^
D -КЕТОГЕКСОЗЫ.
D-псикоза D-фруктоза D-сорбоза D-тагатоза
В действительности, моносахариды с 5 и более атомами углерода обычно встречаются в водном растворе в циклических формах, в которых карбонильная группа образует ковалентную связь с атомом кислорода гидроксильных групп. При образовании циклических структур формируются дополнительно два стереоизомера относительно атома углерода С-1. Циклические формы cахаров с 5 атомами углерода в цикле называются пиранозидами.
-D-глюкопираноза -D-глюкопираноза
- и -формы D-глюкозы превращаются друг в друга в водном растворе, этот процесс получил название мутаротации. Полуацетальный атом углерода (С-1) называют аномерным атомом углерода.
Кетогексозы также встречаются в форме - и -аномерных форм. В этих соединениях гидроксильная группа у С-5 (или С-6) реагирует с кетогруппой у С-2, образуя фуранозный (или пиранозный) цикл, содержащий полукетальную связь.
-D-фруктофураноза -D-фруктофураноза.
Шестичленный цикл в пиранозах имеет конформации кресла и ванны. Эти конформации оказывают существенное влияние на пространственные формы полисахаридов и их биологические функции.
7.2. Дисахариды
Дисахариды состоят их двух моносахаридных остатков, соединенных О-гликозидной связью.
1 4
Мальтоза (О--D-глюкопиранозил-1-4--D-глюкопираноза)
1 4
Лактоза (О--D-галактопиранозил-1-4--D-глюкопираноза)
7.3. Полисахариды
Гомополисахариды
Линейный полисахарид Разветвленный полисахарид
    
      А А А А А А
А А А
Гетерополасахариды
Линейный гетерополисахарид Разветвленный гетерополисахарид
А В А А В А
В А В
Целлюлоза - основной компонент клеточных стенок растений, наиболее распространенный полисахарид в природе.
Хитин - основной компонент панциря насекомых, крабов, раков, креветок, второй по распространенности полисахарид в природе.
^
Отличается числом хиральных центров молекула глюкозы в ациклической и циклической форме или нет?
Объясните почему эквимолярная смесь D-глюкозы и D-фруктозы, полученная гидролизом сахарозы, называется инвертным сахаром?
Аномеры сахарозы?
Роль фермента инвертазы при получении шоколада?
Тестовые вопросы
1.Перечислите в результате каких реакций в растительной клетке образуются углеводы?
а) фотосинтеза;
б) гидролиза;
в) этерификации.
2. Углеводные фрагменты «амилоза и амилопектин» составная часть какого углевода?
а) крахмала;
б) сахароза;
в) глюкоза;
г) мальтоза.
3. Какой связью связаны остатки моносахаридов в дисахаридах?
а) гликозидной;
б) пептидной;
в) сложно-эфирной;
г) водородной.
4. К какой группе углеводов относится «пектин»?
а) дисахаридам;
б) полисахаридам второго порядка;
в) моносахаридам.
5. Какова структура гликогена?
а) остатки глюкозы;
б) остатки фруктозы;
в) остатки галактозы;
г) остатки лактозы.
^
Нуклеотиды имеют в своем составе три компонента: азотистое основание, пентозу (рибозу или дезоксирибозу) и фосфатную группу.
- пуриновое или пиримидиновое основание
  
  РНК
ДНК
Пиримидин Пурин
ПУРИНЫ
Аденин (ДНК,РНК) Гуанин (ДНК,РНК)
ПИРИМИДИНЫ
^ (ДНК, РНК) Урацил (РНК)
В ДНК И РНК нуклеиновые единицы соединяются друг с другом посредством фосфодиэфирной связи, в образовании этой связи участвуют ОН группа у С-5 атома одного остатка и ОН группа у С-З атома другого остатка.
ДНК РНК
^
  
тимин
цитозин
аденин
гуанин
Исследуя состав ДНК, известный ученый Чаргафф пришел к следующим заключениям (правила Чаргаффа):
1. Состав азотистых оснований в ДНК варьирует от одного вида растений и животных к другому.
2. Образцы ДНК, выделенные из органов и тканей одного вида растения или животного, имеют одинаковый состав азотистых оснований.
