Paskaita Angliavandeniai
Šis pavadinimas reiškia medžiagas, kurios yra plačiai paplitusios gamtoje. Jie atsiranda augalų organizmuose dėl sudėtingos cheminės reakcijos, apimančios vandenį, anglies dioksidą iš oro ir saulės energiją, o reakcija vyksta dalyvaujant chlorofilo grūdams, esantiems žaliojoje augalų dalyje.
Taigi angliavandeniai (cukrūs) yra viena svarbiausių ir labiausiai paplitusių natūralių organinių junginių grupių. Bendroji formulė C m H 2 n O n (m Ir n³3).
Augalų organizmuose iki 80% (sausos masės), o gyvūnų organizmuose - iki 2% (sausos masės) angliavandenių.
Į gyvūnų ir žmonių organizmą angliavandeniai (cukrūs) patenka iš įvairių augalinės kilmės maisto produktų, nes cukrus negali būti sintetinamas gyvūninės kilmės organizmuose.
Augaluose angliavandeniai susidaro fotosintezės metu iš vandens ir anglies dioksido (žr. aukščiau):
Angliavandeniai turi skirtingą struktūrą ir gali būti suskirstyti į dvi grupes: paprastus ir sudėtingus angliavandenius.
Paprastieji angliavandeniai (monosacharidai) yra tie junginiai, kurių negalima hidrolizuoti, kad susidarytų paprastesni angliavandeniai.
Sudėtiniai angliavandeniai (polisacharidai) yra junginiai, kuriuos galima hidrolizuoti, kad susidarytų paprasti angliavandeniai.
Monosacharidai: ribozė, dezoksiribozė, gliukozė, fruktozė. Erdvinių angliavandenių izomerų samprata. Ciklinės monosacharidų formos
Monosacharidų molekulėse gali būti nuo trijų iki devynių anglies atomų. Visų monosacharidų grupių pavadinimai, taip pat atskirų atstovų pavadinimai baigiasi -ose. Priklausomai nuo anglies atomų skaičiaus molekulėje, monosacharidai skirstomi į tetrozes, pentozes, heksozes ir kt. Svarbiausios yra heksozės ir pentozės.
Ribozė ir dezoksiribozė
Pentozės dažnai randamos gamtoje. Iš jų labai domina ribozė ir dezoksiribozė, nes jie yra nukleorūgščių dalis.
Pavadinimas „dezoksiribozė“ rodo, kad joje yra viena OH grupė mažiau nei ribozė.
Ribozės ir dezoksiribozės molekulės gali turėti tiek linijinę, tiek ciklinę struktūrą:
Svarbiausi heksozių atstovai yra gliukozė Ir fruktozė, kurio pavyzdžiu nagrinėsime monosacharidų struktūrą, nomenklatūrą, izomerizmą ir savybes.
Struktūra
Gliukozė ir fruktozė yra izomerai, kurių molekulinė formulė yra C 6 H 12 O 6.
Monosacharidų struktūra buvo nustatyta naudojant šias reakcijas:
1) Gliukozės redukcija vandenilio jodidu, šios reakcijos metu susidaro 2-jodoheksanas.
2) Gliukozė reaguoja su amoniako sidabro oksido tirpalu, o tai rodo, kad gliukozės molekulėje yra aldehido grupė:
(C5H11O5) СОН+2OH® (C5H11O5) COONH4 +2Ag¯+3NH3 +H2O
3) Bromo vandens gliukozė oksiduojama į gliukono rūgštį:
(C 5 H 11 O 6) COH + Br 2 + H 2 O® (C 5 H 11 O 5) COOH + 2 HBr
4) Kai gliukozė sąveikauja su vario hidroksidu, tirpalas pasidaro mėlynas – tai kokybinė daugiahidrospirių reakcija. Kiekybiniai eksperimentai parodė, kad gliukozės molekulėje 5 hidroksilo grupės. Taigi, gliukozė yra penkių hidroksialdehido alkoholis.
5) Fruktozės molekulėje taip pat yra 5 alkoholio grupės, tačiau intensyvios oksidacijos metu fruktozė sudaro dvi hidroksi rūgštis su dviem ir keturiais anglies atomais. Toks elgesys būdingas ketonams. Taigi, fruktozė yra daugiabriaunis ketono alkoholis:
Vadinasi, monosacharidai yra polihidriniai aldehidai arba ketoniniai alkoholiai.
