WWW.LIT.I-DOCX.RU
БЕСПЛАТНАЯ  ИНТЕРНЕТ  БИБЛИОТЕКА - различные публикации
 

Pages:     | 1 || 3 |

«БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ БИОЛОГИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ Кафедра биохимии СТРУКТУРНАЯ БИОХИМИЯ УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ МИНСК УДК 577. 11 (112, 113, 114, 115). 15. 16. ББК в.р. Б Авторы О.И. Губич, ...»

-- [ Страница 2 ] --

Представители группы – это -, -, - и -токоферолы и -, -, - и токотриенолы. С химической точки зрения токоферолы представляют собой производные 2-метил-2(4', 8', 12'-триметилтридецил)-хроман-6-ола и отличаются друг от друга числом и расположением метильных групп в бензольном кольце. Токотриенолы отличаются от токоферолов ненасыщенной боковой цепью с тремя двойными связями .

–  –  –

Токотриенол Спектр биологической активности витамина Е разнообразен .

Основной функцией считается антиоксидантная – защита тканей организма от повреждающих реакций перекисного окисления, возникающих в процессе целого ряда нормальных метаболических процессов, и от экзогенных токсических факторов: он занимает такое положение в мембране, которое препятствует контакту кислорода с ненасыщенными липидами мембран (образование гидрофобных комплексов). Антиоксидантные свойства токоферола обусловлены также способностью подвижного гидроксила хроманового ядра его молекулы непосредственно взаимодействовать со свободными радикалами кислорода, ненасыщенных жирных кислот и перекисями жирных кислот .

Витамин Е обладает мембранотропным действием за счет его способности защищать от окисления SH-группы мембранных белков и двойные связи в молекулах каротина и витамина А .

Токоферол является не только антиоксидантом, но и актигипоксантом, что объясняется его способностью стабилизировать митохондриальную мембрану .

Помимо антиоксидантной, существуют и другие функции, которые также были признаны важными. -Токоферол способен влиять на активность активность некоторых ферментов. Например, он ингибирует активность протеинкиназы С, обладает стимулирующим действием на фосфатазу 2А. Токоферол контролирует синтез нуклеиновых кислот (на уровне транскрипции), а также гема, микросомальных цитохромов и других гемсодержаших белков. Витамин Е играет важную роль в неврологических функциях, в торможении агрегации тромбоцитов .

Витамин Е является эффективным иммуномодулятором, способствующим укреплению иммунозащитных сил организма .

Основные природные источники Растительные масла (арахисовое, соевое, пальмовое, кукурузное, подсолнечное и т. д.) и зародыши пшеницы являются наиболее ценными источниками витамина Е. К числу других источников витамина Е относятся орехи, семена, цельные зерна и зеленые листовые овощи .

Некоторые основные продукты питания типа молока и яиц содержат небольшое количество -токоферола .

Суточная потребность Суточная потребность — 10 мг .

Недостаточность Недостаточность токоферола — весьма распространенное явление, особенно у людей, проживающих на загрязненных радионуклидами территориях, а также подвергающихся воздействию химических токсикантов. Глубокий гиповитаминоз встречается редко — преимущественно у недоношенных детей (проявляется гемолитической анемией) .

При Е-витаминной недостаточности наблюдается частичный гемолиз эритроцитов, в них снижается активность ферментов антиоксидантной защиты. Повышение проницаемости мембран всех клеток и субклеточных структур, накопление в них продуктов ПОЛ — главное проявление гиповитаминоза. Именно этим обстоятельством объясняется разнообразие симптомов недостаточности токоферола — от мышечной дистрофии и бесплодия вплоть до некроза печени и размягчения участков мозга, особенно мозжечка .

Дефицит витамина Е в организме сопровождается снижением содержания иммуноглобулинов Е. После его введения нормализуется численность Т- и В-лимфоцитов в периферической крови и восстанавливается функциональная активность Т-клеток .





Взаимодействия Витамин Е совместно с аскорбатом способствует включению селена в состав активного центра глутатионпероксидазы, тем самым он активизирует ферментативную антиоксидантную защиту (глутатионпероксидаза обезвреживает гидропероксиды липидов) .

При одновременном приеме железо уменьшает поступление витамина Е в организм; это особенно критично в случае анемии у новорожденных .

Потребность в витамине Е связана с количеством полиненасыщенных жирных кислот, поступающих с пищей. Чем больше количество таких кислот, тем больше потребность в витамине Е .

Витамин D

Витамин D объединяет группу родственных соедиений:

витамин D1 состоит из эргокальферола и люмистерола в соотношении 1:1;

витамин D2 – эргокальциферол (образуется из эргостерола);

витамин D3 – холекальциферол (образуется из 7дегидрохолестерола под действием УФ-света);

витамин D4 – 22-дигидроэргокальциферол;

витамин D5 – ситокальциферол (образуется из 7дегидроситостерола) .

Главными формами витамина D являются D2 (эргокальфиферол) и D3 (холекальциферол); их объединяют под общим названием кальциферолы .

По химической природе различные формы витамина D проедставляют собой секотероиды, т.е. стероиды, у которых одна связь в стероидном кольце разорвана. Витамины D2 и D3 отличаются друг от друго боковой цепью: боковацепь витамина D2 содержит двойную связь между 22 и 23 углеродным атомом и метильную группу у 24 углеродного атома .

Эргокальциферол Холекальциферол (витамин D2) (витамин D3) В организме витамин D реализует свою биологическую активность через активные метаболиты: 1,25-диоксихолекальциферол (1,25(OH)2D3) и 24,25-диоксихолекальциферол (24,25(ОН)D)3). 1,25(OH)2D3 участвует в регуляции процессов всасывания Са2+ и фософра в кишечнике, резорбции костной ткани и реабсорбции Са2+ и фософра в почечных канальцах. Процессы остеогенеза и ремоделирования костной ткани, напротив, регулируются 24,25(OH)2D3. В ядрах клеток органов-мишеней (почки, мозг, поджелудочная железа, гипофиз) накапливается 1,25(OH)2D3, где он способствует синтезу мРНК, Са-связывающих белков и гормонов, регулирующих обмен кальция .

Совсем недавно открыты новые пути метаболизма витаминов группы D, включающие окисление в 23-м положении с образованием 23,25(OH)2D3 или 23-гидроксилированной формы 1,25(OH)2D3. Более того, 24- и 26-гидроксилированные метаболиты D3, в частности 1оксипроизводные последних, по биологическому действию оказались в 10 раз более активными, чем нативный 1,25(OH)2D .

Недостаточность Недостаток витамина D у детей приводит к заболеванию рахитом .

Основные проявления этого заболевания сводятся к симптоматике недостаточности кальция. Прежде всего, страдает остеогенез: отмечается деформация скелета конечностей (искривление их в результате размягчения — остеомаляции), черепа (позднее заращение родничков), грудной клетки, задерживается прорезывание зубов. Развивается гипотония мышц (увеличенный живот), возрастает нервно-мышечная возбудимость (у младенца выявляется симптом облысения затылочка изза частого вращения головкой), возможно появление судорог. У взрослого недостаточность кальция в организме приводит к кариесу и остеомаляции; у пожилых — к развитию остеопороза (снижение плотности костной ткани вследствие нарушения остеосинтеза) .

Разрушение неорганического матрикса объясняется усиленным «вымыванием» кальция из костной ткани и нарушением реабсорбции кальция в почечных канальцах при дефиците витамина D .

Гипервитаминоз Избыточный прием витамина D приводит к интоксикации и сопровождается выраженной деминерализацией костей — вплоть до их переломов. Содержание кальция в крови повышается. Это приводит к кальцификации мягких тканей, особенно склонны к этому процессу почки (образуются камни и развивается почечная недостаточность) .

Основные природные источники Витамин D - общее название группы жирорастворимых соединений. Его основными формами являются витамин D2 (эргокальциферол растительного происхождения) и витамин D3 (холекальциферол животного происхождения) .

Природными источниками витамина D являются рыбий жир и морская рыба типа сардин, сельди, лосося и скумбрии. Небольшое количество витамина D содержится также в яйцах, мясе, молоке и сливочном масле .

Суточная потребность Суточная потребность для детей колеблется от 10 до 25 мкг (500— 1000 ME), у взрослых она меньше .

Взаимодействие Холестирамин (смола, используемая для прекращения реабсорбции желчных кислот) и слабительные на основе минеральных масел угнетают абсорбцию витамина D из кишечника. Кортикостероидные гормоны, противосудорожные препараты и спирт могут влиять на абсорбцию кальция путем уменьшения реакции на витамин D. Исследования на животных также показали, что противосудорожные препараты стимулируют ферменты в печени, что приводит к усиленному разрушению и выводу витамина .

Пациентам, принимающим диуретики группы тиазида или антациды, содержащие магний, следует избегать приема больших доз витамина D из-за возрастания соответствующего риска гиперкалиемии или гипермагнеземии. У женщин, принимающих пероральные противозачаточные средства, отмечается слегка повышенный уровень содержания кальцитриола в крови .

Витамин F Под названием витамин F объединены эссенциальные (незаменимые) жирные кислоты.

Для человека только две жирные кислоты являются незаменимыми:

-линоленовая кислота (омега-3 жирная кислота) и линолевая кислота (омега-6 жирная кислота). Другие жирные кислоты являются лишь условно незаменими и включают в себя

-линоленовую кислоту (омега-6), лауриновую кислоту (насыщенная жирная кислота) и пальмитолеиновую кислоту (мононенасыщенная жирная кислота .

Физиологические функции витамина F достаточно разнообразны:

он участвует в синтезе жиров и метаболизме холестерина, непосредственным образом оказывает влияние на непроницаемость клеточной оболочки, способствует укреплению стенок кровеносных сосудов и увеличивает их эластичность, его действие распространяется на процессы размножения и лактации, а также на укрепление костной ткани. Без этого витамина невозможна полноценная работа мышечных тканей, он эффективно устраняет воспалительные процессы в организме и способствует быстрейшему заживлению ран, именно он отвечает за состояние кожи, волос и ногтей .

Линолевая кислота (-6) является предшественником арахидоновой кислоты, из которой, в свою очередь, синтезируются простагландины и тромбоксаны II группы. Линоленовая кислота (-3) служит предшественником эйкозапентоеновой кислоты, из которой синтезируются простагландины и тромбоксаны III группы .

Недостаточность Признаками того, что содержание витамина F в организме человека следует увеличить, являются: болезни кожи, инфекционные заболевания и болезни сердца, ненормальная работа печени, избыточное содержание холестерина, отставание в развитии у детей, перхоть, выпадение и ломкость волос .

Основные природные источники Витамин F — комплекс полиненасыщенных жирных кислот, которые принимают значительное участие в биологических процессах: линолевая кислота (-6), линоленовая кислота (-3), арахидоновая кислота (-6), эйкозапентаеновая кислота (-3), докозагексаеновая кислота (-3) .

Основными источниками витамина F являются: нерафинированные растительные масла, орехи, рыбий жир, овсяные хлопья, кукуруза и пророщенные зерна .

Суточная потребность Суточная потребность в витамине F составляет 10 г, причем не менее половины из этого количества должно приходиться на -3 жирные кислоты .

КОФЕРМЕНТЫ, НЕ ОТНОСЯЩИЕСЯ К ВИТАМИНАМ

Нуклеозидфосфаты Аденозин-5-трифосфат (АТФ), гуанозин-5-трифосфат (ГТФ), уридин-5-трифосфат (УТФ), тимидин-5-трифосфат (ТТФ) и цитидин-5-трифосфат (ЦТФ) – могут функционировать как коферменты, перенося фосфатные и нуклеозидные группы на субстраты .

Кроме того, нуклеозидтрифосфаты, обладая макроэргическими связями, участвуют в реакциях активации различных метаболитов. Метаболиты становятся реакционноспособными (активированными) при присоединении фосфатных или аденозильных остатков.

Примером переноса нуклеозидного остатка может служить реакция переноса 5аденозильной группы на метионин, в результате которой образуется Sаденозилметионин (активированный метионин):

S-Аденозилметионин участвует в таких метаболических путях, как трансметилирование, транссульфирование и аминопролилирование .

Метильная группа, в составе S-аденозилметионина является химически активной и может быть перенесена на молекулу субстрата в трансметилазной реакции .

Лигазы катализируют синтез соединений за счет энергии нуклеозидтрифосфатов, например, в реакции образования аспарагина из аспарагиновой кислоты и иона аммония.

В качестве кофермента участвует АТФ:

Кофермент B, кофермент М и кофермент F430 Эти три кофермента найдены только у метанообразующих бактерий .

Кофермент В (2-[(7-меркапто-1-оксогептил)амино]-3фосфонооксибутановая кислота) и кофермент М (2меркаптоэтансульфонат, HS-CoM) — это коферменты, принимающие участие в окислительно-восстановительных реакциях у метаногенов .

Кофермент М является переносчиком С1 в процессе метаногенеза .