3. Состав оснований в ДНК данного вида не изменяется с его возрастом, условиями питания, не зависит от изменений в окружающей среде.
4. Во всех ДНК независимо от вида число остатков аденина равно числу остатков тимина (^ ). Сумма пуриновых остатков равна сумме пиримидиновых остатков (A+G=T+C).
ДНК по данным рентгеноструктурного анализа представляет собой двойную спираль, две цепи в спирали антипараллельны, цепи комплиментарны друг другу. ДНК - это довольно гибкая макромолекула, в пространстве реализуются три ее формы: А, В и z.
Нуклеотиды, помимо того, что являются структурными единицами ДНК и РНК, выполняют в организме и другие функции. Исключительно важна их роль в обмене веществ и энергии, они входят в состав кофакторов ферментов. Наиболее распространенным нуклеотидом является АТФ, в скелетных мышцах теплокровных животных содержание АТФ достигает 0,4%.
 АДФ
 А
Вопросы для самоконтроля
Структура нуклеотидов.
Структура нуклеозидов.
Пары оснований в ДНК и РНК.
Какое количество ДНК содержит тело человека?
Структура нуклеиновых кислот.
ДНК идентификация.
Тестовые вопросы
1. Как называется химическая связь, которая соединяет остатки фосфорной кислоты в соединениях АТФ и АДФ?
а) макроэнергетическая;
б) макроэргическая;
в) водородная.
2. Сколько остатков фосфорных кислот входит в нуклеотид АТФ?
а) 2;
б) 3;
в) 1;
г) 0.
3. Какую биологическую роль выполняет ДНК?
а) транспортную;
б) хранитель генетической информации;
в) отвечает за синтез белка.
4. Согласно правилу комплементарности какое из азотистых оснований присоединяется к аденину?
а) тимин;
б) цитозин;
в) уроцил;
г) гуанин.
5. В чём отличие в химическом строении нуклеотида от нуклеозида?
а) добавлением к нуклеозиду одного остатка фосфорной кислоты;
б) добавлением к нуклеозиду двух молекул углевода;
в) добавлением к нуклеозиду одной молекулы белка.
^
Переваривание белков, их ферментативный гидролиз с образованием полипептидов, а затем аминокислот происходит в желудке и в тонких кишках, т.к. в слюне отсутствуют ферменты протеазы. Белки пищи подвергаются в желудке воздействию желудочного сока - соляной кислоты и фермента пепсина, а в кишечнике - воздействию ферментов трипсина и химотрипсина.
Трипсин,
Пепсин химотрипсин
Б
^
рН 1,5-2 рН 7,5-8
(желудок) (кишечник)
 Синтез белков
А  МИНОКИСЛОТЫ Образование гормонов
Образование конечных продуктов азотистого обмена
Аминокислоты в организме претерпевают разнообразные ферментативные превращения, в результате которых неиспользованная для синтеза белков и других азотсодержащих веществ часть аминокислот подвергается глубокому распаду с образованием конечных продуктов: NH3, СО2 и H2O и освобождением энергии.
После приема с пищей белков, а также введения в организм аминокислот (в частности при парентеральном питании), весь входящий в их состав азот выделяется в виде мочевины. Под действием оксидаз идет реакция дезаминирования аминокислот.
 оксидаза
-кетокислота
Превращение всех аминокислот объединяет важная реакция переаминирования.
аминотрансфераза
Общим для многих аминокислот является процесс их декарбоксилирования.
декарбоксилаза
- СО2
Вопросы для самоконтроля
Роль информационной РНК при синтезе белка.
Ферменты – участники синтеза белков.
Тестовые вопросы
1. Назовите основные продукты обмена белков:
а) аминокислота;
б) жиры;
в) углеводы.
2. Какой фермент гидролизует белок?
а) пепсин;
б) дегидрогеназа;
в) амилаза;
г) липаза.
3. Какой основной продукт образуется при дезаминировании аминокислот?
а) NH3;
б) СООН;
в) Н2О;
г) О2.
4. Какой фермент катализирует реакцию декарбоксилирования аминокислот?
а) декарбоксилаза;
б) липаза;
в) гидролиза;
г) трансфераза.
5. Какой фермент катализирует реакцию переаминирования?
а) трасфераза;
б) гидролиза;
в) синтетаза.