Tačiau šios monosacharidų struktūros rėmuose negalima paaiškinti daugybės eksperimentinių faktų: 1) monosacharidai nesukelia kai kurių aldehidams būdingų reakcijų; ypač jie nesudaro bisulfito junginių reaguodami su NaHS03;
2) matuojant šviežiai paruoštų gliukozės tirpalų optinį aktyvumą, paaiškėjo, kad laikui bėgant jis mažėja;
3) kaitinant monosacharidus su metilo alkoholiu, esant HCl, nusėda kristalinės glikozidų nuosėdos, kurios lengvai hidrolizuojasi ir susidaro viena alkoholio molekulė.
Visi šie faktai rado paaiškinimą, kai buvo daroma prielaida, kad kiekvienas monosacharidas gali egzistuoti kelių tautomerinių formų pavidalu. Tirpale, be neišskleistų grandinių, taip pat yra ciklinių formų, kurios susidaro per molekulinę aldehido grupės ir hidroksilo grupės sąveiką penktame anglies atome:
Ciklinės formos buvimas paaiškina visas pirmiau minėtas anomalijas taip:
1) tirpaluose vyrauja ciklinės monosacharidų formos, nedideliais kiekiais randama atvirų formų;
2) optinio aktyvumo pokytis siejamas su pusiausvyros tarp atvirosios ir ciklinės formos nusistatymu.
Glikozidų susidarymas paaiškinamas glikozidinio arba hemiacetalio hidroksilo buvimu, kuris yra reaktyvesnis nei kiti hidroksidai. Todėl jis lengvai sąveikauja su alkoholiais, sudarydamas glikozidus. Haworthas pasiūlė pavaizduoti ciklines cukrų formas taip, kad būtų aiškiai matomas ir žiedas, ir pakaitalai:
Ciklinėse monosacharidų formose gali būti penki arba šeši žiedo atomai. Cukrus su šešių narių žiedu vadinami piranozės, pavyzdžiui, gliukozė – gliukopiranozė; vadinamos ciklinės cukrų formos su penkių narių žiedu furanozės. Gliukozė su penkių narių žiedu yra gliukofuranozė, o fruktozė su penkių narių žiedu yra fruktofuranozė.
Monosacharidų nomenklatūra ir izomerija Monosacharidų pavadinimuose yra graikiškų skaičių pavadinimų
atomai ir galūnė -oz (žr. aukščiau).
Aldehido ir ketonų grupės buvimas nurodomas pridedant žodžius aldozė ir ketozė. Gliukozė yra aldoheksozė, fruktozė yra ketoheksozė.
Izomerija atsiranda dėl:
1) aldehido arba ketonų grupė;
2) asimetrinis anglies atomas;
3) tautomerija (t.y. pusiausvyra tarp skirtingų molekulės formų).
Monosacharidų gavimas
1) Gamtoje gliukozė ir fruktozė (kartu su kitais monosacharidais) susidaro dėl fotosintezės reakcijos:
Remiantis tuo, galime daryti išvadą, kad nemažai monosacharidų gamtoje yra laisvos formos, pavyzdžiui, fruktozė ir gliukozė randama vaisiuose, fruktozė – meduje ir kt.
2) Polisacharidų hidrolizė. Pavyzdžiui, gamyboje gliukozė dažniausiai gaunama hidrolizuojant krakmolą, esant sieros rūgščiai:
3) Neužbaigta daugiahidročių alkoholių oksidacija.
4) Sintezė iš formaldehido, dalyvaujant kalcio hidroksidui (1861 m. pasiūlė A. M. Butlerovas):
Fizinės savybės
Monosacharidai yra kietos medžiagos, kurios gali kristalizuotis, yra higroskopinės ir gerai tirpsta vandenyje. Jų vandeniniai tirpalai neutraliai reaguoja į lakmusą, dauguma jų yra saldaus skonio. Jie blogai tirpsta alkoholyje ir netirpsta eteryje.
Gliukozė yra bespalvė kristalinė medžiaga, saldaus skonio ir gerai tirpi vandenyje. Jis išskiriamas iš vandeninio tirpalo kristalinio hidrato C 6 H 12 O 6 H 2 O pavidalu.
Cheminės savybės
Monosacharidų chemines savybes lemia įvairių funkcinių grupių buvimas jų molekulėse.
1. Monosacharidų oksidacija:
(C5H11O6) СОН+2OH® (C6H11O5) COONH4 +2Ag¯+3NH3 +H2O
2. Alkoholio hidroksidų reakcija:
a) sąveika su vario (II) hidroksidu, kad susidarytų vario (II) alkoksidas;
b) eterių susidarymas;
c) esterių susidarymas sąveikaujant su karboksirūgštimis – esterinimo reakcija. Pavyzdžiui, gliukozės sąveika su acto rūgštimi arba jos rūgšties chloridu:
3. Glikozidų susidarymas (žr. aukščiau).
4. Fermentacija. Fermentacija yra sudėtingas procesas, kurio metu monosacharidai suskaidomi veikiant įvairiems mikroorganizmams. Išskiriama fermentacija:
a) alkoholis:
Cheminės gliukozės savybės taip pat pateiktos lentelėje. 41.