Кофермент В Кофермент М В процессе метаногенеза кофермент B реагирует с 2метилтиоэтансульфонатом (метил-коферментом M, CH3-S-CoM), при этом освобождается метан:

CH3-S-CoM + HS-CoB CH4 + CoB-S-S-CoM Это превращение катализируется ферментом метил-кофермент Мредуктазой которая содержит кофермент F430 как простетическую группу .

При восстановлении фумарата в сукцинат ферментом фумаратредуктазой требуются одновременно и HS-CoB и HS-CoM:

CH3-S-CoM + HS-CoB O2CCH=CHCO2 O2CCH2-CH2CO2 + CoB-S-S-CoM .

Кофермент F430 является самым восстановленым природным пиррольным соединением – он содержит всего пять двойных связей .

Кроме того, это единственное природное пиррольное соедиение, содержащие Ni (II) в кольце .

Кофермент F430 Активная форма F430 содержит Ni (I), аналогично цианкобаламину, содержащему Со (I) .

Механизм, посредством которого происходит рарыв СН3-С связи в метил-коферменте М до конца не выяснен. Предполагается, что в ходе реакции происходит перенос электронов от Ni (I) (и никель окисляется до Ni (II)), в результате чего происходит образование CH4. Сопряжение кофермент M-тиильного радикала с HS-коферментом B высвобождается протон и Ni (II) восстанавливается до Ni (I) .

Кофермент F430 найден в очень высоких концентрациях в бактериях, и, как считается, участвует также и в обратном метаногенезе, т.е. метан преобразуется обратно в метил-кофермент М. Бактерии, способные проводить эту реакцию содержат очень большое количество никеля –7% от массы белка .

Кофермент Q Убихинон (кофермент Q) — это группа коферментов — бензохинонов, содержащих хиноидную группу и содержащих несколько изопрениловых групп (например, 10 в случае кофермента Q10) .

–  –  –

Кофермент Q является очень важным жирорастворимым коферментом процессов биологического окисления питательных веществ и образования энергии в клетках. Входя в состав компонентов дыхательной цепи в митохондриях является переносчиком электронов с NADH-дегидрогеназного комплекса (комплекс I) и сукцинатдегидрогеназного комплекса (II) на комплекс III). В результате работы ЭТЦ энергия запасается в форме АТФ. Девяносто пять процентов энергии человеческого тела создается таким образом. Органы с самой высокой потребностью в энергии, такие как сердце, печень и почки, содержат кофермент Q в высоких концентрациях .

Кофермент Q может находиться в трех редокс-формах: полностью окисленной – убихинон, промежуточной – семихинон (убисемихинон), и полностью восстановленной – убихинол. Иммено способность полностью восстановливаться и полностью окисляться позволяет этой молекуле выполнять свои функции в электронтранспортной цепи, а также выступать в роли антиоксиданта .

Антиоксидантное действие кофермента Q обусловлено главным образом его восстановленной формой (CoQH2 или КоQH2). Активность восстановленной формы кофермента Q на три порядка выше невосстановленной. Реакцию нейтрализации свободных радикалов восстановленным коферментом Q можно записать следующим образом

–  –  –

Аналогичные системы хинон/гидрохинон, принимают участие в реакциях фотосинтеза. Эти соедининия называют пластохинонами .

Пиррол-хинолин хинон Пиррол-хинолин хинон (Витамин В14) – его коферментную форму обозначают PQQ .

Пиррол-хинолин хинон Ферменты, содержащие PQQ как кофактор, называются хинопротеинами. К ним относятся глюкозодегидрогеназа, Lаминоадипат-полуальдегид–дегидрогеназа, флавинредуктаза эритроцитов, алкогольдегидрогеназа и др .

Кофермент PQQ является очень мощным антиоксидантом. В отличие от других антиоксидантов, молекула PQQ обладает исключительной стабильностью, что позволяет ей осуществлять тысячи циклов переноса электронов, без каких-либо повреджений в молекулярной структуре. По некоторым данным, эффективность антиоксидантного действия PQQ от 30 до 5000 раз выше, чем у аскорбиновой кислоты. Эффективней всего работа этой молекулы проявлятся по отношению к митохондриям, т.к. PQQ особенно эффективно нейтрализует супероксидрадикал и гидроксильные радикалы, которые и являются причиной митохондриальной дисфункции .

PQQ не только защищает митохондрии от окислительного стресса, но и способствует спонтанной генерации новых митохондрий .

Помимо антиоксидантного, PQQ обладает мощным нейропротекторным и кардиопротекторным действием. PQQ защищает клетки мозга от окислительного повреждения после ишемии-реперфузии, воспаления и окислительного повреждения, возникающие в результате инсульта .

Было показано, что кофермент PQQ улучшает эффективность памяти у пожилых людей. Интересен тот факт, что кофермент PQQ проявляет определенный синергизм с коферментом Q10 .

Основные природные источники Содержится в продуктах как растительного так животного происхождения. Вырабатывают его и микроорганизмы. Но в особенно большом количестве витамин В14 содержится в киви, папайе, петрушке, сладком перце, помидорах, картошке, сельдерее, зеленом чае, укропе, хлебе грубого помола, вине, бобах, сое, моркови, печени .

Недостаточность Не описана Глутатион Глутатион (GSH) представляет собой трипептид, синтезируемый из аминокислот цистеина, глицина и глутамата .

-глутамилцистеинилглицин Глутатион является коферментом системы глиоксилазы, формальдегиддегидрогеназы, глутатионпероксидазы и глутатионредуктазы (антиоксидантных ферментов); глутатион-Sтрансферазы, которая обезвреживает токсические ксенобиотики .

Благодаря наличию нуклеофильной SH-группы (pKa – 9,2) восстановленный глутатион легко вступает в реакции одно- и двухэлектронного окисления, тиол-дисульфидного обмена, алкилирования и ацилирования, обеспечивая тем самым протекание целого ряда физиологических и биохимических процессов:

обезвреживание ксенобиотиков, транспорт аминокислот через клеточные мембраны, синтез простагландинов из полиненасыщенных жирных кислот и циклических эндопероксидов, передачу нервных импульсов, синтез белка и ДНК, регуляцию внутриклеточного тиолдисульфидного равновесия, модулирование конформационного состояния белковых молекул и регуляцию активности многих ферментов. Кроме того, глутатион выступает в качестве резерва цистеина в клетке и участвует в реализации механизмов программируемой клеточной гибели .

Гем Гем представляет собой комплекс протопорфирина с двухвалентным железом. Гем является окислительно-восстановительным кофактором цитохромов дыхательной цепи, фотосинтеза, а также кофактором монооксигеназ, пероксидаз, каталазы. В отличие от гемоглобина в этих случаях ион железа в геме меняет валентность .

Белки, содержащие гем в качестве кофактора, называются гемопротеинами .

На рисунке показан гем цитохрома с, ковалентно связанный с двумя остатками цистеина (R3) белка .

Железо гема служит донором или акцептором електронов в работе дыхательной цепи и в окислительно-восстановительных реакциях .

АНТИВИТАМИНЫ

Антивитамины – большая группа органических соединений способных подавлять биологическую активность витаминов .

Антивитамины подразделяются на две группы: структуроподобные антивитамины и антивитамины, вызывающие химическую модификацию структуры витаминов или затрудняющие их всасывание, транспорт, что сопровождается снижением или потерей биологического эффекта витаминов (смотри таблицу 5.3) .

Структуроподобные антивитамины при взаимодействии с апоферментом образуют неактивный ферментный комплекс .

Таблица 5.3 Витамины и антивитамины

–  –  –

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Чем понятие «витамин» отличается от понятия «кофермент»?

2. Образуются ли витамины в организме человека? Если да, то какие и каким путем?

3. Есть ли среди витаминов токсичные соединения?

4. С какой целью добавляют аскорбиновую кислоту в мясной фарш при изготовлении копченых колбас?

5. Какой витамин стимулирует развитие дрожжей?

6. Какие витамины не растворяются в воде?

7. Чем понятие «кофермент» отличается от понятия «кофактор»?

8. Чем отличается строение кофермента ТГФ от строения фолиевой кислоты?

9. Известно, что употребление в пищу большого количества сырых яиц приводит к дефициту витамина Н. Чем это обусловлено?

10.Какие витамины не выполняют коферментную функцию? В чем заключается биологическое действие этих витаминов?

11.Какие коферменты принимают участие в пируватдегидрогеназной реакции и какие витамины необходимы для их образования?

12.Каковы механизмы антиоксидантного действия витаминов С и Е?

13.Витамин А и витамин D реагируют с хлоридом сурьмы с образованием комплексных соединений одного типа, но окраска этих комплексов разная. Объясните это явление .

14.Что понимается под термином «антивитамин»? Приведите примеры веществ, обладающих антивитаминным действием, и объясните его механизм .

15.Объясните, каким образом витамин С предупреждает развитие цинги .

16.У человека вирусная инфекция. Суточную норму каких витаминов нужно увеличить, чтобы повысить общую реактивность организма?

17.Приведите примеры важной роли витаминов в метаболизме белков и нуклеиновых кислот .

ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ

–  –  –

Реактивы. 1% раствор тиамина, подкисленный соляной кислотой до рН 3-4; 5% раствор Na2CO3. Диазореактив .

Приготовление раствора диазореактива. В мерную колбу емкостью 100 мл помещают 0,90 г сульфаниловой кислоты, 9 мл концентрированной соляной кислоты, 60-70 мл воды, перемешивают и доводят водой до метки. 5 мл приготовленного раствора помещают в мерную колбу емкостью 100 мл, поставленную на лед, прибавляют 2,5 мл 10%-ного раствора нитрита натрия и смесь оставляют на льду в течение 5 мин. Затем прибавляют ещ 10 мл 10%-ного раствора нитрита натрия, перемешивают, выдерживают на льду 5 мин и доводят водой до метки .

Хранят в холодильнике. Реактив годен в день приготовления .

Ход работы. В пробирку вносят1 мл раствора тиамина, затем добавляют 2 мл раствора Na2CO3.и 1 мл диазореактива. Появляется желтое окрашивание, переходящее через 1-2 мин в красное .

–  –  –

Восстановление рибофлавина Принцип метода. При добавлении к концентрированной серной кислоте металлического цинка образуется водород, который восстанавливает рибофлавин сначала в родофлавин (промежуточное соединение) красного цвета, а затем в бесцветный лейкофлавин

–  –  –

Реактивы. НCl концентрированная, металлический цинк, 0,02% раствор витамина В2 .

Ход работы. В пробирку вносят 1 мл 0,02%-ного раствора рибофлавина добавляют 0,5 мл концентрированной HCl и кусочек цинка .

Начинается бурное выделение пузырьков водорода и окраска раствора начинает меняться сначала в зеленую, затем в малиновую, розовую, и, наконец, наступает обесцвечивание. Бесцветный раствор переливают в другую пробирку, чтобы отделить от цинка, и оставляют на несколько минут. Через несколько минут верхний слой жидкости в пробирке снова принимает желтое окрашивание так как рибофлавин вновь окисляется кислородом воздуха .

Реакция на никотиновую кислоту (РР или В5)

Принцип метода. При нагревании никотиновой кислоты с уксуснокислой медью образуется плохорастворимый осадок медной соли никотиновой кислоты .

Реактивы. Витамин РР в порошке, 10% раствор уксусной кислоты, 5% раствор ацетата меди .

Ход работы. 5-10 мг никотиновой кислоты растворяют при нагревании в 10-20 каплях 10%-го раствора уксусной кислоты. К нагретому до кипения раствору добавляют равный объем 5%-го раствора уксуснокислой меди. Жидкость становится мутной, окрашивается в голубой цвет, а при стоянии выпадает осадок синего цвета .

–  –  –

Принцип метода. При взаимодействии пиридоксина с раствором хлорида железа жидкость окрашивается в красный цвет вследствие образования комплексной соли типа фенолята железа .

Реактивы. 1% раствор витамина В6, 1% раствор FeCl3 .

Ход работы. В пробирку наливают 1 мл раствора пиридоксина добавляют 2 капли раствора хлорида железа. Перемешивают. Жидкость окрашивается в красный цвет .

–  –  –

Идентификация фолиевой кислоты с помощью перманганата калия Принцип метода.

Под действием перманганата калия фолиевая кислота окисляется с образованием птеридин-6-карбоновой кислоты (2амино-4-окси-6-птеридинкарбоновая кислота), обладающей голубой флюоресценцией в УФ-свете:

Реактивы и оборудование. Пробирки, пипетки. 0,1М раствор гидроксида натрия, 0,1М раствора НСl, 0,1% раствор перманганата калия, 3%-ный раствор перекиси водорода. Источник ультрафиолетового излучения (флуороскоп) .

Ход работы. Около 10 мг препарата растворяют в 5 мл 0,1М раствора гидроксида натрия, приливают 5 мл 0,1М раствора хлористоводородной кислоты и 1 мл 0,1%-ного раствора перманганата калия. Раствор нагревают 3 мин на водяной бане при температуре 80-85 °С, охлаждают и прибавляют по каплям 3%-ный раствор перекиси водорода до исчезновения окраски перманганата калия (примерно 4-6 капель) .

