktioner utföra kondroitinsulfater och relaterade mukopolysackarider bindväv. Cellväggar bakterier är uppbyggda av komplexa glykoproteiner.

Annan väsentlig funktion polysackarider är användningen av deras levande celler i, som energireserver, om nödvändigt, lätt omvandlas till monosackarider, som fungerar som en direkt energikälla. Att skona näringsämnen inkluderar stärkelseliknande polysackarider - amylos och amylopektin, som utgör stärkelsen från högre växter, och glykogen från djur och ett antal lägre växter. Något mindre vanliga är fruktaner som syntetiseras av högre växter och bakterier. Förutom stärkelseliknande polysackarider är laminarin och eventuellt mannan reservämnena i tång. Det är allmänt accepterat att slemmet som finns i frön från högre växter också är en energireserv.

Tyvärr har den biologiska rollen för de flesta polysackarider ännu inte fastställts. Även om bildningen av tandkött vanligtvis är förknippad med skador på växtvävnad, är en detaljerad belysning av funktionen hos tandkött och slem i växter fortfarande en fråga om framtiden. Extracellulära (kapsulära) bakteriella polysackarider verkar skydda celler från negativa effekter yttre påverkan; det är känt att icke-inkapslade former av bakterier är mycket lättare att genomgå fagocytos. Animaliska mukopolysackarider bildar inte bara cellväggar eller förbinder celler med varandra, de är intimt förknippade med alla typer av rörelser av kroppsdelar, där de fungerar som ett "smörjmedel". Dessa är funktionerna av mucoider i blodplasma, urin, ledvätska, muciner i mag-tarmkanalen, etc.

Glykoproteiner med en mycket komplex struktur, de så kallade blodgruppssubstanserna, finns i erytrocyternas membran, såväl som i andra celler och sekretoriska vätskor hos organismer, och bestämmer deras grupptillhörighet. Glykoproteiner hos djur är direkt relaterade till fenomenen befruktning, immunitet och vävnadsspecificitet. Det finns all anledning att anta att glykoproteiner deltar i bildandet av cellmembran. Rad patologiska tillståndåtföljd av en förändring av innehållet eller egenskaperna hos glykoproteiner.

På sistone är allt Mer proteiner, inklusive enzymer, hittar kolhydratkomponenter. Allt detta förklarar det stora intresse som kemister och biokemister visar för dessa mest komplexa biopolymerer.

.3 Polysackariders egenskaper

Molekylvikterna för naturliga polysackarider varierar från flera tusen till flera miljoner. Den makromolekylära naturen hos dessa föreningar lämnar ett mycket betydande avtryck på deras fysikaliska och kemiska egenskaper.

På grund av den stora storleken på molekylerna och flexibiliteten hos molekylkedjorna skiljer sig polymerlösningar kraftigt i sina egenskaper från lösningar av föreningar med låg molekylvikt. I allmänt fall en upplöst polymermolekyl kan ses som en slumpmässigt lindad lös boll som binder en stor mängd lösningsmedel. Volymen av en sådan spole kan vara många gånger större än makromolekylens inneboende volym. Därför, redan i relativt utspädda lösningar av polymerer, befinner sig molekyler inom interaktionsradien med varandra, vilket innebär stora avvikelser från egenskaperna hos ideala lösningar, höga viskositetsvärden etc.

Lösligheten av polysackarider bestäms av den kemiska naturen hos deras molekyler, som är mycket polära på grund av det stora antalet fria hydroxylgrupper. Detta förklarar det faktum att polysackarider som regel är lösliga i vatten, är mycket mindre lösliga i dimetylsulfoxid, formamid, dimetylformamid och är praktiskt taget olösliga även i metanol och etanol, för att inte tala om mindre polära organiska lösningsmedel.

För polysackarider är den vanligaste typen av intermolekylär interaktion bildandet av intermolekylära vätebindningar, och i det här fallet har graden av ordning i deras struktur en enorm inverkan på polysackariders egenskaper. Således är cellulosa och kitin, som har en stereoregelbunden struktur och en linjär konformation av molekyler, olösliga i vatten och sväller endast något i det, eftersom energin för intermolekylär interaktion för dessa föreningar avsevärt överstiger hydratiseringsenergin. Även cellodextriner med relativt låg molekylvikt är dåligt lösliga i vatten, medan grenade polysackarider, som inte har en kvasikristallin struktur, vanligtvis lätt löser sig vid molekylvikter av storleksordningen flera miljoner. Associationen av polysackarider i lösningar beror också oftast på intermolekylära vätebindningar; ibland inträffar det i tid och leder till strukturering och bildandet av olösliga former som faller ut ur lösningen. Detta fenomen kallas retrogradering av lösningar.