Gliukozės taikymas
Gliukozė yra vertingas mitybos produktas. Organizme vyksta kompleksinis biocheminis virsmas, kurio metu išsiskiria energija, kuri kaupiasi fotosintezės procese, kuris vyksta etapais, todėl energija išsiskiria lėtai (žr. 51 pav.).
Gliukozės fermentacijos procesai turi didelę reikšmę. Pavyzdžiui, rauginant kopūstus, agurkus, rūgpienį, vyksta pieno rūgšties gliukozės fermentacija, kaip ir silosuojant pašarus. Alkoholinė gliukozės fermentacija plačiai naudojama praktikoje, pavyzdžiui, gaminant alų.
Fruktozė
Fruktozė turi tokią pačią molekulinę formulę kaip gliukozė (C 6 H 12 O 6), tačiau ji nėra polioksialdehidas, o polioksiketonas. Fruktozės molekulėje yra trys asimetriniai anglies atomai, o jų konfigūracija yra tokia pati kaip atitinkamų gliukozės molekulės atomų. Taigi, fruktozė yra gliukozės izomeras ir „artimas giminaitis“. Jis gerai tirpsta vandenyje ir yra saldaus skonio (apie 3 kartus saldesnis už gliukozę).
Fruktozė taip pat dažniausiai randama ciklinėmis formomis (a- arba b-), tačiau, skirtingai nei gliukozė, penkių narių. Vandeniniuose fruktozės tirpaluose susidaro tokia pusiausvyra:
Fruktozė ir gliukozė dideliais kiekiais randama saldžiuose vaisiuose ir bičių meduje.
Pamokos tema
Užsiėmimų metu:
1. Organizacinis momentas
Sveikinimai. Pravaikštų žymėjimas. Pasirengimo pamokai tikrinimas. Pasiruošimas darbui.
Sveiki! Ankstesnėse pamokose mokėmės monosacharidus – heksozes. Tačiau monosacharidų pasaulis yra labai įvairus ir, be heksozių, didelę reikšmę turi pentozės.
2. Motyvacijos studijuoti temą kūrimas
Šiandien susitiksime:
Pentozių klasifikacija,
Fizinės savybės,
Aldopentozės struktūros ypatybės,
Biologinis pentozių vaidmuo žmogaus organizme.
3. Bazinių žinių kartojimas
Prieš pereidami prie naujos temos, prisiminkime, ką mokėmės ankstesnėse klasėse.
Pakartokime šias sąvokas: monosacharidai, heksozės, aldoheksozės, ketoheksozės.
Mokiniai apibrėžia sąvokas.
Monosacharidai yra paprasti angliavandeniai, kurie nehidrolizuojami.
Heksozės yra monosacharidai, turintys 6 anglies atomus.
Aldoheksozės yra heksozės, turinčios aldehido funkcinę grupę.
Ketoheksozės yra heksozės, turinčios ketono funkcinę grupę.
Dabar reikia atsakyti į šiuos klausimus:
Užduodami klausimai.
Kokios medžiagos klasifikuojamos kaip angliavandeniai?
Siūlomas atsakymas: gliukozė, fruktozė, laktozė, krakmolas, celiuliozė, maltozė, ribozė.
Koks yra angliavandenių šaltinis?
Siūlomas atsakymas: angliavandenių šaltinis yra augalai, kurių lapuose, veikiant saulės energijai, vyksta fotosintezė.
Kokie angliavandeniai priskiriami monosacharidams?
Kokioms medžiagų klasėms priklauso gliukozė pagal cheminę struktūrą?
Siūlomas atsakymas: gliukozė yra aldehido alkoholis.
Išvardykite žinomus gliukozės fermentacijos procesus.
Siūlomas atsakymas: alkoholio, pieno, sviesto rūgšties fermentacija.
Koks yra gliukozės vaidmuo gyvų organizmų gyvenime?
Siūlomas atsakymas: yra energijos šaltinis.
4. Naujos medžiagos mokymasis
Monosacharidų molekulėse gali būti nuo trijų iki dešimties anglies atomų.
Vaikinai, prisiminkime monosacharidų klasifikaciją priklausomai nuo anglies atomų skaičiaus molekulėje.
Vienas mokinys prieina prie lentos ir diagramos pavidalu užrašo monosacharidų klasifikaciją.
Užduodami klausimai.
Kokius šios klasifikacijos monosacharidus jau ištyrėte?
Siūlomas atsakymas: heksozės.
Kokia yra heksozių cheminė sudėtis? Parašykite formulę.