Реакционную смесь фильтруют. Фильтрат имеет голубую флюоресценцию в ультрафиолетовом свете .

Идентификация фолиевой кислоты с помощью солей тяжелых металлов За счет кислотных свойств фолиевая кислота с солями тяжелых металлов образует нерастворимые окрашенные комплексы. Так с сульфатом меди - зеленый осадок, с нитратом кобальта - темно-желтый осадок, с хлоридом железа (III) -красно-желтый.

Общая формула этих солей:

Идентификация фолиевой кислоты спектрофотометрическим методом УФ-спектр 0,001%-ного раствора препарата в 0,1М растворе гидроксида натрия имеет максимумы поглощения при 256, 283, 365 нм .

Отношение оптических плотностей должно быть D256 нм / D365 нм = 2,8Выделение фолиевой кислоты из дрожжей и ее обнаружение Принцип метода. Фолиевая кислота хорошо растворима в 0,1 моль/л растворе NaOH. После экстрагирования фолиевой кислоты и облучении ее ультрафиолетовым светом наблюдается интенсивная голубая флуоресценция .

Реактивы и оборудование. Дрожжи пищевые, ледяная уксусная кислота, 0,4% раствор перманганата калия, 3%-ный раствор перекиси водорода, 0,1М и 0,005М раствор гидроксида натрия. Источник ультрафиолетового излучения (флуороскоп), центрифуга. Индикаторная бумага, кварцевый песок, пробирки центрифужные, ступка с пестиком .

Ход работы. В ступку помещают 10 г дрожжей, прибавляют 10 мл 0,1М NaOH, 2 г кварцевого песка и тщательно растирают. Затем центрифугируют 15 мин при 800g. К 1 мл надосадочной жидкости добавляют 2 мл ледяной уксусной кислоты и 1 мл раствора перманганата калия. При исчезновении розовой окраски добавляют еще несколько капель перманганата калия. Через 10 мин избыток KMnO4 удаляют путем добавления нескольких капель перекиси водорода. Затем добавляют 5 мл 0,005М раствора гидроксида натрия до рН 4-4,5 (по лакмусу) .

При ультрафиолетовом облучении реакционной среды наблюдается интенсивная голубая флуоресценция, свидетельствующая о наличии фолиевой кислоты .

Реакции на цианкобаламин (витамин В12)

Открытие кобальта в цианокобаламине Принцип метода. При сплавлении витамина В12с гидросульфитом калия происходит его разрушение. Кобальт, входящий в состав витамина, при этом высвобождается. Его обнаружение производят при помощи нитрозо--нафтола с которым кобальт образует комплексное соединение красно-оранжевого цвета .

Реактивы и оборудование. Раствор витамина В12 в ампулах, гидросульфит калия (КНSO4) сухой, ацетат натрия сухой, фенолфталеин, 10% NaOH, 30% уксусная кислота, 0,5% раствор -нитрозо--нафтола .

Фарфоровый тигель, электроплитка .

Ход работы. В фарфоровый тигель помещают такой объм ампульного раствора цианокобаламина, чтобы содержание в нем препарата было около 1 мг, добавляют 0,05 г гидросульфата калия и упаривают раствор, а затем сплавляют до осветления плава. Охлаждают плав, прибавляют 3 мл воды и нагревают до растворения плава. Затем охлаждают, добавляют 1 каплю раствора фенолфталеина и нейтрализуют раствором NaOH до светло-розового окрашивания. Прибавляют 0,5 г ацетата натрия, 0,5 мл 30%-ной уксусной кислоты и 0,5 мл 0,5%-ного раствора -нитрозо--нафтола; появляется красное окрашивание .

Идентификация и количественное определение цианокобаламина в растворе Ампульный раствор цианокобаламина разводят водой до концентрации 0,002% и измеряют на спектрофотометре УФ-спектр в кювете толщиной 1 см в зоне 240-600 нм. Раствор препарата имеет максимумы поглощения при 278±1 нм, 361±1 нм и 548±2 нм .

Измеряют оптическую плотность раствора на спектрофотометре при длине волны 361 нм в кювете толщиной 1 см, используя в качестве контрольного раствора воду .

Содержание цианокобаламина, мг, в 1 мл препарата вычисляют по формуле где:

D – оптическая плотность испытуемого раствора;

V1 – конечный объем раствора после разведения, мл;

V0 – объем препарата, взятый для разведения, мл;

207 – удельный показатель поглощения чистого цианокобаламина при длине волны 361 нм .

–  –  –

Качественные реакции на витамин C Принцип метода. Аскорбиновая кислота способна легко вступать в окислительно-востановительные реакции и восстанавливать 2,6дихлорфенолиндофенол, феррицианид калия, нитрат серебра, метиленовый синий. При этом 2,6-дихлорфенолиндофенол и метиленовый синий восстанавливаются в бесцветные лейкосоединения, феррицианид калия (K3Fe(CN)6) восстанавливается до феррицианида калия (K4Fe(CN)6), который с ионами трехвалентного железа дает соль Fe4[Fe(CN)6)]3 зеленого или синего цвета.

Окисление метиленового синего происходят согласно уравнению:

Реактивы. 0,1% раствор 2,6-дихлорфенолиндофенола, 10% соляная кислота, 0,1% раствор аскорбиновой кислоты, 0,01% раствор метиленового синего, 10% раствор Na2CO3, 1% раствор K3Fe(CN)6, 1% раствор FeCl3 .

Ход работы .

Реакция с 2,6-дихлорфенолиндофенолом. В пробирку вносят 0,5 мл раствора 2,6-дихлорфенолиндофенола, 1-2 капли раствора соляной кислоты и по каплям добавляют раствор аскорбиновой кислоты до обесцвечивания 2,6-дихлорфенолиндофенола .

Реакция с метиленовым синим. В две пробирки вносят по 1 капле раствора метиленового синего и по одной капле раствора бикарбоната натрия. В первую пробирку добавляют 5 капель раствора аскорбиновой кислоты, во вторую – 5 капель воды. Ставят обе пробирки в термостат при 37-40 0С. Через некоторое время в первой пробирке жидкость обесцветится .

Реакция с феррицианидом калия. В пробирку вносят 1 мл аскорбиновой кислоты, добавляют 1 мл раствора K3Fe(CN)6 и 0,5 мл раствора FeCl3. Жидкость окрашивается в сине-зеленый цвет .

Количественное определение витамина С Принцип метода. Метод основан на способности витамина С восстанавливать 2,6-дихлорфенолиндофенол, аскорбиновая кислота при этом окисляется до дегидроаскорбиновой кислоты. Концентрация аскорбиновой кислоты определяется по количеству 2,6дихлорфенолиндофенола, затраченного на титрование. 2,6дихлорфенолиндофенол имеет красную окраску в кислой среде и синюю

- в щелочной; при восстановлении – обесцвечивается. Таким образом, как только вся аскорбиновая кислота будет окислена, раствор приобретет розовую окраску .

Определение содержания витамина С в пищевых продуктах Реактивы и оборудование. 10% раствор соляной кислоты, 0,001н (0,0005 моль/л) раствор 2,6-дихлорфенолиндофенола. Пищевые продукты (картофель, шиповник, капуста, хвоя). Фарфоровая ступка с пестиком, колба коническая, микробюретка, кварцевый песок, воронка, пипетки .

Ход работы. Отвешивают 1 г пищевого продукта, добавляют 2 мл 10% раствора соляной кислоты и растирают его в ступке, постепенно приливая 8 мл дистиллированной воды. Полученный гомогенат фильтруют через марлю в стаканчик. Для количественного определения берут 3 мл фильтрата и титруют его 0,001н раствором 2,6дихлорфенолиндофенола до розовой окраски, сохраняющейся в течение 30 с .

Для расчета содержания аскорбиновой кислоты (мг) в таких продуктах, как капуста, картофель, хвоя, шиповник и др., используют формулу:

где 0,088 – количество аскорбиновой кислоты, мг, соответствующее 1 мл 2,6-дихлорфенолиндофенола;

А – количество 0,001н раствора 2,6-дихлорфенолиндофенола, затраченного на титрование (мл);

V0 – общее количество экстракта;

V0 – объем экстракта, взятый для титрования;

А – количество пищевого продукта (г) .

В капусте содержится 25–100 мг аскорбиновой кислоты, в шиповнике – 500–1500 мг, в хвое – 200–400 мг, в картофеле – содержится 1-5 мг на 100г продукта .

–  –  –

Качественные реакции на рутин Реакция рутина с хлоридом железа .

Принцип метода. Хлорид железа (FeCl3) образует с рутином комплексные соединения, окрашенные в изумрудно-зеленый цвет .

Реактивы. Насыщенный водный раствор рутина, 1% раствор FeCl3 .

Ход работы. В пробирку наливают 1 мл насыщенного раствора рутина, затем добавляют несколько капель раствора хлорида железа .

Наблюдают изумрудно-зеленое окрашивание раствора .

Реакция рутина с концентрированной серной кислотой .

Принцип метода. Концентрированная серная кислота образует с флавонами и флавонолами флавилиевые соли, которые имеют яркожелтую окраску .

Реактивы. Насыщенный водный раствор рутина, концентрированная серная кислота .

Ход работы. В пробирку наливают 1 мл насыщенного раствора рутина, затем осторожно, по стенке пробирки наливают 0,5 мл концентрированной серной кислоты. На границе растворов возникает окрашенное в желтый цвет кольцо .

Реакция рутина с реактивом Фелинга Принцип метода. При кислотном гидролизе от рутина отщепляется молекула рутинозы, которая затем распадается на рамнозу и глюкозу .

Реактивы. Пробирки, пипетки. Рутин порошок, 0,5% соляная кислота, 10% NaOH, реактив Фелинга .

Ход работы. В пробирку помещают 500 мг рутина, затем добавляют 5 мл раствора соляной кислоты. Кипятят в течение 1 мин, затем фильтруют. В чистую пробирку отбирают 2 мл фильтрата, добавляют по 1 мл гидроксида натрия и реактива Фелинга. Наблюдают образование красного осадка гемиоксида меди .

Количественное определение витамина Р в чае Принцип метода. Рутин способен окисляться перманганатом калия;

в качестве индикатора применяется индигокармин, который вступает в реакцию с перманганатом калия после того, как окислится весь рутин .

Экспериментально установлено, что 1 мл 0,02 моль/л раствора перманганата калия окисляет 6,4 мкг рутина .

Реактивы и оборудование. 0,01 моль/л раствора перманганата калия, индигокармин. Пробирки, пипетки, бюретка, колбы конические .

Ход работы. К 100 мг чая приливают 50 мл горячей дистиллированной воды и проводят экстракцию 5 мин. Экстракт чая охлаждают. Затем отбирают в коническую колбу 10 мл экстракта, добавляют равный объем дистиллированной воды и 5 капель индигокармина (появляется синее окрашивание). В контрольную колбу наливают 20 мл дистиллированной воды. Титруют из бюретки раствором КМnO4 до появления устойчивой желтой окраски. Разница между опытным и контрольным титрованием представляет собой количество миллилитров КМnO4, идущее на окисление рутина (А) .

Расчет содержания (мкг) рутина проводят по следующей формуле:

где Х – содержание витамина Р в препарате, мкг;

3,2 – стандартный пересчетный коэффициент титрования;

А – количество 0,01 моль/л раствора перманганата калия, использованное на титрование, мл;

V1 – объем, в котором растворена взятая для анализа навеска, мл;

V2 – объем раствора, взятого для титрования, мл;

Р – навеска чая, взятого для анализа, г .

ЖИРОРАСТВОРИМЫЕ ВИТАМИНЫ

–  –  –

Принцип метода. Витамин А с концентрированной серной кислотой дает комплексное соединение, окрашенное в синий цвет. При взаимодействии ретинола с сульфатом железа (II) образует соединение, окрашенное в кислой среде в красно-розовый цвет .

Реактивы. 0,05% масляный раствор витамина А или рыбий жир, хлороформ, концентрированная серная кислота, ледяная уксусная кислота, насыщенная сульфатом железа (II), 1 % раствор хлорного железа, насыщенный раствор SbCl5 в хлороформе .

Ход работы .

Реакция Друммонда. В пробирку капают 1 каплю масляного раствора ретинола ацетата или 2-3 капли рыбьего жира, добавляют 1 мл хлороформа и 1 каплю концентрированной серной кислоты. Пробирку тщательно встряхивают. Наблюдают сине-фиолетовое окрашивание, которое быстро переходит в красно-буроватое и затем в бурое .

Реакция с сульфатом железа. В пробирку капают 1 каплю масляного раствора ретинола ацетата или 2-3 капли рыбьего жира, добавляют 1 мл хлороформа и 1 мл ледяной уксусной кислоты, насыщенной сульфатом железа (II). Содержимое пробирки окрашивается в голубой цвет, который со временем переходит в красно-розовый .