Lösligheten av polysackarider påverkas starkt av oorganiska salter, pH hos mediet, etc. Salter som finns i lösningen orsakar ofta förstörelse av vätebindningar och ökar lösligheten av polysackarider; höga koncentrationer salter, tvärtom, minskar hydratiseringen av polysackaridmolekyler och leder till utfällning av polysackarider från lösningar. För polysackarider som är polyelektrolyter (polyuronsyror, polysackaridsulfater) finns ytterligare egenskaper intermolekylär interaktion på grund av elektrostatiska krafter; detta förklarar tydligen olösligheten i vatten av deras salter med flervärda katjoner. En liknande intermolekylär tvärbindning i fallet med neutrala polysackarider kan orsakas av komplexbildare, till exempel tvåvärda kopparjoner. I sur miljö sådana salter och komplex förstörs och polysackarider går i lösning. I allmänhet löser sig emellertid polysackarider bättre i en alkalisk än i en neutral eller sur miljö, eftersom effekten av alkali reduceras till partiell jonisering och, som ett resultat, till bättre hydratisering av polysackaridmolekylerna.

Liknande idéer om intermolekylära interaktioner hjälper till att förklara de mekaniska egenskaperna hos både polysackariderna själva (tendensen att bilda filmer eller trådar, deras styrka) och deras lösningar (viskositet, tendensen att bilda geler).

Som regel kan polysackarider erhållas i fast tillstånd i form av amorfa pulver. Den enda fysiska konstanten som används i vardagen för att karakterisera polysackarider är den specifika rotationen av polarisationsplanet av polysackaridlösningar, vars bestämning i vissa fall tillåter oss att dra viktiga slutsatser om stereokemin av glykosidbindningar i en polysackarid.

Den makromolekylära naturen hos polysackarider har också ett starkt inflytande på deras kemiska egenskaper. Även om polysackaridmolekyler i allmänhet innehåller en terminal aldehydgrupp, är den "specifika vikten" för denna funktion i polymermolekylen mycket liten, och reducerande egenskaper kan endast hittas i polysackarider med en relativt låg molekylvikt.

Glykosidbindningar som förbinder monosackaridenheter med varandra är känsliga för verkan av syror; därför orsakar behandling av polysackarider med syror deras depolymerisering. Den huvudsakliga funktionella gruppen av polysackarider är hydroxylgruppen, och omvandlingarna av denna grupp - först och främst produktionen av etrar och estrar och oxidation - spelar en mycket viktig roll både för att etablera strukturen och i praktisk användning polysackarider. Det är intressant att notera hur kraftigt etrarna och estrarna av polysackarider skiljer sig från fria polysackarider i fråga om fysikaliska egenskaper. Dessa etrar är dåligt lösliga i vatten, lättlösliga i organiska lösningsmedel, och i derivat av denna typ finns ingen stark intermolekylär interaktion, eftersom det inte finns några möjligheter till bildning av vätebindningar. Andra funktionella grupper som finns i polysackarider kan också vara involverade i konventionella transformationer. Således kan karboxylgrupper i uronsyror förestras, reduceras, aminogrupper av aminosocker kan acyleras, etc. Vanliga egenskaper reaktioner av polysackarider associerade med deras polymera natur är svårigheten att uppnå fullständigheten av reaktionen för alla funktionella grupper makromolekyler, och svårigheten att utföra selektiva reaktioner, såvida inte de reagerande grupperna skiljer sig mycket i reaktivitet.

Kapitel 6

.1 Autentisering

Äktheten av glukos och laktos fastställs genom att värma lösningar av preparat med Fehlings reagens till en kokning. I detta fall bildar glukos en tegelröd fällning av kopparoxid (I). Laktos ger under samma förhållanden en gul fällning som övergår i brunröd. När den verkar på glukos, sackaros och laktos ammoniaklösning silvernitrat ger en svart fällning av silver. Sackaros, till skillnad från glukos och laktos, minskar inte Fehlings reagens. För att testa äktheten tillsätts lösningar av koboltnitrat och natriumhydroxid successivt till en lösning av sackaros (1:2). En lila färg visas.