Siūlomas atsakymas: C 6 H 12 O 6.
Pateikite heksozių, kurias tyrinėjome, pavyzdžius.
Siūlomas atsakymas: gliukozė, fruktozė.
Diagramos paaiškinimas.
Triozėms priskiriamos pieno ir piruvo rūgštys, kurios dalyvauja fermentacijos ir oksidacijos procesuose, vykstančiuose gyvuose organizmuose.
Tetrozės pirmiausia apima eritrozę, kuri aktyviai dalyvauja organizme vykstančiuose medžiagų apykaitos procesuose, yra tarpininkė pirmiausia fotosintezės procesuose ir ištiesina angliavandenių molekulių žiedo formą.
Šiandien mes mokysime pentozes.
Užduodamas klausimas.
Kokia yra pentozių cheminė sudėtis? Parašykite formulę.
Siūlomas atsakymas: C 5 H 10 O 5.
Gyvūnų ir augalų organizmų ląstelės susideda iš pentozės – ribozės ir dezoksiribozės. Jie yra nukleorūgščių dalis: ribozė yra ribonukleino rūgšties (RNR) dalis, dezoksiribozė yra dezoksiribonukleino rūgšties (DNR) dalis.
Taigi, suformuluokite pamokos temą.
Mokiniai suformuluoja pamokos temą.
Pamokos tema: „Pentozės. Ribozė ir dezoksiribozė kaip aldopentozės atstovai.
Visos pentozės, priklausomai nuo keto ar aldo grupės buvimo, skirstomos į ketopentozes (ribulozę, ksiluliozę) ir aldopentozes (ribozę, arabinozę, ksilozę, likozę).
Užrašykite diagramą lentoje.
Diagramos paaiškinimas.
Ribozės izomeras, ribulozės, fosforo esterio pavidalu, dalyvauja angliavandenių apykaitoje.
Augaluose ksiluliozė fosforo esterio pavidalu taip pat dalyvauja angliavandenių apykaitoje.
Didžiausią susidomėjimą kelia aldopentozė.
Ribozė vaidina labai svarbų vaidmenį gyvuose organizmuose. Tai yra RNR, nukleotidų, vitaminų ir kofermentų dalis. Jo fosforo esteriai dalyvauja angliavandenių apykaitoje.
Užduodamas klausimas.
Kokios funkcinės grupės yra įtrauktos į aldopentozes?
Siūlomas atsakymas: aldehidų ir alkoholių grupės.
Kaip patvirtinti funkcinių grupių buvimą aldopentozėse naudojant kokybines reakcijas?
Siūlomas atsakymas: sidabrinio veidrodžio reakcija (aldehido grupė), reakcija su šviežiai paruoštu vario (11) hidroksidu (alkoholio grupė).
Norėdami išsiaiškinti ribozės ir dezoksiribozės savybių ir struktūros ypatybes, užpildykime lentelę naudodami informacinius užrašus, kuriuos kiekvienas turi ant savo stalo (A, B priedai).
| P / P | Pasirašyti | Ribose | Dezoksiribozė |
| Kas ir kada atrado medžiagą? | 1905 m | Fibusas Lievenas, 1929 m |
|
| Fizinės savybės | Bespalviai kristalai, lengvai tirpūs vandenyje ir saldaus skonio. | Bespalvė kristalinė medžiaga, gerai tirpi vandenyje. |
|
| Formulė | C5H10O5 | C5H10O4 |
|
| Aciklinė forma |
|
|
|
| Ciklinė forma |
|
|
|
| Buvimas gamtoje | Nerasta laisvos formos; Oligo- ir polisacharidų sudedamoji dalis; Aptinkama gyvūnų odoje ir seilių liaukose; RNR dalis (ribonukleino rūgštys), vitaminas B2; - ATP (adenozino trifosforo rūgšties) sudedamoji dalis. | Laisva forma nerasta. - neatskiriama nukleoproteinų, kuriuose gausu mėsos ir žuvies produktų, dalis; DNR dalis (dezoksiribonukleino rūgštys). |
|
| Biologinis vaidmuo | Informacijos ir energijos, taip pat kai kurių kofermentų ir bakterinių polisacharidų perdavimas. Dalyvauja baltymų sintezėje ir paveldimų savybių perteikime. | Nukleino rūgščių sintezei. Tai yra neatsiejama nukleotidų kofermentų, kurie atlieka svarbų vaidmenį gyvų būtybių metabolizme, sudedamoji dalis. Dalyvauti baltymų sintezėje ir paveldimų savybių perdavimuose. |
|
| Taikymas | Ribose galima įsigyti kaip atskirą sporto maisto papildą. | Nėra paraiškos informacijos. |
Lentelės paaiškinimas.
