Реакции восстановления. При восстановлении альдоз и кетоз образуются многоатомные спирты- глициты
При восстановлении альдоз и кетоз образуются многоатомные спирты- глициты.
Вреакциях in vitro применяют соль литийалюминийгидрид LiFlH4 ( реакция восстановления карбонильной группы относится к А N ) , in vivo ферментативное восстановление происходит с участием НАДН + Н+.
D- Глюкоза ( ddld ) + 2Н <——> сорбит ( ddld )
( С6 Н12 О6 ) ( С6 Н14 О6 )
В организме
Гл-6-фосфат + НАДН + Н+ <——> 6-ф- сорбит + НАД+
При гидрировании кетозы получаются два эпимерных спирта ( восстановление карбонильной кетоновой группы сопровождается образованием двух энантиомерных гидроксигрупп)
D -фруктоза ( ddl) + 2Н <——> сорбит (ddld ) + маннит ( ddll)
( С6 Н12 О6 ) ( С6 Н14 О6 ) ( С6 Н14 О6 )
Реакции взаимного превращения моносахаридов и глицитов протекают в организме человека. При накоплении глюкозы в крови( например, в случае диабета - тяжелого
распространенного заболевания эндокринной системы) образуется сорбит, который накапливается в тканях, камере глаза , вызывая повышение осмотического давления, что является одной из причин нарушения зрения при диабете.
Многоатомные спирты ксилит , маннит используются как лекарственные средства.
9.4.5Реакции окисления моносахаридов
Известны три направления окисления альдоз.
А ) Гликоновые ( альдоновые ) кислоты
При окислении альдегидной группы образуются гликоновые( альдоновые ) кислоты , которые по классификации не относятся к углеводам - это полигидроксикарбоновые кислоты. Окислению подвергается не карбонильная( оксо) форма, а циклическая , в виде полуацеталя и образуется циклический эфир кислоты – лактон.
Напишем реакцию окисления в традиционном виде( в разомкнутой оксо – форме). Для окисления in vitro используют раствор бромной воды( бромноватистую кислоту)
Вг2 + Н2О ——> НВг + НОВг
СН2 – ( СН2 )4– СНО + НОВг ——> СН2 – ( СН2 )4– СООН + НВг
| | | |
ОН ОН ОН ОН
глюкоза глюконовая кислота
а- D- глюкопираноза окисляется медленнее, чем β – аномер.
Для качественного обнаружения альдоз применяют реактивы Бенедикта, Толленса, Фелинга, реакция проходит в щелочной среде. ( см. « Практикум по биоорганической химии» )
Фруктоза вследствие изомеризации в щелочной среде в альдозу также дает положительную реакцию, характерную для альдоз ( ложная реакция, не позволяет провести избирательное определение глюкозы в присутствии фруктозы)
Б) Альдаровые( гликаровые, сахарные) кислоты
При действии на альдозы азотной кислотой образуются гликаровые( сахарные) кислоты, которые являются полигидроксидикарбоновыми кислотами. Они не являются
углеводами. поскольку потеряли карбонильную группу.
Сахарные кислоты встречаются в природе , в частности, изученные в разделе «Изомерия» винные кислоты относятся к сахарным.
НNO3
СН2 – ( СН2 )4– СНО ——> НООС – ( СН2 )4– СООН
| | |
ОН ОН ОН
Гексоза гликаровая ( сахарная) кислота
К названию углевода добавляют « аровая кислота» или « сахарная кислота». Многие имеют тривиальные названия. При окислении глюкозы образуется глюкаровая кислота. Названия глюкаровая кислота и сахарная кислота однозначны.
НNO3
Галактоза ——> галактаровая кислота ( галактосахарная, слизевая.)
Слизевая кислота была выделена из виноградных улиток.
В) Альдуроновые ( гликуроновые) кислоты.
Это моносахариды: они сохраняют карбонильную группу, а последняя в углеродном скелете первичная гидроксильная группа окислена до карбоксильной. Гликуроновые кислоты склонны к цикло-оксотаутомерии и in vivo образуют гликозиды в β – аномерной форме пиранозы.
Наибольшее распространение имеет D- глюкуроновая кислота Ее биологическая роль: -участвует в обезвреживании токсических соединений, образующихся в организме или попадающих извне( ксенобиотиков)
- входит в состав гетерополисахаридов , образующих межклеточное вещество соединительной ткани.
Для получения глюкуроновой кислоты необходимо защитить альдегидную группу от окисления, с этой целью используют гликозиды β – D- глюкопиранонозы , после окисления спиртовой группы проводят гидролиз гликозидной связи.
СНО
|
Н-С-ОН d
|
НО- С-Н l
|
Н- С-ОН d
|
Н-С-ОН d
|
СООН
глюкуроновая кислота
Биологическое значение моносахаридов и их производных.
Лекарственные препараты- углеводы
Глюкоза
В организме человека свободные моносахариды образуются в кишечном тракте при переваривании дисахаридов и полисахаридов и поступают в кровь. По мере всасывания гексозы ( галактоза, фруктоза) превращаются в глюкозу. В крови поддерживается определенный уровень глюкозы, которая быстро усваивается тканями и клетками крови: нервной тканью, эритроцитами – без глюкозы все процессы жизнедеятельности в этих
клетках прекращаются. При недостатке кислорода( гипоксии) глюкоза становится единственным веществом, обеспечивающим мышечную деятельность. В крови содержится 3.3 -5,5 мМоль/л ( 80 -120 мг в 100мл крови или 4-6 г в объеме всей крови ).