Каротины окрашиваются в зеленый цвет .

Реакция с раствором хлорного железа. В раствор рыбьего жира или витамина А в масле добавляют 5 капель 1 % раствора хлорного железа .

Появляется ярко-зеленый цвет .

Реакция с хлоридом сурьмы (V). В пробирку капают 1 каплю масляного раствора ретинола ацетата или 2-3 капли рыбьего жира, добавляют 1 мл хлороформа и тщательно перемешивают. Затем приливают 2 мл насыщенного раствора SbCl5 в хлороформе. Наблюдают развитие синей окраски .

Качественные реакции на витамин D

Принцип метода. Витамин D в хлороформе с насыщенным раствором хлорида сурьмы (V) дает желтое окрашивание, со смесью анилина и концентрированнной соляной кислотой – красный цвет, с раствором брома в хлороформе – зелено-голубой .

Реактивы. Масляный раствор витамина D или рыбий жир, хлороформ, анилиновый реактив (анилин с концентрированной соляной кислотой 15:1), 1% раствор брома в хлороформе, насыщенный раствор SbCl5 в хлороформе .

Ход работы .

Реакция с хлоридом сурьмы (V). В пробирку капают 1 каплю масляного раствора эргокальциферола или 2-3 капли рыбьего жира, добавляют 1 мл хлороформа и тщательно перемешивают. Затем приливают 2 мл насыщенного раствора SbCl5 в хлороформе. Наблюдают развитие желтой окраски .

Реакция с анилином. В пробирку капают 1 каплю масляного раствора эргокальциферола или 2-3 капли рыбьего жира, добавляют 1 мл хлороформа и тщательно перемешивают. Затем приливают 1 мл анилинового реактива и осторожно нагревают на водяной бане .

Наблюдают развитие красной окраски. Через несколько минут образовавшаяся эмульсия расслаивается, при этом нижний слой окрашен в интенсивно красный цвет .

Реакция с бромом. В пробирку капают 2 каплю масляного раствора эргокальциферола или 4-5 капель рыбьего жира, добавляют 2 мл хлороформа и тщательно перемешивают. Затем приливают 1 мл раствора брома в хлороформе. Через несколько минут появляется зеленое или сине-зеленое окрашивание .

–  –  –

O O 2-мeтил-1,4-нафтохинон викасол (мeнадион) Викасол в присутствии цистеина в щелочной среде окрашивается в желтый цвет; в присутствии диэтилдитиокарбамата образует соединение, окрашенное в голубой цвет; с диэтилмалоновым эфиром дает краснофиолетовое окрашивание; при взаимодействии витамина К с анилином образуется соединение, окрашенное в красный цвет .

Реактивы. 0,1% спиртовой раствор викасола, 0,02% раствор цистеина, 10% NaOH, 4% спиртовой раствор NaOH анилин, 1% раствор диэтилмалонового эфира, 1% раствор КОН, 5% раствор диэтилдитиокарбамата .

Ход работы .

Реакция с цистеином. В пробирку вносят 1 мл спиртового раствора викасола, 0,5мл раствора цистеина и 2 капли 10%-го раствора гидроксида натрия. Содержимое пробирки перемешивают и наблюдают появление лимонно-желтого окрашивания .

–  –  –

Принцип метода. При взаимодействии с хлорным железом и концентрированной азотной кислотой -токоферол окисляется до хиноидных соединений, имеющих красную окраску .

Реактивы. 0,1% спиртовой раствор -токоферола, 1% раствор FeCl3, концентрированная азотная кислота .

Реакция с хлоридом железа. В пробирку наливают 1 мл раствора токоферола, затем прибавляют равный объем раствор FeCl3, перемешивают и наблюдают развитие красной окраски.

Реакция протекает согласно уравнению:

Реакция с концентрированной азотной кислотой. В пробирку наливают 0,5 мл раствора -токоферола, затем осторожно добавляют 1 мл концентрированной азотной кислоты, тщательно перемешивают. Через несколько минут эмульсия расслаивается, верхний слой окрашивается в красный цвет .

ТЕСТЫ, УПРАЖНЕНИЯ, ЗАДАЧИ

1.Какой кофермент участвует в большинстве ферментативных реакций превращения аминокислот?

А. Никотинамиддинуклеотидфосфат. В. Тиаминпирофосфат .

Б. Пиридоксальфосфат. Г. Биотин .

2.Составной частью флавинадениндикуклеотида является:

А. витамин В1; Г. витамин В6;

Б. витамин В5; Д. витамин В12 .

В. витамин В2;

–  –  –

4. В окислительном декарбоксилировании пировиноградной кислоты принимает участие:

А. тиамин; Б. пиридоксин; В.ретинол; Г. токоферол;

5. Какое утверждение из приведенных ниже является верным?

А. Все коферменты дегидрогеназ переносят атомы водорода на кислород .

Б. Перенос ацильных остатков происходит при участии коэнзима А .

В. Тиаминпирофосфат является коферментом большинства изомераз .

Г. Биотинсодержащие ферменты катализируют реакции, приводящие к синтезу АТФ .

6. Какому витамину: 1) никотинамид; 2) рибофлавин; 3) тиамин; 4) пиридоксальфосфат; 5) пантотеновая кислота, - соответствует утверждение, что он является составной частью кофермента, способного отдавать и присоединять атомы водорода по изоаллоксазиновому циклу?

7. N,N-диметилглицил-6-глюконовая кислота – это:

А. пангамовая кислота; В. викасол;

Б. липоевая кислота; Г. пантотеновая кислота .

8. Дайте ответ в форме А Б; А Б или А Б .

1) А. Суточная потебность человека в аскорбиновой кислоте. Б .

Суточная потебность человека в ретиноле .

2) А. Специфичность кофермента. Б.Специфичность апофермента .

9. Витамины группы Е:

1) являются производными стеролов;

2) функционируют в качестве эффективных природных антиокидантов;

3) обладают антиксерофтальмическим действием;

4) содержат боковую полиизопреноидную цепь;

5) являются антистерильными витаминами;

6) содержат кольцо тиазола .

А. 1,3,6. Б. 2,4,5. В. 2,5,6. Г. 2,3,4 .

10. Полиавитаминоз, вызванный отсутствием витаминов РР и В6 называется:

А. пеллагра; Г. рахит;

Б. скорбут; Д. полиневрит .

В. ксерофтальмия;

11. Антивитамином биотина является:

А. дикумарин; Г. сульфопантотеновая кислота;

Б. авидин; Д. сульфаниламиды .

В. циклосерин;

12. Структуроподобные антивитамины?

А. при взаимодействии с апоферментом образуют неактивный ферментый комплекс;

Б. затрудняют всасывание витамина;

В. затрудняют транспорт витамина;

Г. вызывают химическую модификацию структуры витамина .

13. Какие коферменты по химической структуре относятся к алифатическому ряду?

А. Липоевая кислота, глутатион .

Б. Нуклеозидфосфаты, пиридоксальфосфат .

В. Убихиноны .

14. Метилметионин (витамин U):

1) является активным донором метильных групп;

2) содержится в капустном соке;

3) содержит дисульфидный мостик;

4) является антипеллагрическим фактором;

5) является антиневритным фактором .

А. 1,2. Б. 1,2,3. В. 2,3,4. Г. 2,3,5. Д. 1,3,5 .

15. Рассмотрите формулу цианкобаламина. Выпишите сруктурную основу молекулы – пиррольные кольца, связанные с атомом кобальта, и нуктеотидную часть молекулы .

16. Простетическими группами каких ферментов являются фосфорилированные формы пиридоксаля и пиридоксамина. Нипишите формулу пиридоксальфосфата .

17. Флавинадениндинуклеотид (ФАД) образуется из рибофлавина, иначе называемого флавинмононуклеотидом (ФМН), и АТФ. Напишите уравнение реакции образования ФАД .

18. Напишите формулу тиамина, отметьте пиридиновое и тиазольное кольца и метиленовую группу их связывающую .

19. Аскорбиновая кислота является сильным восстановителем .

Окисление ее енольных групп приводит к образованию дегидроаскорбиновой кислоты. Напишите формулы этих кислот .

20. Рассмотрите формулы витаминов группы К1 и К2. Чем они отличаются? Каково строение синтетического аналога этих витаминов викасола?

21. Укажите коферментную форму витамина В3:

А. 4-Фосфопантетеинат; Б. тиаминпирофосфат; В. НАД;

Г. ФМН; Д. N -Карбоксбиотин .

22. Коферментные формы образуют витамины:

А. В1 и С; Б. В2 и В6; В. В6 и Р; Г. А и Н .

23. Среди перечисленных симптомов недостаточности витамина А выберите не характерное для данного состояния:

А. торможение роста; Г. сухость роговой оболочки глаза;

Б. размягчение костей; Д. нарушение сумеречного зрения .

В. потеря массы тела;

24. При распаде -каротина образуется:

А. 1 молекула витамина А; Г. 4 молекулы витамина А;

Б. 2 молекулы витамина А; Д. 5 молекулы витамина А .

В. 3 молекулы витамина А;

25. Укажите витамин, препараты которого назначают больным в случае возникновения кровотечения:

А. витамин K; Б. витамин B2; В. витамин B5;

Г. витамин B6; Д. витамин B3 .

26. Укажите основную метаболическую функцию витамина Е:

А. кофермент аминотрансфераз;

Б. кофермент карбоксилаз;

В. антиоксидантная;

Г. активация синтеза Ca-связывающих белков;

Д. активация синтеза белков системы свертывания крови .

27. Выберите антивитамин никотиновой кислоты:

А. изониазид; Г. изорибофлавин;

Б. сульфаниламидные препараты; Д. окситиамин .

В. Акрихин;

28. Наличие какого витамина необходимо клетке для окислительной стадии пентозофосфатного пути распада глюкозы:

А. В1; Б. В; В. В; Г. В5; Д. В6 .

29. Выберите тип реакций, в которых принимает участие витамин С:

А. окислительно-восстановительные; Г. гидролитические;

Б. карбоксилирование; Д. дезаминирование .

В. декарбоксилирование;

30. При длительном приеме антибиотиков и сульфаниламидов происходит угнетение микрофлоры кишечника, участвующей в синтезе пиридоксина. Скорость каких реакций в клетках уменьшится и почему?

Напишите несколько реакций, для протекания которых необходим пиридоксин. Какое значение имеют эти реакции для организма человека?

ГЛАВА 4

НУКЛЕИНОВЫЕ КИСЛОТЫ

Нуклеиновые кислоты относятся к важнейшим и универсальным биомолекулам. Все природные нуклеиновые кислоты построены по общему плану. Обязательной составной частью этих соединений являются азотистые основания, пентозы (рибоза или дезоксирибоза) и остаток фосфорной кислоты. Именно особенности химической структуры азотистых оснований лежат в основе хранения, воспроизведения и передачи генетической информации .

АЗОТИСТЫЕ ОСНОВАНИЯ, НУКЛЕОЗИДЫ И НУКЛЕОТИДЫ

Азотистые основания – это оснвные ароматические соединения, производные двух гетероциклических структур – пурина и пиримидина .

Пурин представляет собой конъюгат двух гетероциклов – пиримидина и имидазола. Считается, что биохимическая стабильность азотистых оснований в существенной степени определила эволюционный выбор пуриновых и пиримидиновых оснований для хранения и воспроизведения генетической информации. Атомы гидрофобных ядер азотистых оснований расположены в одной плоскости, что существенно для формирования особой вторичной структуры нуклеиновых кислот в виде двойной спирали. К основным пуриновым основаниям относятся аденин и гуанин, а пиримидиновым тимин, цитозин, урацил .

В состав ДНК входят аденин, гуанин, тимин и цитозин, а в состав РНК – аденин, гуанин, цитозин и урацил (вместо тимина) (рис.4.1). В нуклеиновых кислотах встречаются и так называемые минорные азотистые основания – главным образом метилированные производные основных азотистых оснований .

К важнейшим свободным азотистым основаниям относятся:

продукт метаболизма пуринов мочевая кислота (2,6,8-триоксопурин), психостимулятор кофеин (1,3,7-триметил-2,6-диоксопурин), содержащийся в чае и кофе и др .

Соединение гетероциклического азотистого основания с моносахаридом, связанные друг с другом через атомы С и N гликозидной связью называется нуклеозидом. В биообъектах встречаются пуриновые и пиримидиновые нуклеозиды .

Наиболее распространенные моносахариды в составе природных нуклеозидов – D-рибоза и 2-дезокси-D-рибоза в фуранозной форме .

Рис. 4.1. Азотистые основания .

В структуре пуриновых нуклеозидов остаток моносахарида связан с азотистым основанием N9-гликозидной связью, а в пиримидиновых – N1-гликозидной связью. В клетках и во внеклеточной среде организмов нуклеозиды обнаруживаются в свободном состоянии, но распределены неравномерно. Например, аденозин присутствует в плазме крови в концентрациях на 2–3 порядка ниже, чем внутри клеток, выполняя роль компонента пуринэргической регуляторной системы организма .