Lösningar av glukos och laktos bildar utfällda fenylhydrazoner med fenylhydrazin. Vid efterföljande uppvärmning i vattenbad, infärgad gul ozoner. Sackaros gör det inte positiv reaktion med fenylhydrazin. Osazoner har karakteristisk temperatur smältande. Glukos interagerar med tre fenylhydrazinmolekyler:

Under inverkan av mineralsyror eller oxalsyra omvandlas mono- och disackarider, när de upphettas i ett provrör på en brännarlåga, till furfural eller dess derivat (disackarider hydrolyseras först till monosackarider). Från hexoser (glukos) bildas hydroximetylfurfural och från pentoser (fruktos) - furfural:

Furfural eller hydroximetylfurfural, som är flyktiga föreningar, interagerar med anilin eller novokain avsatt på filterpapper, som är täckt med ett provrör. Först bildas Schiff-baser, som har en ljusgul färg, och sedan öppnas furancykeln och ett yolimetinfärgämne erhålls - ett derivat av oxyglutakonaldehyd (hallonviolett färg):

Kolhydrater bildas alkohollösning α- naftol och koncentrerade svavelsyraföreningar av kinoidstrukturen, målade i röd-violett färg. Reaktionen är också baserad på bildning av furfural eller hydroximetylfurfural, som kondenserar med α- naftol till en triarylmetankinoidförening.

Denna grupp bör även inkludera färgreaktioner som ger mono- och disackarider med andra fenoler. När det värms upp med flera kristaller av resorcinol och utspädd saltsyra, bildar mjölksocker en gul färg och sackaros en rosa färg. När man blandar kristaller av glukos och tymol, efter tillsats av koncentrerad svavelsyra, uppträder en mörkröd färg.

Färgade kondensationsprodukter erhålls genom interaktion av monosackarider (eller hydrolyserade disackarider) med en lösning av antron i koncentrerad svavelsyra:

En grön färg visas, som gradvis förvandlas till blågrön.

En färgreaktion med 0,5 % trifenyltetrazoliumkloridlösning i närvaro av natriumhydroxidlösning vid upphettning ger glukos och andra reducerande sockerarter. En röd fällning av trifenylformazan fälls ut:

När en lösning av kopparsulfat tillsätts och alkaliseras, bildar glukos en violett-blå komplex förening. Denna reaktion bevisar samtidigt närvaron av både hydroxyl- och aldehydgrupper (reducerar koppar vid stående). Närvaron av hydroxylgrupper kan också bevisas genom en acetyleringsreaktion.

En indikator på kvaliteten på kolhydratberedningar är den specifika rotationen av lösningar, som kännetecknar den optiska aktiviteten. För att fastställa den specifika rotationen förtorkas glukos vid 100-105°C till konstant vikt. Mätning av rotationsvinkeln för glukos och mjölksocker utförs med en polarimeter efter preliminär tillsats av två droppar ammoniaklösning till testlösningen. Detta påskyndar processen för mutarotation. Det är associerat med upprättandet av jämvikt i bildandet av två epimerer: 64 % alfa-D(+)-glukos och 36 % beta-D(+)-glukos. Detta skapar ett medelvärde för den specifika rotationen av glukoslösningen, lika med +52,5° (GF tillåter 51,5-53,0°). På liknande sätt utförs processen för epimerisering av mjölksocker.

Under inverkan av syror eller enzymet invertas hydrolyseras sackaros. Den resulterande blandningen av D-glukos och D-fruktos kallas invertsocker. Denna blandning är vänstervridande, eftersom dess optiska egenskaper bildas på grund av den specifika rotationen av glukos (4-52,5°) och vänstervridande fruktos (-93°).

.2 Kvantifiering

Kvantifiering preparat av glukos, laktos och sackaros NTD tillhandahålls inte. Dessa ämnen kan dock kvantifieras med olika metoder.

Laktos kan bestämmas på liknande sätt.