Свободная глюкоза встречается в виноградном соке и соке спелых сладких фруктов, в растениях она запасается в составе олигосахарида сахарозы или полисахарида крахмала.
Глюкоза и многие гексозы, их олиго- и полисахариды подвергаются « брожению»- так называют процессы превращения углеводов с участием микроорганизмов
Спиртовое брожение
С6 Н12 О6 —— ферменты —— > 2 С2 Н5 ОН + 2 СО2
Молочнокислое брожение( в мышцах этот процесс носит название анаэробный гликолиз)
С6 Н12 О6 —— ферменты —— > 2 С3 Н6 О3 ( молочная кислота)
Препараты глюкозы( Glucosum , Dextrosum ) используются в медицине, выпускают в виде порошков, таблеток, стерильных растворов, добавляют в другие лекарственные средства..
Растворы стерилизуют при температуре от 1000 до 1210. для стабилизации добавляют 0.1Н раствор НСl. Для внутривенного введения используют изотонические растворы 4,0-4,5% ( изотонический раствор имеет осмотическое давление соответствующее осмотическому давлению крови ) и гипертонические 10—40% ( выше осмотического давления крови).
Изотонические растворы применяют при кровопотере для возмещения объема циркулирующей крови, глюкоза вызывает усиление энергетических процессов в тканях. Гипертонические растворы повышают осмотические давление, усиливают отток жидкости из тканей в кровь, способствуют выделению из органов токсических веществ и увеличивают поступление глюкозы в мозг, сердце, печень, мышцы.
Глюкуроновая кислота
Образуется в организме из уридилдифосфатглюкозы ( УДФ-глюкозы) ( см. лекцию «Нуклеиновые кислоты, нуклеотиды, азотистые основания) и присутствует в виде уридилдифосфатглюкуроновой кислоты ( УДФ-глюкуроновой кислоты). Соединение участвует в двух важнейших направлениях метаболических процессов:
-обезвреживание токсических соединений, поступающих в организм извне и образующихся в процессе обмена веществ ( см. вышеназванную лекцию)
- синтез гетерополисахаридов- гликозаминогликанов(ГАГ) – гиалуроновой кислоты, гепарина( см. лекцию «Полисахариды»)
Маннит ( Mannitum)
Получают при восстановлении маннозы, шестиатомный спирт С6 Н14 О6. белый кристаллический порошок, хорошо растворимый в воде. Гипертонические растворы оказывают очень сильное диуретическое( мочегонное) действие. Применяют в виде 10-20% растворов для внутривенного введения.
Для проверки усвоения темы рекомендуем ответить на вопросы:
1. Запишите формулу D- 2-дезоксирибозы и подумайте, возможна ли изомеризация
и эпимеризация этого соединения в слабощелочном растворе?
2. Сколько стереоизомеров образует альдотетроза? Сколько изомеров у D-тетрозы?
Напишите реакцию восстановления D-тетроз. Изомер, при восстановлении которого образуется оптически неактивный спирт, называется D -эритроза. Почему спирт оптически неактивен? Знаете ли вы аналогичный пример другого соединения ?
( если затруднитесь ответить, посмотрите решение и ответ на аналогичное задание в «Практикуме по биоорганической химии» Л.А.Каминская, С.Г.Перевалов).
3. В чем сходство и отличие изомерных превращений «эпимеризация» и
« аномеризация». В каком случае образуется новое химическое соединение?
4. В процессе биохимического превращения из 3-фосфоглицеринового альдегида и монофосфодиоксиацетона образуется 1,6- дифосфофруктоза. Запишите структурные формулы названных соединений.
5. Напишите структурные формулы фосфорных эфиров глюкозы: глюкозо-6-фосфата и
глюкозо-1- фосфата. Какое из соединений может превратиться в фосфорный эфир фруктозы?
6. В природе встречается моносахарид имеет D- и L- фукоза: 6-дезоксигалактоза
В формировании иммунитета большое значение имеет L- фукоза. Она встречается в женском грудном молоке, в составе гликопротеинов групповых факторов крови.
Составьте формулы энантиомеров в проекциях Фишера и формулы Хеуорса аномеров
D- фукозы .
7. В растительных и животных клетках происходит превращение глюкозо-6-фосфата, заканчивающееся образованием пировиноградной( в присутствии кислорода) или молочной кислоты (обеспечивает клетку АТФ в отсутствие кислорода -анаэробных условиях). Составьте частичную последовательность реакций гликолиза- важного энергетического процесса ( все соединения изучены в теме «Углеводы» и предшествующих темах) :
D- Глюкозо-6-фосфат ——> D- фруктозо-6- фосфат ——> D- фруктозо-1,6-дифосфат——> D- 3-ф-глицериновый альдегид ——> ФЕП (фосфорный эфир енольной формы пировиноградной кислоты) ——> пировиноградная кислота ——> D- молочная кислота
ЛЕКЦИЯ 10