Производные основных нуклеозидов, встречаются в клетках главным образом в составе нуклеиновых кислот. В тРНК эукариотов они составляют до 25 % нуклеозидного состава, в ДНК растений – до 10 %, в ДНК позвоночных – до 2 % у взрослых и до 8 % в эмбрионах, в рРНК – до 2 %, в ДНК насекомых – лишь в следовых количествах. Наибольшее содержание минорных нуклеозидов характерно для специальных участков ДНК – так называемых многократных повторов .

Среди минорных нуклеозидов особое значение принадлежит 8гидроксидезоксигуанозину, который является продуктом неферментативного гидроксилирования остатков дезоксигуанозина в ДНК под действием мощнейшего эндогенного мутагена – ОН-радикала .

Поэтому содержание 8-гидроксидезоксигуанозина характеризует интенсивность протекания в клетках неблагоприятных процессов подвреждений ДНК и возникновения нежелательных мутаций .

Природные нуклеозиды получают ферментативным гидролизом ДНК или щелочным гидролизом РНК с последующим ферментативным дефосфорилированием полученных нуклеотидов. Растворы нуклеозидов характеризуются максимумом поглощения вблизи 260 нм. Основные и необычные природные, а также химически модифицированные нуклеозиды широко применяются в медицине для лечения различных заболеваний человека .

Фосфорные эфиры нуклеозидов обычно по 3'- и 5'-ОН группам остатка моносахарида называют нуклеотидами. В живых организмах как правило встречаются моно-, ди-, три- фосфопроизводные нуклеозидов. Пуриновые и пиримидиновые нуклеотиды представлены в виде рибонуклеотидов и дезоксирибонуклеотидов .

Рис. 4.2. Схема строения АТФ .

Поскольку нуклеотиды могут реагировать друг с другом, их классифицируют по числу структурных мономеров на мононуклеотиды, олигонуклеотиды (ди-, три-, тетра- и т.д.) и полинуклеотиды. К числу важнейших полинуклеотидов относят ДНК и РНК .

При физиологических значениях рН среды нуклеотиды заряжены отрицательно, причем величина заряда на единицу меньше числа фосфатных остатков в молекуле. Нуклеотиды обладают меньшей конформационной подвижностью, чем нуклеозиды. Фосфатная группа может отщепляться ферментами фосфатазами. Для построения нуклеиновых кислот, коферментов и большинства других соединений используются только 5’-фосфопроизводные нуклеозидов. Иногда встречаются 2’-фосфопроизводные – продукты распада нуклеиновых кислот. Особую группу нуклеотидов составляют так называемые циклические нуклеотиды (3’,5’-цАМФ и 3’,5’-цГМФ) - универсальные регуляторы метаболизма. Под действием гормонов и других внеклеточных регуляторов в клетках животных циклические нуклеотиды образуются в очень низких концентрациях ( 10 -7 М) из АТФ и ГТФ ферментами аденилатциклазой и гуанилатциклазой. Однако даже в таких концентрациях циклические нуклеотиды способны включать АТФзависимое обратимое фосфорилирование внутриклеточных белков и в тысячи раз активировать разнообразные биохимические реакции .

Регуляторное действие циклических нуклеотидов строго контролируется и ограничивается путем их разрушения ферментами фосфодиэстеразами .

В водных растворах азотистые основания нуклеотидов подвергаются таутомерии.

Основная таутомерная форма азотистых оснований – лактамная:

Появление лактимной формы азотистых оснований в составе ДНК приводит к невозможности правильного спаривания азотистых оснований разных нитей ДНК в процессе репликации и может привести к мутации .

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА НУКЛЕИНОВЫХ КИСЛОТ

Нуклеиновые кислоты – это полинуклеотиды, полианионы, неразветвленные и нерегулярные, исключительно крупные биополимеры .

Существуют линейные и замкнутые (кольцевые), одноцепочечные и двухцепочечные полинуклеотиды. Нуклеиновые кислоты делят на дезоксирибонуклеиновые кислоты (ДНК) и рибонуклеиновые кислоты (РНК). По строению и локализации в клетке выделяют несколько типов ДНК: хромосомная (ядерная, нуклеоидная) и внехромосомная (митохондриальная, хлоропластная, плазмидная и др.). В природных олиго- и полинуклеотидах мономеры (нуклеотиды) связаны 3’,5’фосфодиэфирными связями. В число основных азотистых оснований в составе ДНК преимущественно входят аденин, гуанин, цитозин и тимин, а в составе РНК – аденин, гуанин, цитозин и урацил. Реже встречающиеся (минорные) пуриновые и пиримидиновые азотистые основания являются продуктами О-, С- или N-алкилирования канонических азотистых оснований. В тРНК минорные основания могут составлять до 25 %. Ферментативное метилирование нуклеиновых кислот специфично и защищает их от разрушения нуклеазами. Степень метилирования нуклеиновых кислот связана с генетической активностью. Чем выше степень метилирования, тем эта активность ниже .

ДНК эукариот, в основном, локализована в ядре, а также в митохондриях и хлоропластах, где составляет несколько процентов от общего количества клеточной ДНК. Исключение – яйцеклетки, где доля митохондриальной ДНК (мтДНК) сравнима с количеством ядерной. У прокариотов ДНК представлена в виде нуклеоида (бактериальная хромосома), а также в виде внехромосомной плазмидной ДНК. Только хромосомная ДНК эукариотов способна образовывать нуклеопротеины, динамичные комплексы со специфическими ДНК-связывающими белками, и формирует видоспецифическую структуру хромосом. У вирусов ДНК весьма плотно упакована в комплексе с белками .

РНК гетерогенна и представлена в виде матричной РНК (мРНК) – 3

– 5 %; транспортных РНК (тРНК) – около 10 %; рибосомальной РНК (рРНК) – около 85 % от общего количества РНК в клетке. Общее содержание РНК в клетках составляет от 1 до 7 % от сухого вещества .

Молекулы РНК менее крупные, чем ДНК, и, как правило, одноцепочечные. Значительная доля РНК представляет собой продукты транскрипции ДНК. У эукариотов РНК локализована в ядре, митохондриях, хлоропластах и цитоплазме. Существует нижний предел содержания ДНК в одной клетке – это гаплоидный набор. В соматической клетке верхние пределы содержания ДНК кратны гаплоидному (ди-, тетра-, полиплоидный), а анеуплоидный набор это скорее исключение из правила. Доля ДНК в метаболически активной клетке значительно меньше, чем в метаболически неактивной: например, в сперматозоидах ДНК составляет около 60 % сухого вещества, а в мышцах лишь 0,2 %. С другой стороны, величина отношения содержания РНК к содержанию ДНК в клетке тем выше, чем выше ее метаболическая активность .

Размер ДНК варьирует от нескольких десятков тысяч Да (ДНК вирусов) до 1012 – 1014 Да (ДНК эукариотов) .

ДНК – это волокнистые соединения белого цвета, плохо растворимые в воде, хорошо растворимые в концентрированных растворах NaCl, теряющие растворимость при добавлении спиртов (этанол, изопропанол). Растворы ДНК обладают высокой вязкостью, оптической активностью, поглощают ультрафиолет в области 260 нм за счет ароматических структур азотистых оснований .

В строении ДНК выделяют несколько дискретных уровней организации: первичную, вторичную, третичную структуры и надмолекулярные комплексы .

СТРУКТУРНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ И ФУНКЦИИ ДНК

Первичная структура ДНК – это последовательность чередования 2-дезокси-D-нуклеотидов в полинуклеотидной цепи ДНК, которые соединены друг с другом 3’,5’-фосфодиэфирными связями (рис. 4.3.) .

СН3

–  –  –

Остатки фосфорной кислоты и моносахаридов образуют сахарофосфатный полимерный остов молекулы ДНК. В ДНК 2’-дезоксиD-рибофураноза связана N-гликозидной связью с азотистыми основаниями. Причем все гликозидные связи имеют -конфигурацию .

При написании первичной структуры слева располагают 5’-конец, а справа – 3’-конец полинуклеотида. Сама же первичная структура пишется с использованием первых заглавных букв названий азотистых оснований. На 3’-конце ДНК обычно находится свободная ОН-группа .

Не только все молекулы ДНК, но и РНК характеризуются принципиально сходным планом строения:

Теоретическое количество различных первичных структур, т. е .

потенциальное биоразнообразие генотипов и, следовательно, видов, может быть чрезвычайно большим. Так, например, если геном (ДНК) бактерии состоит из 1 миллиона остатков дезоксирибонуклеотидов, то при использовании четырех разных дезоксирибонуклеотидов можно получить 41000000 разных первичных структур .

Первичная структура нуклеиновых кислот нерегулярна. Вместе с тем большая часть некодирующей ДНК относится к так называемым многократным повторам. К многократным повторам принадлежат, как правило, небольшие фрагменты ДНК (часто в пределах 50 пар оснований), которые могут порой повторяться в геноме десятки тысяч раз .

Строение ДНК характеризуется несколькими правилами, которые к 1949 г. установлены Э.

Чаргаффом путм точного химического анализа очищенных препаратов ДНК, полученных из разных биообъектов:

1. Сумма пуриновых азотистых оснований равна сумме пиримидиновых, [А+Г]=[Т+Ц] .

2. Молярное содержание аденина равно молярному содержанию тимина, [А]=[Т] .

3. Молярное содержание цитозина равно молярному содержанию гуанина, [Ц]=[Г] .

4. ДНК разных биологических видов может отличаться по величине соотношения [Г+Ц]/[А+Т]: для высших животных и высших растений обычно это отношение 1, следовательно, у них ДНК АТ-типа;

для микроорганизмов отношение сильно варьирует от 0,4 до 2,5 и часто 1, т. е. у них ДНК ГЦ-типа .

Все нуклеиновые кислоты способны образовывать ионные связи с катионами Mg2+ и Ca2+, с положительно заряженными диаминами (спермин, спермидин), структурными белками гистонами и протаминами, а также с многочисленными регуляторными белками .

Белки-регуляторы и ферменты, взаимодействующие с нуклеиновыми кислотами, распознают специфические участки связывания в структуре ДНК, которые зачастую представляют собой палиндромы, шпильки, петли и имеют своеобразную форму .

Вторичная структура двуцепочечных ДНК представлена в виде двойной спирали. В ней две полинуклеотидные цепи расположены антипараллельно, связаны друг с другом за счт комплементарных взаимодействий между азотистыми основаниями и дополнительно стабилизированы стэкинг-взаимодействиями между -электронными облаками соседних пар азотистых оснований. Спираль может быть право- и левозакрученной. Азотистые основания локализованы внутри спирали, а сахарофосфатный остов снаружи, следовательно, на поверхности спирали локализованы отрицательные заряды. Физикохимическая основа комплементарных взаимодействий заключается в образовании водородных связей между пуриновыми и пиридиновыми азотистыми основаниями: 2 связи между А и Т (или У), 3 связи между Г и Ц (рис. 4.4.). Следовательно, комплементарные взаимодействия могут возникать между ДНК и ДНК, ДНК и РНК, РНК и РНК. Таким образом, первичные структуры каждой из двух полинуклеотидных нитей не идентичны, а комплементарны и, следовательно, весьма существенно отличаются друг от друга по первичной структуре .

Рис.4.4. Комплементарное взаимодействие азотистых оснований при образовании вторичной структуры ДНК Комплементарные взаимодействия реализуются за счт водородных связей несколькими способами: 1) между атомом водорода аминогруппы одного гетероцикла и карбонильным атомом кислорода другого гетероцикла; 2) между неподеленной парой электронов атома азота одного гетероцикла и атомом водорода при пиррольном азоте другого гетероцикла. Длину двуцепочечных нуклеиновых кислот обозначают т.п.о. (тысяч пар оснований) или kbase .

Структурные вариации в ДНК могут зависеть от трех основных процессов: изменения конформации остатков дезоксирибозы, вращения связей между атомами, формирующими сахарофосфатный остовДНК и свободного вращения С-1’-N-гликозидной связи. В следствие стерических причин пкриновые основания в составе пуриновых нуклеотидов в ДНК могут приобретать относительно остатка дезоксирибозы две стабильные конформации обозначаемые как син и анти. В то же время пиримидиновые основания пиримидиновых нуклеотидов присутствуют в ДНК в виде анти-конформеров, что связано со стерическими несоответствиями, возникающими между углеводной частью нуклеотида и карбонильным кислородом в С-2 положении пиримидина. Важно также учитывать конформацию дезоксирибозы .

Среди вторичных структур нуклеиновых кислот выделяют несколько форм. Этот полиморфизм развит в большей степени для ДНК .

Существуют как природные, так и искусственные формы нуклеиновых кислот. Разные формы могут переходить друг в друга. Основные формы ДНК обозначают латинскими буквами A, B, C, D, T, Z. Штрихами обозначаются формы, близкие к основным формам: A’, B’, C’… и A, B и др. Шаг спирали варьирует для разных форм ДНК. Толщина спиралей ДНК обычно составляет 1,8 – 2 нм. К правозакрученным спиралям относится В-форма ДНК, которая характерна для ДНК с содержанием воды 40 %. Вероятно, именно Вформа ДНК доминирует в клетках эукариотов и у прокариотов. В этом случае шаг спирали равен 3,4 нм и на него приходится 10 пар нуклеотидов .