Ribozės ir dezoksiribozės savybės.
Dezoksiribozės sudėtis neatitinka C formulės n (H2O) m , laikoma bendra visų angliavandenių formule.
Dezoksiribozė nuo ribozės skiriasi tuo, kad molekulėje nėra vienos hidroksilo grupės (hidroksi grupės), kuri yra pakeista vandenilio atomu. Iš čia kilęs medžiagos pavadinimas (dezoksiribozė).
Struktūrinės formulės tiksliai nurodo, kuris dezoksiribozės anglies atomas neturi hidroksilo grupės.
Kaip ir gliukozė, pentozės molekulės egzistuoja ne tik aldehido, bet ir ciklinės formos. Panašiai galima pavaizduoti ir žiedo užsegimą jose. Skirtumas bus tik tas, kad karbonilo grupė sąveikauja su ne penktojo, o ketvirtojo anglies atomo hidroksilu ir dėl atomų persirikiavimo susidaro ne šešių, o penkių narių žiedas.
5. Žinių įtvirtinimas
Mokiniai laiko testą. A priedas.
Mokiniai keičiasi sąsiuviniais ir pasitikrina savo atsakymus teisingais, kurie užrašomi lentoje. Jie vertina vienas kitą.
Atsakymai į testą.
1) B,
2) V, G,
3) A, D,
4) A,
5) A.
6. Pamokos apibendrinimas
Šioje pamokoje žiūrėjote į temą „Pentozės. Ribozė ir dezoksiribozė kaip aldopentozės atstovai“ Pamokos metu galėjote pagilinti žinias apie angliavandenius, sužinojote apie ribozės ir dezoksiribozės struktūrines ypatybes, jų biologinį vaidmenį žmogaus organizme.
Studentų darbų vertinimas. Įvertinimas.
7. Namų darbai
Namų darbų paaiškinimas.
Parengti pranešimą tema „Nukleino rūgščių RNR ir DNR sudėtis“.
A PRIEDAS
RIBOZĖ
Ribozė yra monosacharidas iš pentozės grupės; bespalviai kristalai, lengvai tirpūs vandenyje ir saldaus skonio. Atidarytas 1905 m. Jo formulė yra C 5 H 10 O 5 .
Monosacharidai, turintys penkis anglies atomus ir penkis deguonies atomus, gamtoje neaptinkami laisvos formos, bet yra svarbios oligo- ir polisacharidų sudedamosios dalys, randamos, pavyzdžiui, medienoje.
Baltymų junginių pavidalu ribozė randama gyvūnų odoje ir seilių liaukose.
Tai yra ribonukleino rūgšties (RNR) pagrindas ir taip pat yra pagrindinis ingredientas, kurį organizmas naudoja kurdamas ATP molekulę.
Ribozė yra neatsiejama vitamino B dalis 2 ir nukleotidai.
Biologinis vaidmuo
Ribozė yra ribonukleino rūgščių (RNR), nukleozidų, mono- ir dinukleotidų, kurie atlieka informacijos ir energijos perdavimą ląstelėse, dalis, taip pat kai kurie kofermentai ir bakteriniai polisacharidai.
Taikymas
Papildomas ribozės vartojimas ženkliai padeda atkurti energijos atsargas širdies raumenyse ir griaučių raumenyse, prarastas per varginančius treniruotes, sunkų fizinį darbą ar išemines sąlygas, kai sumažėja audinių aprūpinimas deguonimi. Tokia stipri ribozės įtaka atsiranda dėl to, kad audiniams trūksta fermentų, reikalingų greitai jos sintezei, kai to reikia. Energijos atsargų papildymas sulėtėja, kai suvartojama daug ATP. Dėl to sumažėja ATP ir kitų jo pakeitimui reikalingų junginių atsargos. Visa tai paaiškina, kodėl sportininkai kelias dienas po intensyvios treniruotės jaučiasi pavargę.
Neseniai ribozė tapo prieinama kaip atskiras sporto maisto papildas, kuris gali būti miltelių arba skysto pavidalo. Nepaisant visų šios medžiagos privalumų, ribozę rekomenduojama vartoti kartu su kitais sporto papildais, nes tai gali žymiai sustiprinti jų poveikį. Kreatinas laikomas sėkmingiausiu deriniu su riboze.
B PRIEDAS
DEOKSIRIBOZĖ
Dezoksiribozė yra monosacharidas iš pentozės grupės, turintis viena hidroksilo grupe mažiau nei ribozė. Tai bespalvė kristalinė medžiaga, gerai tirpi vandenyje. Cheminę formulę 1929 m. atrado Phibus Lieven. Jo formulė yra C 5 H 10 O 4 .