En av de titrimetriska metoderna för analys av monosackarider och disackarider är baserad på användningen av Fehlings reagens. Den tillsätts till en vägd del av läkemedlet i en noggrant uppmätt mängd, och sedan bestäms återstoden av koppar(II)katjonen som inte används för oxidation jodometriskt. Skillnaden används för att beräkna hur mycket reducerad koppar som erhölls och följaktligen vad är innehållet av glukos eller laktos. Sackaros måste inverteras före bestämning.

Den polarimetriska metoden för att bestämma sockerarter är baserad på att mäta rotationsvinkeln för en polariserad stråle. Rotationsvinkel a (i grader) mätt på en polarimeter och specifik rotation [a] D är sammankopplade med ekvationen: [a] D = 100 a/lc. Genom att känna till den specifika rotationen, längden på röret l och mäta rotationsvinkeln, är det möjligt att beräkna volymfraktionen c (%) med formeln:

Innehållet av sackaros bestäms med hjälp av en polarimeter. För detta ändamål, bered en vattenlösning innehållande cirka 26 g sackaros (exakt vägd). Förutsättningen är strikt iakttagande temperaturregim(20°C) medan volymen av lösningen bringas till märket i en mätkolv med en kapacitet på 100 ml. Vid behov filtreras lösningen, placeras i ett rör 2 dm långt och polarimeteravläsningar görs.

Volymfraktionen av socker c (%) i termer av torrsubstans beräknas med formeln:

där b är viktförlusten vid torkning, %.

Förvara kolhydratpreparat i en väl tillsluten behållare i rumstemperatur. Glukos i vattenlösningar oxideras under lagring, lösningar av sackaros och mjölksocker hydrolyseras gradvis med bildning av monosackarider. Hygroskopiciteten hos sockerarter bör också beaktas.

Använd glukos för olika sjukdomar hjärta, lever, chock, kollaps som en källa till lättsmält näring som förbättrar olika organs funktioner. Tilldela glukos inuti (0,5-1,0 g), intravenöst upp till 20-50 ml av en 40% lösning. Sackaros och mjölksocker används i farmaceutisk praxis som fyllmedel vid framställning av tabletter och pulver. Sirap framställs av sackaros, som används som korrigerande medel.

I farmaceutisk praxis används också stärkelse (Amylum). Det är en blandning av polysackarider med den allmänna formeln (C6H10O5)x. Stärkelsemolekylen inkluderar a-D-glukopyranosrester som skiljer sig från varandra i graden av polymerisation och bindningarnas natur. Polysackariderna som utgör stärkelse kan delas in i två fraktioner: amylos och amylopektin. Stärkelse erhålls från vete, majs, potatis. Det är ett vitt delikat pulver, luktfritt och smaklöst, olösligt i kallt vatten, alkohol, eter. Stärkelse används som fyllmedel vid tillverkning av tabletter.

När den hälls i 100 ml kokande vatten under konstant omrörning av en blandning av stärkelse och vatten (1: 5) och efterföljande kokning i 2-3 minuter, bildas en lätt genomskinlig vitaktig pasta med en blåaktig nyans av en neutral eller lätt sur reaktion . Från tillsats av 1 droppe 0,5% jodlösning till den kylda stärkelsepastan uppträder en blå färg. Stärkelsepasta används som en indikator vid jodometrisk titrering.

Kapitel 7

.1 Analysmetod

Glukoslösning 5 %, Solutio Glucosi 5 %

Förening:

· Vattenfri glukos - 50 g

· lösning av saltsyra 0,1 N - upp till pH 3,0-4,0

· Natriumklorid - 0,26 g

· Vatten för injektionsvätskor - upp till 1 l

Lösningen filtreras, hälls i neutrala glasampuller på 10, 20, 25 eller 50 ml och steriliseras med strömmande ånga vid 100° i 60 minuter eller mättad ånga vid 119-121° under 5-7 minuter.

Beskrivning.Färglös eller lätt gulaktig transparent vätska.

Äkthet.Till 1 ml av läkemedlet tillsätt 5 ml av Fehlings reagens och värm till en kokning; en tegelröd fällning bildas.

Kromaticitet.Färgen på preparatet bör inte vara mer intensiv än standard nr 5a.

pH3,0-4,0.

Pyrogenicitetstest.Mängden injicerad 5% lösning - 10 ml per 1 kg djurvikt. Mer koncentrerade lösningar späds med pyrogenfritt vatten upp till 5 %.