Угол между плоскостью пар оснований и осью спирали равен 90о .

А-форма ДНК образуется при Рис. 4.5. Схема строения А- (1) и содержании воды 20 % воды, т. е. в кристаллах ДНК. Шаг спирали равен В-форм ДНК (11) а – вид сверху; б – вид сбоку 2,8 нм, на него приходится 11 пар нуклеотидов (рис.4.5). А-форма на 20 % компактнее, чем В-форма .

Считают, что А-форма доминирует в гетеродуплексах ДНК-РНК, а также присутствует в двуцепочечных РНК .

Характеристики А-, В- и С-форм ДНК приведены в таблице 4.1., схематические изображения А-и В-форм ДНК — на рисунке. В В-форме центры тяжести пар оснований находятся на оси спирали, а в А-форме сдвинуты к периферии, поэтому в центре остается отверстие около 4 нм .

А-, В- и С-формы ДНК являются правыми. В 1978 году была получена левая спираль ДНК — молекула синтетического полимера полидезокси-ГЦ. Его сахарофосфатный остов имеет зигзагообразный вид. Поэтому такая конформация ДНК получила название Z-форма. ZФорма может быть энергетически выгодна только в том случае, если цепь ДНК образована чередованием пуриновых и пиримидиновых азотистых оснований, например — Г и Ц. Z-форма ДНК не только характерна для синтетических двухцепочечных нуклеотидов обогащенных CpGмотивами. Этот вариант спиролизации является физиологически значимым .

Таким образом, повторяющейся единицей в такой структуре являются две пары нуклеотидов:

Z-Форма имеет 12 пар нуклеотидов на виток спирали, то есть поворот пары нуклеотидов относительно предыдущей пары вокруг оси спирали равен 30°. Z-ДНК – это природная форма .

Для любой конформации ДНК, кроме Z-формы, характерно наличие широкой и узкой бороздки на поверхности спирали .

Различные конформации полинуклеотидной цепи образуются благодаря возможности поворотов вокруг некоторых связей .

Конформация нуклеиновых кислот в значительной степени определяется конформацией дезоксирибозы в ДНК или рибозы в РНК. Молекула углевода является циклической. В зависимости от того, какой из атомов углерода (С2' или С3') находится вне плоскости остальных четырех атомов, различают следующие конформации: если атом С2' или С3' находится с той же стороны от плоскости, что и атом С 5', то такая конформация называется эндоконформацией, если с другой стороны, то — экзоконформацией .

Молекулы ДНК являются самыми большими в природе. Например, кольцевые ДНК фага Т2 имеют длину 49 мкм, а ДНК Е. coli — 400 мкм, молекулярная масса последней составляет 109Да. Как правило, хромосома содержит только одну молекулу ДНК, которая имеет длину от нескольких миллиметров до нескольких сантиметров. Суммарная длина всех молекул ДНК одной клетки человека составляет около двух метров .

–  –  –

Вторичная структура нуклеиновых кислот является стабильной лишь в определенных условиях. Изменения температуры, растворителя, рН, ионного состава среды может привести к разрушению слабых водородных связей между парами нуклеотидов и образованию вместо двойной спирали ДНК или двуспиральных участков РНК отдельных нуклеотидных цепей, сворачивающихся в клубок. Этот процесс называется денатурацией или плавлением нуклеиновых кислот .

В процессе плавления ДНК происходит уменьшение вязкости раствора, а в области максимального поглощения (260 нм) – увеличение оптической плотности (гиперхромизм). Поэтому явление плавления легко обнаружить по спектру поглощения ДНК (рис. 4.6.). Этот метод также можно использовать при измерении степени спиральности белков, однако максимум их поглощения лежит в далекой ультрафиолетовой области (200 нм), что усложняет спектрофотометрические измерения. ДНК характеризуется не определенной температурой плавления, а некоторым температурным интервалом, в котором происходит переход спиральклубок. S-образный вид кривой плавления (рис. 4.7.) свидетельствует о кооперативности этого процесса

–  –  –

Температура плавления двойной спирали ДНК зависит от соотношения AT- и ГЦ-пар. Аденин связан с тимином двумя водородными связями, а гуанин с цитозином - тремя. Поэтому, чем больше в составе ДНК ГЦ-пар, тем выше ее температура плавления. Так, для синтетического полимера поли-АТ температура плавления составляет 65°С, а для поли-ГЦ - 104 °С .

Значение температуры плавления нуклеиновых кислот зависит также от концентрации катионов в растворе: чем она выше, тем выше температура плавления (зависимость близка к логарифмической) .

Третичная структура ДНК.

Молекулы ДНК могут существовать в нескольких пространственных формах:

• в кольцевых ДНК в которых свободные концы линейной двуцепочечной молекулы ДНК ковалентно замкнуты, образуя кольцо Мбиуса. К этому типу относится ДНК митохондрий и хлоропластов .

Бактериальная хромосома и плазмиды (обычно 2 – 6 тысяч пар оснований) являются двуцепочечными кольцевыми молекулами ДНК .

Плазмиды кодируют белки, определяющие устойчивость бактерий к антибиотикам, кодируют рестриктазы, служат для переноса генетической информации между бактериальными клетками;

• суперспирали образуются в ДНК в результате обратимой ферментативной реакции с участием топоизомераз I и топоизомераз II .

Суперспираль может быть как положительной, так и отрицательной .

Суперспираль – это напряженная структура, своеобразная форма запасания энергии. Эта энергия используется в процессе расплетания нитей ДНК в ходе репликации и транскрипции;

• фазмиды и космиды – формы в чем-то похожи на плазмиды, но в отличие от плазмид построены на основе сочетания структуры и свойств ДНК бактериофагов и плазмид. Они способны включать в состав ДНК несколько чужеродных генов, автономно реплицироваться в инфицированных клетках и упаковывать свою ДНК в белковую головку образуемого бактериофага. Фазмиды, плазмиды и космиды широко используются в качестве векторов для передачи, хранения, воспроизведения и экспрессии в клетках микробов практически любых генов, которые можно получить из любых живых объектов;

• линейная – это форма ДНК в свободном состоянии крайне неустойчива и без защитного метилирования легко разрушается нуклеазами. В клетках эукариотов существует в виде комплексов с белками (дезоксирибонуклеопротеинов), образует хроматин и хромосомы. У прокариотов (бактериофагов) встречается одноцепочечная линейная ДНК в очень жстком комплексе с белками. Хромосомы эукариотов представляют собой надмолекулярные дезоксирибонуклеопротеиновые структуры. Обычно каждая хромосома содержит одну двуцепочечную молекулу ДНК. Хроматин – это нековалентный комплекс ДНК, особых структурных белков (гистонов, реже протаминов) и некоторых негистоновых белков. Хроматин имеет нуклеосомную структуру. Каждая нуклеосома состоит из четырех пар молекул гистонов (H2A, H2B, H3, H4), вокруг которых закручен участок ДНК длиной от 146 пар оснований. Нуклеосомы отделены друг от друга линкерными участками ДНК длиной 60 пар оснований. Дальнейшее усложнение структуры ДНК заключается в плотной упаковке хроматина в виде хроматиновой фибриллы с диаметром 10 нм, а затем 30 нм. В е стабилизации принимает участие гистон Н1. Фибриллы образуют петли, которые удерживаются с помощью специфических белков .

Принципиально важно то, что обратимое и регулируемое усложнение структуры нуклеиновых кислот это не только путь компактизации генетического материала, но и способ регуляции активности генов .

Огромные размеры молекул нуклеиновых кислот требуют их особой укладки в пределах малых размеров клеток или вирусов. Это достигается за счет возможности образования в молекуле ДНК перегибов, петель, суперспиралей, что формирует ее третичную структуру .

Особое строение молекулы ДНК — плотная упаковка азотистых оснований, связанных сильными и слабыми взаимодействиями, — обеспечивает высокую сохранность генов даже при значительных вариациях условий окружающей среды. Комплементарные пары оснований связаны друг с другом водородными связями, которые относятся к слабым взаимодействиям. Например, для Г – Ц-пар энергия связи Есв составляет всего лишь 5 кДж/моль, а константа диссоциации К, согласно уравнению Больцмана — Есв К = exp – · = exp – = 0,14 =, 8,31 · 309 7 RT то есть в одномолярном растворе на каждые 7 пар оснований приходится одна разорванная. Для двух пар оснований константа диссоциации составляет (1/7)2 = 1/49. Для цепи из нескольких тысяч пар нуклеотидов константа диссоциации уже настолько мала, что равновесие почти полностью смещено в сторону образования комплексов пар оснований .

СТРУКТУРНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ И ФУНКЦИИ РНК

Молекула рибонуклеиновой кислоты (РНК) так же, как и ДНК, образована определенной последовательностью нуклеотидов, но, как правило, состоит из одной цепи. Как уже указывалось, молекула сахара в РНК представлена рибозой, и вместо тимина в ее состав входит пиримидиновое основание — урацил. Во время синтеза матричной РНК (транскрипции) генетическая информация, содержащаяся на определенном участке ДНК, по принципу комплементарности переходит на РНК, на которой как на матрице происходит синтез белка (трансляция) в рибосомах. Присоединение нужных аминокислот к синтезирующейся полипептидной цепи осуществляется с помощью транспортной РНК .

Таким образом, РНК является посредником между ДНК и белком, а в некоторых вирусах - носителем генетической информации .

Транспортные РНК (тРНК) – это одни из самых маленьких представителей нуклеиновых кислот, одноцепочечные РНК, содержат от 74 до 95 оснований. У каждого организма обнаружено не менее 20 различных тРНК. Их число больше, чем число кодируемых аминокислот, но меньше числа кодонов. В составе тРНК обнаружено около 50 минорных оснований, которые составляют до 25 % общего нуклеотидного состава. В тРНК в основном доминируют гуанин и цитозин (около 60 %). Примерно 60 % азотистых оснований в составе тРНК спарены за счет комплементарных взаимодействий и образуют небольшие спиральные участки, шпильки и петли. У всех тРНК на 3’-конце находится последовательность ЦЦА, к которой присоединяется активированная аминокислота. тРНК образует пространственную структуру, которая имеет характерный вид клеверного листа (рис .

4.8.) .

Таким образом, функция тРНК во всех клетках заключается в акцептировании (связывании) той аминокислоты, которая закодирована в структуре антикодона тРНК. Такие активированные производные аминокислот (аминоацил-тРНК) принимают непосредственное участие в реакциях биосинтеза белков на рибосомах .

Рибосомальные РНК (рРНК) составляют около половины общего состава рибосом. У эукариотов Рис. 4.8. Структура тРНК .

синтезируются кодируемые 5S а – общая структура различных тРНК;

рРНК и 45S рРНК. Последняя б – третичная структура тРНК .

затем гидролизуется с образованием трех фрагментов – 28S рРНК (около 5000 оснований), 18S рРНК (около 2000 оснований) и 5,8S рРНК (160 оснований). Одной из функций рРНК некоторых организмов является аутокаталитическое созревание рРНК и в структурно-функциональном обеспечении рибосомального биосинтеза белков .

Матричные РНК (мРНК). Молекулярные размеры мРНК сильно варьируют – от сотен оснований до нескольких сотен тысяч оснований .

Третичные структуры мРНК индивидуальны, характеризуются разнообразием и высоким содержанием биспиральных шпилек и петель .

Основное назначение мРНК – участие в качестве матрицы в рибосомальном биосинтезе белков и пептидов. Время жизни мРНК в клетках эукариотов может достигать нескольких дней и даже недель .

Есть принципиальные отличия в строении мРНК прокариотов и эукариотов: эукариотическая мРНК моноцистронная, а прокариотическая мРНК полицистронная. Кроме этого в эукариотических мРНК велика доля некодирующих участков, которые выполняют вспомогательные функции в реакциях созревания и деградации мРНК, взаимодействия с рибосомой, в процессе биосинтеза белка – 7-метил-гуанозиновый кэп на 5’-конце мРНК, своеобразный хвост поли-(А) размером 50–400 оснований на 3’-конце мРНК. В структуру всех мРНК входит инициирующий кодон АУГ и терминирующие кодоны УАГ, УГА или УАА. Принципиально отличаются и молекулярные механизмы формирования зрелых молекул мРНК. Дело в том, что в отличие от прокариотов гены эукариотов мозаичны, т. е. содержат кодирующие (экзоны) и некодирующие (интроны) участки. В связи с этим в эукариотических клетках функционирует специальный биохимический механизм, который распознает некодирующие участки в первичном продукте транскрипции гена, чрезвычайно точно вырезает такие некодирующие участки, а кодирующие последовательности сшивает в единый линейный полинуклеотид – зрелую мРНК. Этот процесс называется сплайсингом .