Pentozės laisvos formos maisto produktuose nerandamos ir į žmogaus organizmą patenka kaip nukleoproteinų, kurių gausu mėsos ir žuvies produktuose, dalis.
Tai yra DNR molekulių (dezoksiribonukleino rūgščių) angliavandenių-fosfato skeleto dalis.
Biologinis vaidmuo
Dezoksiribozė naudojama nukleorūgščių sintezei. Tai yra neatsiejama nukleotidų kofermentų, kurie atlieka svarbų vaidmenį gyvų būtybių metabolizme, sudedamoji dalis. Dalyvauti baltymų sintezėje ir paveldimų savybių perdavimuose.
Taikymas
Gali būti naudojamas kaip maisto priedas. Mokslinėje literatūroje kol kas nėra praktinių šio priedo vartojimo gairių – tai yra, kaip jį vartoti, kokiais kiekiais, kokiu laiku ir kokių rezultatų tikėtis.
B PRIEDAS
Testas tema
„Pentozės. Ribozė ir dezoksiribozė kaip aldopentozės atstovai.
1) Monosacharidas yra:
2) Kuris iš junginių yra ketozė?
5) Kiek hidroksilo grupių yra dezoksiribozėje?
| A) 3, B) 4, | 1, D) 2. |
Vertinimo kriterijus.
5 užduotys teisingai – balas „5“;
4 užduotys teisingos - balas „4“;
3 užduotys teisingos – įvertinkite „3“;
2 užduotys yra teisingos – įvertinkite „2“.
Susideda iš 5 anglies atomų (pentozė), kuri susidaro iš ribozės, kai praranda vieną deguonies atomą. Dezoksiribozės empirinė cheminė formulė yra C5H10O4, o dėl deguonies atomo praradimo ji nesutampa su bendra monosacharidų (CH2O)n formule, kur n yra sveikas skaičius.
Fizinės ir cheminės savybės
Dezoksiribozės tiesinė formulė gali būti pavaizduota taip: H-(C=O)-(CH2)-(CHOH)3 -H. Tačiau jis taip pat egzistuoja uždaro anglies atomų žiedo pavidalu.
Deoksiribozė yra bespalvė kieta medžiaga, kuri yra bekvapė ir gerai tirpi vandenyje. Jo molekulinė masė yra 134,13 g/mol, lydymosi temperatūra 91 °C. Jis gaunamas iš ribozės-5-fosfato dėl atitinkamų fermentų veikimo cheminės redukcijos reakcijos metu.
Skirtumas tarp ribozės ir dezoksiribozės
Kaip jau minėta ir kaip rodo pavadinimas, deoksiribozė yra cheminis junginys, kurio atominė sudėtis nuo ribozės skiriasi tik vienu deguonies atomu. Kaip parodyta paveikslėlyje žemiau, dezoksiribozėje nėra OH hidroksilo grupės antrame anglies atome.
Dezoksiribozė yra grandinės dalis, o ribozė yra rūgšties dalis).
Įdomu pastebėti, kad monosacharidai arabinozė ir ribozė yra stereoizomerai, tai yra, jie skiriasi erdviniu išsidėstymu, palyginti su OH grupės žiedo plokštuma šalia 2-ojo anglies atomo. Deoksiarabinozė ir dezoksiribozė yra tas pats junginys, tačiau naudojamas antrasis pavadinimas, nes ši molekulė gaunama iš ribozės.
Dezoksiribozė ir genetinė informacija
Kadangi deoksiribozė yra DNR grandinės dalis, ji atlieka svarbų vaidmenį - genetinės informacijos šaltinis, susideda iš nukleotidų, tarp kurių yra dezoksiribozė. Dezoksiribozės molekulės per fosfatų grupes susieja vieną nukleotidą su kitu DNR grandinėje.
Nustatyta, kad OH hidroksilo grupės nebuvimas dezoksiribozėje suteikia visai DNR grandinei mechaninio lankstumo, palyginti su RNR, o tai savo ruožtu leidžia DNR molekulei sudaryti dvigubą grandinę ir būti kompaktiška ląstelės branduolio viduje. .
Be to, dėl ryšių tarp nukleotidų, kuriuos sudaro dezoksiribozės molekulės ir fosfato grupės, lankstumo, DNR grandinė yra daug ilgesnė nei RNR. Šis faktas leidžia užkoduoti genetinę informaciją dideliu tankiu.
§ 2. MONOSACHARIDAI
Erdvinė izomerija
Pagal savo cheminę prigimtį monosacharidai yra aldehido arba keto alkoholiai. Paprasčiausias monosacharidų atstovas aldotriozė yra gliceraldehidas (2,3-dihidroksipropanalis).