Några droppar vatten appliceras på prismat av en refraktometer och brytningsindexet återfinns på skalan. Torka prismat torrt, lägg på det några droppar av testlösningen och hitta brytningsindexet, som bestäms 3-4 gånger, varje gång du tar en ny del av läkemedlet. För beräkningen, ta medelvärdet av alla definitioner.

där n är läkemedlets brytningsindex;

n0 är brytningsindex för vatten;

00142 - värdet av ökningen av brytningsindex med en ökning av glukoskoncentrationen med 1%

.2 Analysresultat

Namn och doseringsform läkemedelsindikator nr. p / p Metod för forskningResultat Glukoslösning 5 % Äkthet 1 Till 1 ml av läkemedlet, tillsätt 5 ml av Fehlings reagens och värm till en kokning; en tegelröd fällning bildas Motsvarar Glukoslösning 5% Äkta 2 Färgen på beredningen bör inte vara mer intensiv än referensnummer 5a Motsvarande Glukoslösning 5% Äkta 3 pH bör vara i intervallet 3,0-4,0. nära refraktometern i ett kärl med vatten vid en temperatur av 20 ° i 30 minuter. Vatten med en temperatur på 20° leds genom refraktometern i 30 minuter före bestämningen och under bestämningen. Några droppar vatten appliceras på prismat av en refraktometer och brytningsindexet återfinns på skalan. Torka prismat torrt, lägg på det några droppar av testlösningen och hitta brytningsindexet, som bestäms 3-4 gånger, varje gång du tar en ny del av läkemedlet. För beräkningen, ta medelvärdet av alla definitioner. Innehåll C 6H 12HANDLA OM 6i 1 ml av läkemedlet, respektive, bör det finnas 0,0485-0,0515 g;

Slutsatser

Kolhydrater, som också inkluderar sockerarter, är utbredda i naturen; de är en del av växt- och djurorganismer och spelar en viktig roll i deras liv. Kolhydrater är en energikälla i vilda djur och ett byggnadsmaterial för växt- och vissa djurvävnader. Kolhydrater tros vara de biologiska prekursorerna till de andra två beståndsdelarna. flora- proteiner och fetter. Tillväxtfaktorer som vitaminer, askorbinsyra och inositol liknar i alla fall kolhydraters struktur. Namnet kolhydrater beror på att många sockerarter motsvarar sammansättningen C nN 2n HANDLA OM n

Kolhydraternas biologiska roll - avsnitt Kemi, BIOKEMI. PROTEINER. AMINOSYROR -- STRUKTURELLA KOMPONENTER AV PROTEINER Kolhydraternas biologiska roll: 1. Energi. Med oxid...

KOLHYDRATENS BIOLOGISKA ROLL:

1. ENERGI.

När 1 g kolhydrater oxideras till slutprodukter(CO2 och H2O) 4,1 kcal energi frigörs. Kolhydrater står för cirka 60-70% av allt dagliga kalorier mat. dagsbehov i kolhydrater för en vuxen med en medelvikt på 60-70 kg är cirka 400-500 g.

2. STRUKTURELL.

Kolhydrater används som byggmaterial för bildandet av strukturella komponenter i celler (glykolipider, glykoproteiner, heteropolysackarider av den intercellulära substansen).

3. RESERVERA. Kolhydrater lagras i celler som en reservglykogenpolysackarid.

4. SKYDD.

Glykoproteiner är involverade i bildandet av antikroppar. Hyaluronsyra, som är en del av bindväven, förhindrar penetrationen främmande ämnen. Heteropolysackarider är involverade i bildandet av trögflytande sekret som täcker slemhinnorna luftvägar, urinvägarna, matsmältningskanalen, skydda dem från skador.

5. REGLERANDE.

Vissa hypofyshormoner sköldkörtelär glykoproteiner. Prostanoider och leukotriener bildas av fleromättade högre fettsyror och är metabola regulatorer.

6. Delta i celligenkänningsprocesser.

En viktig roll tilldelas sialinsyror och neuraminsyra.

7. Heteropolysackarider, som är en del av erytrocyternas membran, bestämmer blodgrupper.

8. Delta i processerna för blodkoagulation, vara en del av fibrinogen och protrombin. De förhindrar blodkoagulering, eftersom de är en del av heparin.