Иногда РНК может использоваться как форма хранения генетического материала. Это явление характерно для РНК-содержащих ретровирусов. Развитие некоторых вирусов включают функционирование специального фермента – обратной транскриптазы, которая синтезирует ДНК на матрице РНК .

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Какова функция нуклеиновых кислот в клетке?

2. Что представляет собой мономер нуклеиновых кислот?

3. Что входит в состав нуклеотида?

4. К каким веществам относится рибоза?

5. Какие вещества входят в состав нуклеотидов ДНК?

6. Какую спираль представляет собой молекула ДНК?

7. Чему соответствует информация одного триплета ДНК?

8. С какой из структур ядра связано образование всех видов РНК?

9. Какая из структур ядра содержит информацию о синтезе белка?

10. Когда происходит самоудвоение молекулы ДНК?

11 Какая из нуклеиновых кислот имеет наибольшую длину и молекулярную массу?

12. Дайте краткую общую характеристику и классификацию нуклеиновых кислот .

13. Охарактеризуйте функции нуклеиновых кислот .

14. Каковы особенности первичной и вторичной структур ДНК?

15. В чем суть правил Чаргаффа?

16. Охарактеризуйте первичную структуру РНК. Типы РНК .

17. Дайте краткую характеристику структуры тРНК. Особенности нуклеотидного состава тРНК .

18. Назовите структурные различия ДНК и РНК .

19. Что такое гидролиз нуклеиновых кислот? Назовите продукты полного и неполного гидролиза нуклеиновых кислот .

20. Напишите формулы пуриновых и пиримидиновых оснований, лактимные и лактамные формы оксипроизводных азотистых оснований .

21. Охарактеризуйте принцип комплементарного взаимодействия азотистых оснований (приведите примеры) .

22. Как можно определить последовательность нуклеотидов в нуклеиновых кислотах?

23. Дайте общую характеристику структурной организация нуклеиновых кислот .

24. Охарактеризуйте А-, В- и Z-формы ДНК. Укажите связи, стабилизирующие структуру ДНК .

25. Какими физико-химическими свойствами обладает ДНК?

26. Что такое нуклеопротеиновые комплексы? Какова структурная организация ДНК в клетках эукариотов и прокариотов?

27. Какова пространственная структура нуклеиновых кислот в рибосомах, в нуклеосомах, в вирусах?

28. Охарактеризуйте методы выделения и очистки нуклеиновых кислот .

29. Как можно определить нуклеотидную последовательность ДНК и РНК?

30. Что такое плавление и отжиг нуклеиновых кислот? Какие факторы определяют температуру плавления ДНК?

ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ

Лабораторная работа 1 .

ВЫДЕЛЕНИЕ РИБОНУКЛЕОПРОТЕИНОВ ИЗ ДРОЖЖЕЙ .

Рибонуклеопротеинами богаты дрожжи, печень, почки и поджелудочная железа. При гомогенизации ткани нуклеопротеины растворяются в разбавленных растворах щелочей и выпадают в осадок при подкислении раствора .

Реактивы: диэтиловый эфир; вода дистиллированная; песок; 0,4 % раствор NaOH; 5 % раствор СН3СООН; дрожжи .

Ход работы. 2,5 г дрожжей увлажняют в ступке 1 мл воды и 1 мл диэтилового эфира и, добавив немного стеклянного порошка или песка, растирают с раствором NaOH в течение 15 – 20 минут; раствор щелочи приливают небольшими порциями (по 5 – 10 мл). Всего расходуют не более 25 мл раствора щелочи. Содержимое ступки фильтруют через складчатый фильтр или центрифугируют 10 мин при 2500 об/мин .

Фильтрат или центрифугат переливают в стакан и к нему по каплям добавляют раствор СН3СООН (обычно 10 – 15 мл) до полного осаждения нуклеопротеина. Осадок отделяют центрифугированием .

–  –  –

Гидролиз нуклеопротеинов происходит при кипячении с разбавленной серной кислотой. Этот процесс можно представить следующим образом (схема) .

нуклеопротеины

–  –  –

Реактивы: 5 % раствор H2SO4; препарат нуклеопротеинов; 10 % раствор NaOH; 1 % раствор CuSO4; концентрированный раствор аммиака; 1 % раствор оксида серебра в аммиаке; 1 % спиртовой раствор тимола; H2SO4, концентрированная; молибденовый реактив .

Ход работы. Препарат нуклеопротеинов переносят в круглодонную колбу, смывая его 5 % раствором H2SO4. Всего расходуют не более 20 – 25 мл раствора кислоты. Колбу закрывают пробкой с обратным холодильником, ставят на асбестовую сетку и нагревают при слабом нагревании до кипячения. Кипятят 1 – 1,5 ч, затем охлаждают и гидролизат фильтруют через бумажный фильтр. С фильтратом проводят реакции на пуриновые основания, полипептиды, пентозы и фосфорную кислоту .

Открытие продуктов гидролиза Реактивы: фильтрат гидролизата нуклеопротеинов; 10 % раствор NaOH; 1 % раствор CuSO4; концентрированный раствор аммиака; 1 % раствор оксида серебра в аммиаке; 1 % спиртовой раствор тимола; H2SO4, концентрированная; молибденовый реактив .

Обнаружение белков и полипептидов Ход работы. С частью (1 – 2 мл) фильтрата проводят биуретовую реакцию: добавляя 1 – 2 мл 10 % раствора NaOH до щелочной реакции по лакмусу и 2 – 3 капли 1 % раствора CuSO4; появляется розовая или фиолетовая окраска .

Открытие пуриновых оснований Ход работы. К 2 мл фильтрата добавляют концентрированный раствор аммиака до щелочной реакции по лакмусу и приливают 1 мл аммиачного раствора оксида серебра. Через несколько минут выпадают хлопья серебряных солей пуриновых оснований .

Открытие пентоз (реакция Молиша) основано на реакции с тимолом и концентрированной H2SO4, которая вызывает дегидратацию пентоз и образование фурфурола, дающего с тимолом соединение красного цвета .

Ход работы. К 1 мл фильтрата добавляют 2–3 капли спиртового раствора тимола и осторожно, по стенке пробирки, наслаивают 1 мл концентрированной H2SO4. Жидкость окрашивается в красный цвет;

окраска более выражена на границе раздела слоев .

Открытие фосфорной кислоты.

Фосфорная кислота образует с молибденовым реактивом желтый кристаллический осадок фосфорномолибденового аммония:

–  –  –

Ход работы. К 1 мл фильтрата приливают двойной объем молибденового реактива, нагревают до кипения и кипятят 2-3 мин .

Появляется желтое окрашивание, обусловленное образованием фосфорномолибденовокислого аммония. При стоянии выпадает желтый осадок .

–  –  –

Метод количественного определения нуклеиновых кислот, основан на спектрофотометрии в ультрафиолетовой области спектра при 270 и 290 нм, отличается высокой чувствительностью и простотой проведения анализа .

–  –  –

Ход работы. Определяют оптическую плотность гидролизатов, содержащих нуклеиновые кислоты, на спектрофотометре при 270 и 290 нм против контрольного раствора — 0,5 н. раствора НСlO4. При необходимости гидролизаты разводят тем же раствором .

Рассчитывают содержание фосфора нуклеиновых кислот в 1 мл исследуемого раствора по формуле:

–  –  –

где 0,19 — значение А (А270 — А290), которое имеет гидролизат нуклеиновых кислот, содержащий 1 мкг нуклеинового фосфора в 1 мл раствора. При дальнейших расчетах учитывают общий объем гидролизата и разведения. Для пересчета количества нуклеинового фосфора на количество нуклеиновых кислот пользуются средним пересчетным коэффициентом 10,3:

Смкг/мл НК = Смкг Фн · 10,3 .

Лабораторная работа 4 .

ХАРАКТЕРИСТИКА ПРЕПАРАТОВ НУКЛЕИНОВЫХ

КИСЛОТ

Чистоту препаратов нуклеиновых кислот определяют по кривой поглощения в ультрафиолете и по величинам отношений Е 260:Е230 и Е260 :Е280. Для очищенных препаратов ДНК эти показатели должны быть в пределах 2,1-2,4 .

Для характеристики препаратов нуклеиновых кислот используют также величины гиперхромного эффекта и температуры плавления ДНК .

Определение величины гиперхромного эффекта .

Принцип метода. Известно, что в ультрафиолетовой области спектра ДНК поглощает ультрафиолетовые лучи с максимумом при 260 нм примерно на 40 % меньше, чем смесь нуклеотидов, характерная для данного образца ДНК. Гиперхромный эффект обусловлен упорядоченным расположением азотистых оснований в цепи ДНК, допускающим комплементационные взаимодействия между основаниями. При денатурации ДНК водородные связи, стабилизирующие азотистые основания в определенном положении, разрушаются, что приводит к увеличению поглощения в ультрафиолетовой области спектра, равному при максимальном нарушении структуры ДНК 40 % по сравнению с нативными образцами ДНК .

Таким образом, критерием нативности может служить величина поглощения (Ер) на 1 моль фосфора в кювете на 1 см. Нативные препараты ДНК имеют Ер не выше 6200 – 6600. Более высокие значения характеризуют денатурационные сдвиги .

Реактивы:

0,003 % раствор ДНК в 0,2 моль/л растворе NaCl. В работе можно использовать как коммерческие препараты ДНК, так и ее образцы, полученные в результате выделения различными способами .

Ход работы:В кварцевую кювету на 1 см наливают 3 мл раствора ДНК и измеряют оптическую плотность при 260 нм .

Значение Ер рассчитывают на отрезок ДНК, содержащий 1 моль фосфора при ширине кюветы в 1 см, по формуле:

Ер = D / (Cp· l), где D – оптическая плотность раствора ДНК, Ср – молярная концентрация фосфора в ДНК, определенная как описано в разделе 2.3., l – ширина кюветы в см .

Определение температуры плавления ДНК

Принцип метода. Исследование температурной зависимости Ер является тестом на нативность ДНК. Резкий одномоментный прирост значения Ер в узком температурном интервале характерен для нативных образцов ДНК, которые характеризуюся упорядоченностью водородных связей в молекуле. В денатурированных препаратах ДНК, где водородные связи неупорядочены и разрушаются постепенно, нарастание величины Ер также происходит постепенно при различных температурах .

Реактивы:

буфер для растворения ДНК, содержащий 15 ммоль/л раствор NaCl, 1,5 ммоль/л раствор цитрата натрия, рН 7,0 .

–  –  –

соответствующего состава, помещают в 1 см кварцевую кювету для СФ. Определение оптической плотности ведут при 260 нм в промежутке от 25 до 95 С с интервалом 5 С, причем препарат ДНК выдерживают при каждой температуре 5 мин .

По результатам измерения строят кривую плавления. Для этого по оси ординат откладывают отношения оптической плотности раствора при измеряемой температуре (t) к оптической плотности при 25 С, а по оси абсцисс – температуру. Точку плавления (t пл) ДНК находят по кривой плавления. Она соответствует середине зоны подъема кривой относительной оптической плотности (Рис.2) .

Зависимость между точкой плавления и содержанием ГЦ-пар в

ДНК определяют по формуле:

Сгц = ( t пл – 69,3) · 2,44, где Сгц – содержание ГЦ-пар в молярных процентах, а 69,3 и 2,44 – постоянные коэффициенты .

ТЕСТЫ, УПРАЖНЕНИЯ, ЗАДАЧИ

1. Фрагмент мРНК содержит 1000 молекул цитозина. Количество урацила, гуанина и аденина меньше на 50%, 60% и 40% соответственно. Сколько остатков фосфорной кислоты и рибозы включает фрагмент?

2. Какова сумма адениловых и тимидиловых нуклеотидов во фрагменте молекулы ДНК, если в нем обнаружено 930 цитидиловых нуклеотидов, составляющих 20%от общего количества нуклеотидов в этом фрагменте?

3. Участок одной из цепей ДНК имеет нуклеотидную последовательность: 5-ТГАТТЦАГААГЦАТАЦЦТ-3. Определите максимально возможное количество водородных связей, удерживающих данный участок с комплементарным .

4. В молекуле рРНК количество уридиловых нуклеотидов составляет 30%. Определите содержание гуаниловых нуклеотидов .

5. При полном гидролизе нуклеиновых кислот в гидролизате можно обнаружить все перечисленные вещества, кроме: 1) аденина; 2) фосфорной кислоты; 3) пиримидиновых оснований; 4) аденозинмонофосфата; 5) циклического-3,5-аденозинмонофосфата;

6) D-рибофуранозы .

А. 1, 6; Д. только 5;

Б. 2, 5; Е. только 6;

В. 3, 4; Ж. 4, 5, 6 .

Г. 4, 5;

6. Абсорбционный максимум нуклеиновых кислот находится в области 240 – 270 нм. Абсорбция в этой области обусловлена наличием:

А. водородных связей;

Б. фосфоэфирных связей;

В. гетероциклических оснований;

Г. остатков фосфорной кислоты .