Atsižvelgiant į gliceraldehido struktūrą, galima pastebėti, kad pateikta formulė atitinka du izomerus, kurie skiriasi erdvine struktūra ir yra vienas kito veidrodiniai atvaizdai:
Vadinami izomerai, kurių molekulinės formulės vienodos, bet skiriasi atomų išsidėstymu erdvėje erdvinis, arba stereoizomerai. Vadinami du stereoizomerai, susiję vienas su kitu kaip objektas ir veidrodinis vaizdas, kuris nesutampa su juo enantiomerai. Šis erdvinės izomerijos tipas taip pat vadinamas optinis izomerija.
Enantiomerų buvimas gliceraldehide atsiranda dėl jų buvimo jo molekulėje chiralinis anglies atomo, t.y. atomas, prijungtas prie keturių skirtingų pakaitų. Jei molekulėje yra daugiau nei vienas chiralinis centras, optinių izomerų skaičius bus nustatytas pagal formulę 2 n, kur n yra chiralinių centrų skaičius. Šiuo atveju vadinami stereoizomerai, kurie nėra enantiomerai diastereomerai.
Norėdami pavaizduoti optinius izomerus plokštumoje, naudokite Fišerio projekcijos. Statant Fišerio projekcijas reikia atsižvelgti į tai, kad ant horizontalios linijos gulintys atomai ar atomų grupės turi būti nukreipti į stebėtoją, t.y. išeiti iš popieriaus plokštumos. Atomai ar atomų grupės, esantys ant vertikalios linijos ir, kaip taisyklė, sudarančios pagrindinę grandinę, yra nukreiptos nuo stebėtojo, t.y. peržengti popieriaus plokštumą. Kalbant apie gliceraldehido izomerus, kuriuos mes svarstome, Fišerio projekcijų konstravimas vyks taip:
Gliceraldehidas yra priimtas kaip optinių izomerų žymėjimo standartas. Norėdami tai padaryti, vienas iš jo izomerų buvo pažymėtas raide D, o antrasis - raide L.
Pentozės ir heksozės
Kaip minėta pirmiau, aldopentozė ir aldoheksozė yra labiausiai paplitusios gamtoje. Atsižvelgiant į jų struktūrą, galime daryti išvadą, kad aldopentozės turi 3 chiralinius centrus (pažymėtus žvaigždutėmis), todėl susideda iš 8 (2 3) optinių izomerų. Aldoheksozės turi 4 chiralinius centrus ir 16 izomerų:
Lyginant pastarųjų struktūrą iš angliavandenių chiralinio centro karbonilo grupės su D- ir L-gliceraldehidų struktūra, visi monosacharidai skirstomi į dvi grupes: D- ir L-serija. Svarbiausios aldopentozės atstovės yra D-ribozė, D-dezoksiribozė, D-ksilozė, L-arabinozė, aldoheksozės – D-gliukozė ir D-galaktozė, o ketoheksozės – D-fruktozė. Žemiau pateikiamos įvardintų monosacharidų ir jų natūralių šaltinių Fischerio projekcijos.
Monosacharidai egzistuoja ne tik atvirų (linijinių) formų, kurios pateiktos aukščiau, bet ir ciklų pavidalu. Šios dvi formos (linijinė ir ciklinė) gali spontaniškai virsti viena į kitą vandeniniuose tirpaluose. Dinaminė pusiausvyra tarp struktūrinių izomerų vadinama tautomerija. Ciklinės monosacharidų formos susidaro dėl vienos iš hidroksilo grupių intramolekulinio pridėjimo prie karbonilo grupės. Stabiliausi yra penkių ir šešių narių ciklai. Todėl, kai susidaro ciklinės angliavandenių formos, furanozė(penkių narių) ir piranozė(šešių narių) ciklai. Panagrinėkime ciklinių formų susidarymą naudodamiesi gliukozės ir ribozės pavyzdžiais.
Ciklizuota gliukozė sudaro daugiausia piranozės žiedą. Piranozės ciklas susideda iš 5 anglies atomų ir 1 deguonies atomo. Jam susidarius, prisijungime dalyvauja penktojo (C5) anglies atomo hidroksilo grupė.
Vietoj karbonilo grupės atsiranda hidroksilo grupė, kuri vadinama glikozidinis ir angliavandenių glikozidinės grupės dariniai – glikozidai. Kitas ciklinių formų erdvinis bruožas yra naujo chiralinio centro (C 1 atomo) susidarymas. Atsiranda du optiniai izomerai, kurie vadinami anomerai. Anomeras, kuriame glikozidinė grupė yra taip pat, kaip ir hidroksilo grupė, kuri lemia monosacharido ryšį su D arba L serija, žymimas raide, kitas anomeras – raide. Ciklinės formos monosacharidų struktūra dažnai vaizduojama Hawortho formulių pavidalu. Šis vaizdas leidžia pamatyti santykinę vandenilio atomų ir hidroksilo grupių padėtį žiedo plokštumos atžvilgiu.