Slut på arbetet -

Detta ämne tillhör:

BIOKEMI. PROTEINER. AMINOSYROR -- STRUKTURELLA KOMPONENTER AV PROTEINER

PROTEINER AMINOSYROR STRUKTURELLA KOMPONENTER AV PROTEINER... PROTEINER... Proteiner är kvävehaltiga högmolekylära organiska föreningar som består av aminosyror kopplade i en kedja med...

Om du behöver ytterligare material om detta ämne, eller om du inte hittade det du letade efter, rekommenderar vi att du använder sökningen i vår databas med verk:

Vad ska vi göra med det mottagna materialet:

Om det här materialet visade sig vara användbart för dig kan du spara det på din sida på sociala nätverk:

tweeta

Alla ämnen i detta avsnitt:

Verkningsmekanismen för enzymer
Enligt moderna idéer under interaktionen av enzymet med substratet kan 3 stadier villkorligt särskiljas: steg 1 kännetecknas av diffusion av substratet till enzymet

Syra-bas-katalys.
Enzymets aktiva centrum innehåller grupper av sura och basiska typer. Grupper av syratyp splittrar H+ och har en negativ laddning. Bastypgrupper lägger till H+ och har en poly

A). Fishers hypotes.
Enligt den finns det en strikt sterisk överensstämmelse mellan substratet och det aktiva stället för enzymet. Enligt Fischer är ett enzym en stel struktur, och substratet är så att säga en avgjutning av dess aktiva centrum.

Kolhydratmetabolism
METABOLISM AV KOLHYDRATER 1. Grundläggande kolhydrater från en animalisk organism, deras biologiska roll. 2. Omvandlingen av kolhydrater i matsmältningssystemets organ. 3. Biosyntes och sönderfall

Omvandling av kolhydrater i matsmältningskanalen
OMVANDLING AV KOLHYDRATER I MATSSLAGSMÅLTRÄGET De viktigaste kolhydraterna i maten för människokroppen är: stärkelse, glykogen, sackaros, laktos. Intagen stärkelse

Biosyntes och nedbrytning av glykogen
BIOSYNTES OCH DESTRUKTION AV GLYKOGEN I VÄVNADER. GLYKOGEN SJUKDOMAR. Man fann att glykogen kan syntetiseras i nästan alla organ och vävnader. Men dess största slut

Anaerob glykolys
Beroende på funktionellt tillstånd organism, celler i organ och vävnader kan både vara i förhållanden med tillräcklig tillförsel av syre och uppleva dess brist, då

Aerob glykolys (hexosdifosfatväg)
HEXOSODIFOSFATSVÄG. Detta klassiskt sätt aerob katabolism av kolhydrater i vävnader fortsätter i cytoplasman till stadiet av pyruvatbildning och slutar i mitokondrier med bildandet av kon

Hexosmonofosfatväg
HEXOSOMONOPOSFATS VÄG FÖR GLUKOSOMVANDLING I VÄVNADER, REAKTIONENS KEMI. Glukosoxidation längs denna väg sker i cellernas cytoplasma och representeras av två på varandra följande grenar

Glukoneogenes
GLUKONOGENES De huvudsakliga källorna till glukos för människokroppen är: 1. matkolhydrater; 2. vävnadsglykogen; 3. glukoneogenes. GLUKONOGENES är

De viktigaste lipiderna i människokroppen och deras biologiska roll.
LIPIDER kallas komplexa organiskt material biologisk natur olöslig i vatten, men löslig i organiska lösningsmedel. LIPIDER är basfödan. De sid

Lipidnedbrytning, fettåtersyntes
lipidnedbrytning. LIPIDER som kommer från mat i munhålan utsätts endast för mekanisk bearbetning. LIPOLYTISKA enzymer bildas inte i munhålan. Matsmältning av fett

blodlipoproteiner
LIPIDER är vattenolösliga föreningar, därför behövs speciella bärare som är lösliga i vatten för deras transport med blodet. Sådana transportformer är LIPOPROTEINER.