^
Существенной характеристикой мультиклеточных организмов является дифференциация клеток и разделение их по виду деятельности. В дополнение к центральным циклам преобразования энергии и вещества, которые имеют место в каждой клетке, органы и ткани сложных организмов, в частности человека, имеют специальные функции и как следствие характеристические требования к питательным веществам и картине метаболизма в целом. Гормональные сигналы интегрируют и координируют метаболическую активность различных тканей, разносят информацию о размещении и распределении энергоемких веществ и веществ-предшественников синтеза биологических макромолекул к каждому органу.
Каждый орган и ткань человеческого тела имеют специализированную функцию, которая отражается в его анатомии и метаболической активности. Скелетные мышцы, используя метаболическую энергию, производят движение, жировая ткань сохраняет жиры, которые служат для запаса энергии, специальные разделы мозга продуцируют электрические сигналы. Печень играет роль центрального химического процессора и распределителя в процессе метаболизма, поставщика смеси питательных веществ посредством кровеносного русла. Глюкоза, поступающая в печень, под действием фермента глюкокиназы фосфорилируется до глюкозы-6-фосфата.
^
Глюкоза в
русле крови
Гликоген печени
Глюкоза-6-фосфат
в печени
Триацилглицеролы,
   Фосфолипиды НАДФН
цикл фосфата
пентозы
 Гликолиз
Ж ирные кислоты Холестерол Пуриват Нуклеотиды
 Ацил-СоА Рибоза-5-фосфат
^
Цикл лимонной
кислоты
    е-
СО2 О2 Н2О
окислительное
фосфорилирование
Глюкоза-6-фосфат дефосфорилируется под действием фермента глюкозы-6-фосфотазы с образованием глюкозы, которая поступает в кровь. Выброс глюкозы в кровь должен регулироваться, т.к. концентрация глюкозы должна быть достаточно высокой, чтобы обеспечить энергией мозг и другие органы. Глюкоза-6-фосфат, которая не востребована для немедленного преобразования в глюкозу, превращается в печени в гликоген. Избыточное количество глюкозы-6-фосфата подвергается гликолизу, под действием фермента пуриват дегидрогеназы преобразуется в ацетил-СоА, который служит предшественником синтеза липидов: образуются жирные кислоты, которые переводятся в триацилглицеролы, фосфолипиды и холестерол.
Многие липиды, синтезируемые в печени, переносятся в другие органы, посредством связывания с липопротеинами крови. И окончательно глюкоза-6-фосфат служит субстратом для синтеза из фосфата пентозы обогащенного энергией НАДФН, который необходим для биосинтеза жирных кислот и холестерола, а также D-рибозы-5-фосфата, который является предшественником нуклеотидного биосинтеза.
Аминокислоты, поступающие в печень, имеют несколько важнейших путей метаболиэма, в результате которых образуются предшественники синтеза белков в гепатоцитах. Печень постоянно обновляет свои собственные белки, время жизни которых только несколько дней. В печени осуществляется биосинтез белков плазмы крови. Отдельные аминокислоты, попадая в печень, участвуют в биосинтезе нуклеотидов, гормонов и других азотистых соединений.
Жирнокислотные компоненты липидов также участвуют в различных путях преобразования. Жирные кислоты преобразуются в липиды печени, превращаются в фосфолипиды и триацилглицеролы плазматических липопротеинов, связываются с альбумином и переносятся по кровеносному руслу к сердцу и мышцам для окисления в них в качестве источников энергии.
Таким образом печень служит центром распределения организма, обеспечивая нутриентами в конкретных пропорциях другие органы, сглаживая флуктуации в процессе метаболизма. В печени проходят процессы энзиматической детоксикации посторонних органических веществ (лекарств, пищевых добавок, консервантов). Детоксикация обычно включает цитохромзависимое гидроксилирование нерастворимых органических веществ.
Координация метаболизма в отдельных органах млекопитающих достигается гормональной и нервной системой - клетки эндокринных желез секретируют гормоны, нейроны секретируют нейротрансмиттеры. В обоих случаях вестник от одной клетки проникает к другой, где связывается с молекулой рецептора и запускает процесс изменения в активности второй клетки. Гормоны в отличие от нейротрансмиттеров, быстро переносятся по кровеносному руслу от одного органа к другому, при этом преодолевая большие расстояния. Механизм действия нейротрансмиттеров и гормонов во многом подобен. Отдельные химические вестники являются общими для эндокринной и нервной систем. Поэтому систему регулирования метаболизма часто называют нейроэндокринной.