Taigi, tirpale gliukozė egzistuoja trijų formų, kurios yra judrioje pusiausvyroje, pavidalu, kurių santykis yra maždaug: 0,025% - linijinė forma, 36% - - ir 64% - - forma.
Ribozė daugiausia sudaro penkių narių furanozės žiedus.
Cheminės savybės
Monosacharidų chemines savybes lemia karbonilo grupės ir alkoholio hidroksilų buvimas jų molekulėse. Pažvelkime į kai kurias monosacharidų reakcijas, kaip pavyzdį naudodami gliukozę.
Kaip ir polihidroksinis alkoholis, glikolis, gliukozės tirpalas ištirpina vario (II) hidroksido nuosėdas, sudarydamas sudėtingą junginį.
Aldehido grupė redukuojant sudaro alkoholius. Sumažėjus gliukozei, susidaro šešioliktainis alkoholis sorbitolis:
Sorbitolis yra saldaus skonio ir naudojamas kaip cukraus pakaitalas. Tam pačiam tikslui taip pat naudojamas ksilitolis, ksilozės redukcijos produktas.
Oksidacijos reakcijose, priklausomai nuo oksiduojančio agento pobūdžio, gali susidaryti vienbazinės (aldono) arba dvibazinės (gliukaro) rūgštys.
Dauguma monosacharidų yra redukuojantys cukrūs. Jiems būdinga: „sidabrinio veidrodžio“ reakcija
ir sąveika su Felingo skysčiu (mėlynojo Cu(OH) 2 redukcija iki geltonos spalvos CuOH, o vėliau oranžinės spalvos Cu 2 O).
Glikozidinė monosacharidų ciklinių formų grupė turi padidintą reaktyvumą. Taigi, sąveikaujant su alkoholiais, susidaro eteriai – glikozidai. Kadangi glikozidams trūksta glikozidinio hidroksilo, jie nepajėgūs tautomerijai, t.y. linijinės formos, turinčios aldehido grupę, susidarymas. Glikozidai nereaguoja su sidabro oksido amoniako tirpalu ir Fehlingo skysčiu. Tačiau rūgštinėje aplinkoje glikozidai lengvai hidrolizuojasi, sudarydami pirminius junginius:
Veikiant mikroorganizmų fermentų sistemoms, monosacharidai gali virsti įvairiais kitais organiniais junginiais. Tokios reakcijos vadinamos fermentacija. Gliukozės alkoholinė fermentacija yra plačiai žinoma, todėl susidaro etilo alkoholis. Taip pat žinomos ir kitos fermentacijos rūšys, pavyzdžiui, pieno rūgštis, sviesto rūgštis, citrinų rūgštis, glicerinas.
β,D - ribozė β,D - dezoksiribozė
Nukleozidai. Fosforo rūgštis gali būti atskirta nuo nukleotido, kad būtų gautas nukleozidas, susidedantis iš purino arba pirimidino bazės ir pentozės. Pagal savo cheminę struktūrą nukleozidai yra β-D-ribozės arba dezoksiribozės glikozidai. Tarp anomerinio C1 atomo angliavandenyje ir nukleino bazės azoto atomo susidaro N-glikozidinė jungtis: pirimidino bazėms – N1, purino – N9. Tokiu atveju visada susidaro β-glikozidinė jungtis.
Priklausomai nuo angliavandenių likučių (pentozės) pobūdžio yra ribonukleozidai Ir dezoksiribonukleozidai.
Dezoksiribonukleino rūgštyse (DNR) yra šie nukleozidai:
Deoksiguanozinas timidinas (timidildeoksiribozidas)
Deoksicitidinas Deoksiadenozinas
Ribonukleino rūgštyse (RNR) yra nukleozidų, kurie yra D-ribozės N-glikozidai. Jų struktūrinės formulės pateiktos žemiau:
Cytidinas Uridinas
Adenozinas Guanozinas
Nukleozidų pavadinimai yra kilę iš trivialaus atitinkamos heterociklinės azoto bazės pavadinimo su priesagomis -idin pirimidine ir -osinas purino nukleoziduose. Nukleozidams, kuriuose yra dezoksiribozės, pirmiausia pridedamas žodis „deoksi-“. Išimtis iš šios taisyklės taikoma timino nukleozidams.
Nukleozidai dažnai sutrumpinami kaip vienos raidės indeksas, tačiau yra ir trijų raidžių indekso sistema.