Oxidation av högre fettsyror
Fettvävnad, bestående av adipocyter, utför en specifik roll i lipidmetabolism. Cirka 65 % av massan av fettvävnad utgörs av triacylglyceroler (TAG) som deponeras i den - de representerar

Biosyntes av IVFA i vävnader
Biosyntesen av IVFA sker i cellers endoplasmatiska retikulum. Utbytbara fettsyror (alla begränsande och omättade, med en dubbelbindning) syntetiseras i celler från ACTYL-CoA. Villkor för bi

Kolesterolutbyte
Kolesterolutbyte. Kolesterol är en föregångare i syntesen av steroider: Gallsyror, steroidhormoner, vitamin D3. Kolesterol är en obligatorisk strukturell komponent

Proteinnedbrytning
Matsmältningen av proteiner matsmältningskanalen Matproteiner genomgår hydrolytisk klyvning under verkan av PROTEOLITISKA ENZYMER (klass - hydrolaser, underklass - peptidaser).

Sönderfall av aminosyror, neutralisering av sönderfallsprodukter
RUTNING AV AMINOSYROR Aminosyror som inte har absorberats kommer in i tjocktarmen, där de ruttnar. AMINOSYRA ROTATION är processen för nedbrytning av aminosyror under inverkan av

Aminosyrametabolism
Metabolism av aminosyror Källorna till aminosyror i cellen är: 1. livsmedelsproteiner efter deras hydrolys i matsmältningsorganen; 2. syntes av icke-essentiella aminosyror;

Sätt att neutralisera ammoniak
Ammoniak bildas från aminosyror vid nedbrytning av andra kvävehaltiga föreningar (biogena aminer, NUKLEOTIDER). En betydande del av ammoniaken bildas i tjocktarmen vid sönderfall. Det absorberas i

Metabolisk reglering
SIGNALMOLEKYLER. Huvuduppgifterna för reglering av metabolism och cellulära funktioner: 1. intracellulär och intercellulär koordinering av metaboliska processer; 2. uteslutning av "tomgång

Hormoner i hypotalamus
HYPOTALAMUS HORMONER Hypothalamus är en komponent och en slags "utgångskanal" i det limbiska systemet. Det här är avdelningen diencephalon, som styr olika parametrar för

HYPOFYSHORMONER

HYPOFYSHORMONER
Hypofyshormoner I hypofysen särskiljs de främre (adenohypofysen) och bakre loberna (neurohypofysen). Adenohypofyshormoner kan delas in i 3 grupper beroende på

Biosyntes av jodtyroniner
Syntesen av jodtyroniner sker som en del av ett protein - tyroglobulin, som finns i folliklarna i sköldkörteln. Tyroglobulin är ett glykoprotein som innehåller 115 tyrosinrester. P

lipidmetabolism
I fettvävnadslever stimulerar hormoner lipolys. Dessa effekter på metabolismen av kolhydrater och lipider är förknippade med en ökning av cellernas känslighet för adrenalinverkan under påverkan av sköldkörtelhormoner.

hyposekretion
I barndom en minskning av sekretionen leder till en försening av den fysiska och mental utveckling(kretinism). Hos vuxna är en allvarlig manifestation av brist på sköldkörtelhormoner en blandning

hypersekretion
diffus giftig struma (Graves sjukdom) den vanligaste sjukdomen, åtföljd av ökad produktion av jodtyroniner. I denna sjukdom är storleken på sköldkörteln förstorad och p

PARATYROIDHORMONER
Paratyreoideahormon syntetiseras i bisköldkörtlar och består av 84 aminosyrarester. Hormonet lagras i sekretoriska granulat. Utsöndringen av PTH regleras av nivån av kalcium i blodet: när

könskörtelhormoner
könskörtelhormoner kemisk naturär steroider. Tilldela: 1. Androgener; 2. Östrogener; 3. Progestiner.

Binjurehormoner
Binjurehormoner Binjurar inre sekretion, där kortikal och märg. I det kortikala lagret syntetiseras steroidhormoner, i medulla

Pankreashormoner
Pankreashormoner Bukspottkörtelns funktioner: · exokrina; endokrin. exokrin funktion består i syntes och utsöndring av matsmältningsenzymer

Tentafrågor
FARMACEUTISKA FAKULTETET (KORRESPONDENSAVDELNING) Tentamensfrågor i biologisk kemi för årskurs 3 (termin 6) 1. Biokemi, dess uppgifter. Biokemins samband med f