Концепция гормонов, как внутренних сигнальных веществ организма, появилась в 1855 году. Термин "гормон" введен в 1905 году в известной лекции Старлинга "Химическая корреляция функций тела". Известно, что гормоны контролируют не только различные аспекты метаболизма, но и многие другие функции: рост клеток и тканей, скорость сокращения сердечной мышцы, давление крови, функцию почек, секрецию ферментов и других гормонов, лактацию, активность репродуктивной системы.
^ .
Гормон
|
Секретирующий
орган/ткань/клетка
|
Функция или активность
|
^
|
Тиротропин-релизинг гормон
|
Гипоталамус
|
Стимуляция тиротропина
|
Кортикотропин (АКТТ)
|
Гипофиз
|
Стимуляция синтеза адрено-кортикотропных стероидов
|
Вазопрессин
|
Гипофиз
|
Увеличение давления крови
|
Инсулин
|
Поджелудочная железа
|
Стимуляция утилизации глюкозы
|
Глюкагон
|
Поджелудочная железа
|
Стимуляция выделения глюкозы печенью
|
^
|
Адреналин
|
Надпочечники
|
Контроль стрессовых ситуаций, увеличение сердечного ритма
|
Тироксин
|
Щитовидная железа
|
Стимуляция метаболизма во многих органах
|
^
|
Кортизол
|
Надпочечники
|
Ограничивает утилизацию глюкозы
|
Алдостерон
|
Надпочечники
|
Регулирует кровяное давление
|
Тестостерон
|
Половые железы
|
Регулирует половую активность
|
-Эстрадиол
|
Половые железы
|
- // -
|
Прогестерон
|
В яичниках
|
- // -
|
Гормоноподобные:
|
Простагландины
|
Большинство тканей
|
Запускают мышечное сокращение
|
Лейкотриены
|
Лейкоциты
|
Включаются в гиперчувствитель-ные реакции
|
Тромбоксаны
|
Тромбоциты
|
Регулируют свертывание крови
|
Вопросы для самокнтроля
Регулирование уровня гормонов в крови.
Функции водорастворимых и жирорастворимых гормонов.
Метаболизм глутамата в мозге человека.
Тестовые вопросы
1. Где синтезируются гормоны?
а) в растениях;
б) в живом организме;
в) в железах внутренней секреции.
2. Что происходит при недостатке инсулина в организме?
а) нарушается углеродный обмен;
б) нарушается белковый обмен;
в) истощение нервной системы.
3. Химическая природа гормонов?
а) белковая природа;
б) аминокислотная природа;
в) стеройдная природа.
4. Какие гормоны вырабатываются щитовидной железой?
а) тироксин;
б) инсулин;
в) кортизон;
г) адреналин.
5. Какова структура инсулина?
а) белковое вещество;
б) углеводное вещество;
в) витаминное вещество;
г) минеральное вещество.
^
1. A. Lehninger, D. Nelson, М. Сох. Principles of Biochemistry. Worth Publishers. New York, 1993.
2. W. M. Becker, D. W. Deamer. The World of the Cell. The Benjamin Publisher. CA, 1991.
3. The Molecules of Life. Sci. Amer., 1985, p. 253.
4. Structure and Function of Proteins. Trends Bioch. Sci, 1989, p. 14.
5. A. Fersht. Enzyme Structure and Mechanism. Freeman and Company. New York, 1985.
6. M. K. Jain. Introduction to Biological Membranes. John Wiley. Inc. New York, 1988.
7. R. W. Bincley. Modern Carbohydrate Chemistry. CA, 1988.
8. P. B. Hackett at al. Introduction to Recombinant DNA Techniques. The Benjamin Publishing. CA, 1988.
9. T. M. Devlin. Textbook of Biochemistry with Clinical Correlations. Third Edition. A John Willey & Sons, Inc., Publication. New York, 1992.
10. В.П. Панов, А.В. Панов. Введение в биохимию. М.: МГТА, 2001.
|