7. Соединения, характеризующиеся структурами являются:

А. таутамерными формами;

Б. цис-, транс-изомерами;

В. оптическими изомерами;

Г. конформационными изомерами;

Д. геометрическими изомерами .

8. В результате окислительного дезаминирования под действием азотистой кислоты из аденина образуется:

А. гуанин;

Б. ксантин;

В. гипоксантин;

Г. аллантоин;

Д. мочевая кислота .

9. Сколько пар оснований приходится на один виток двойной спирали ДНК, находящейся в «В-форме»?

А. 5. Б. 10. В. 15. Г. 20. Д. 100 .

10. Нуклеиновые кислоты – линейные полимеры. Какие связи соединяют нуклеотидные остатки в полинуклеотид?

А. Ионные .

Б. Водородные .

В. 3,5-фосфодиэфирные .

Г. 3,1-фосфодиэфирные .

Д. Пептидные .

Е. Координационные .

11.Какими связями удерживаются полидезоксирибонуклеотидные цепи в биспиральной молекуле ДНК 1) водородными; 2) электростатическими взаимодействиями; 3) гидрофобными взаимодействиями; 4) ковалентными; 5) координационными?

А. Только 1. Г. 1 и 2 .

Б. Всеми перечисленными. Д. 1 и 3 .

–  –  –

12. Какое из перечисленных названий: 1) пуриновое основание;

2) пиримидиновое основание; 3) нуклеозид; 4) нуклеотид; 5) нуклеиновая кислота, - соответствует а) аденозину; б) адениловой кислоте; в) цитозину; г) урацилу; д) РНК?

13. Если величина соотношения Г+Ц/А+Т больше 1, - это, скорее всего:

А. микроорганизмы; Б. высшие растения; В. высшие животные .

14. Какие положения верно характеризуют вторичную структуру ДНК? 1) Имеет вид двойной спирали; 2) спираль правозакрученная; 3) спираль левозакрученная; 4) полинуклеотидные цепи расположены параллельно; 5) полинуклеотидные цепи расположены антипараллельно; 6) азотистые основания расположены внутри спирали, а сахарофосфатный остов – снаружи; 7) пуриновые и пиримидиновые основания локализованы снаружи, а связанные друг с другом фосфорилированные остатки дезоксирибоз – внутри .

А. Верно все, кроме 7. Б. 1, 2, 3, 4, 5, 6. В. 1, 2, 3, 4, 6 Г. Верно все, кроме 6. Д. 1, 3, 5, 7 .

15. Температура плавления ДНК каких организмов из перечисленных будет при нормальных условиях среды выше, чем у других?

А. Микроорганизмы; Б. Высшие растения; В. Высшие животные .

16. Природные нуклеозиды можно получить: 1) путем ферментативного гидролиза ДНК; 2) путем кислотного гидролиза ДНК; 3) путем щелочного гидролиза РНК с последующим ферментативным дефосфорилированием нуклеотидов; 4) путем гликозилирования пуриновых и пиримидиновых оснований .

А. 1, 2, 3, 4. Б. 1, 3. В. 1, 3, 4. Г. 1, 2. Д. 3, 4 .

17. Какое из утверждений, касающееся минорного нуклеотида 8гидроксидезоксигуанозина, является верным?

А. Это продукт неферментативного гидроксилирования остатков дезоксигуанозина в ДНК .

Б. Гидроксилирование дезоксигуанозина в ДНК с образованием данного минорного продукта происходит под действием ОН-радикала .

В. Содержание данного минорного нуклеозида характеризует возможность интенсификации возникновения мутаций .

Г. В состав данного нуклеозида входит остаток фосфорной кислоты, присоединенный к дезоксирибозе фосфоэфирной связью .

18. Когда в одном и том же нуклеотиде фосфат связывает 2 атома кислорода рибозного остатка - это может быть:

А. аденозин-5-монофосфат;

Б. циклический-3,5-аденозинмонофосфат;

В. аденозин-5-дифосфат;

Г. аденил-гуанидиндифосфат .

19. Дайте ответ в форме АБ, АБ, А=Б .

1) А. Число нуклеотидных остатков в РНК с Мr = 5х10 9. Б. Число нуклеотидных остатков в ДНК с Мr = 5х10 9 .

2) А. Содержание нуклеотидов в кодоне мРНК. Б. содержание нуклеотидов в антикодоне тРНК .

3) А. Разнообразие минорных оснований в составе ДНК. Б .

Разнообразие минорных оснований в РНК .

20. Подберите к ключевым словам соответствующую им пару .

а) Пуриновое основание; б) пиримидиновое основание;

в) нуклеозид; г) нуклеотид; д) рибонуклеиновая кислота .

1. Адениловая кислота. 2. РНК. 3. Аденозин. 4. Аденин. 5. Урацил .

21. Пуриновые и пиримидиновые основания, входящие в состав нуклеиновых кислот: 1) способны поглощать ультрафиолетовые лучи;

2) способны к кето-енольной и амино-иминной таутомерии; 3) способны к лактим-лактамной таутомерии; 4) являются слабыми кислотами; 5) являются слабыми основаниями .

А. 1, 2, 3, 4. Б. Только 3 и 5. В. Только 1, 3, 5 .

Г. 1, 2, 3, 5. Д. Только 2, 4, 5 .

22. Выберите верное утверждение:

А. содержание ДНК в клетках не зависит от их плоидности;

Б. последовательность нуклеотидов в одной цепи ДНК неоднозначно определяет таковую в другой цепи;

В. нуклеотидный состав ДНК изменяется в онтогенезе;

Г. нуклеотидный состав ДНК не зависит от физиологического состояния организма .

23. Получен фотоснимок после электронного микроскопирования нити ДНК, находящейся в «А-форме». Увеличение микроскопа – 20000 раз, увеличение при микрофотографировании – 5 раз. Средняя длина нитей ДНК на фотографиях составляет 231,2 мм. Рассчитайте длину нитей (в нм) и молекулярную массу ДНК, если шаг спирали имеет длину 2,81 нм и образован 11 парами нуклеотидов. Примите, что молекулярная масса А+Т равна молекулярной массе Г+Ц и составляет 654 .

24. Рассчитайте коэффициент молярной экстинкции аденина, если раствор, содержащий 250 мкг аденина в 100 мл 0,1н раствора NаОН, имеет оптическую плотность 0,229 при длине волны 262 нм .

Ширина кюветы – 1 см, молекулярная масса аденина – 135 .

25. Температура плавления ДНК пропорциональна содержанию

Г+Ц пар в ее составе и рассчитывается по формуле:

Тпл = 69,3 + 0,41х, где х – содержание пар Г+Ц в процентах .

Рассчитайте:

а) температуру плавления образцов бактериальных ДНК, если Г+Ц у них равно 37,6; 55,9; 71,2%;

б) содержание Г+Ц и А+Т пар в ДНК из проростков пшеницы в процентах, если Тпл ДНК равна 90 0С .

26. Рассчитайте процентное соотношение молекул РНК в 50S субчасти рибосомы E. сoli, если в ней содержится по одной молекуле ~ 28S, 16S и 5S РНК .

27. Нуклеотид состоит из:

А. глицерина и высших карбоновых кислот;

Б. азотистых оснований;

В. сахара, фосфатной группы и циклического азотсодержащего соединения;

Г. сахаро-фосфатного остова .

–  –  –

В. сахара присоединены к азотистым основаниям водородными связями;

Г. азотистые основания связаны друг с другом водородными связями;

Д. сахара связаны с фосфатными группами ковалентными связями, а с азотистыми основаниями — водородными связями .

29. Функции хромосом:

А. отвечают за синтез липидов;

Б. осуществляют синтез белка;

В. осуществляют фотосинтез;

Г. являются носителями наследственной информации .

30. В молекуле ДНК тиминовый нуклеотид (Т) составляет 16 % от общего количества нуклеотидов. Определите процентное соотношение в данной ДНК остальных нуклеотидов .

А. А 32 %; Г 24 %; Ц 30 .

Б. А 16%; Г 34%; Ц 34 % .

В. А 16 %; Г 40 %; Ц 40 % .

Г. А 18 %; Г 42 %; Ц 46 % .

–  –  –

33. Какие соединения входят в состав АТФ?

А. Углевод рибоза .

Б. Азотистое основание аденин .

В. Три молекулы фосфорной кислоты .

Г. Глицерин .

Д. Аминокислота .

34. Выберите правильный ответ. Нуклеопротеины - это А. соединение азотистого основания с рибозой Б. сложные белки, состоящие из белка и нуклеиновых кислот В. последовательное соединение мононуклеотидов .

35. Какие утверждения о тРНК является верными?

1. В ней имеются стебельковые и петлевые структуры .

2. Для синтеза аминоацил-тРНК используется коэнзим А-SH .

3. У эукариот тРНК синтезируется РНК-полимеразой III .

4. тРНК синтезируется в виде предшественника и только после процессинга становится функциональной .

5. Кодон мРНК связывается с антикодоном тРНК при помощи водородных связей А-Т, Г-Ц .

А. 1, 2, 3. Б. 1, 2, 4. В. 1, 2, 4, 5. Г. 1, 3, 4. Д. 2, 3, 4, 5 .

36. Исследуемый образец ДНК содержит 60% пуринов. Наиболее вероятно этот образец принадлежит:

А. эукариотической клетке;

Б. бактериальной клетке;

В. бактериофагу с двухцепочечной ДНК;

Г. бактериофагу с одноцепочечной ДНК .

37. РНК одного из онкогенных вирусов содержит 24 % аденина, 28 % гуанина, 26 % урацила и 22 % цитозина. В клетке человека на этой РНК синтезируется ДНК, встраивающаяся в геном хозяина. Содержание тимина в таком фрагменте ДНК будет равно:

А. 24 %; Б. 25 %; В. 26 %; Г. 27 % .

38. На схеме представлен участок двуцепочечной ДНК, на котором черточками обозначены последовательности неопределенной длины:

Участок ДНК, заключенный в квадрат, был подвергнут инверсии .

Правильно отражает представленный выше участок ДНК после инверсии последовательность:

А .

Б .

В .

Г .

39. Фрагмент ДНК включает 120 пар нуклеотидов, содержание в нем тимидиновых нуклеотидов составляет 30 %. Сколько остатков молекул гуанина содержится в этом фрагменте?

А. 44; Б. 32; В. 48; Г. 36 .

40. Денатурация ДНК называется также:

А. плавлением ДНК;

Б. гипохромным эффектом;

В. гиперхромным эффектом;

Г. осаждением ДНК .

ГЛАВА 5. УГЛЕВОДЫ

СТРУКТУРА, СВОЙСТВА И ФУНКЦИИ УГЛЕВОДОВ

Углеводы широко распространены в природе и играют большую роль в жизнедеятельности всех живых организмов. Во всех без исключения организмах углеводы служат материалом, при окислении которого выделяется энергия, используемая в биохимических реакциях .

Промежуточные продукты окисления углеводов служат исходными веществами для синтеза других органических соединений. Многие из них обладают уникальным строением, видовой и индивидуальной специфичностью. Углеводы входят в состав нуклеиновых кислот, антикоагулянтов, мембранных рецепторов и антигенов и других сложных соединений, функционирующих в организме. Углеводы используются для построения субклеточных структур, клеточных оболочек и других образований, выполняющих в организме опорные, защитные и другие функции. Углеводы выполняют также функцию запасных питательных веществ. Они способны откладываться в организме в виде гликогена (у человека и животных), крахмала и фруктозанов (у растений), которые расходуются по мере необходимости .

Заслуживают особого внимания смешанные биополимеры, содержащие углеводы. К ним относятся помимо нуклеиновых кислот – гликопротеины, гликопептиды, липополисахариды, гликолипротеины и т.д. В организме они выполняют сложные и важные функции .

Очень важны специфические функции углеводов .

Углеводсодержащие соединения служат маркерами в процессах узнавания молекулами и клетками друг друга, определяют антигенную специфичность, обуславливают различие групп крови .

Некоторые углеводсодержащие биополимеры являются рецепторами для связывания различных токсинов, бактериальных клеток, вирусов, гормонов .

Углеводный компонент повышает стабильность многих ферментов – гликопротеинов, служит антифризом в крови и мышцах антарктических рыб, выполняет роль антикоагулянта, оказывает противоопухолевое действие (некоторые -1,3-гликаны) .

К углеводам относятся соединения, обладающие разнообразными и часто совершенно различными свойствами .

Среди них есть вещества низкомолекулярные и высокомолекулярные, кристаллические и аморфные, растворимые в воде и нерастворимые в ней, гидролизуемые и негидролизуемые, способные легко окисляться и сравнительно устойчивые к действию окислителей .

Это многообразие качеств находится в тесной связи с химической природой углеводов, со строением их молекул; оно служит для того или иного участия их в процессах жизнедеятельности и в построении тканей животных и растений .

Углеводы классифицируют на моносахариды, олигосахариды и полисахариды (гликаны), они различаются по отношению к гидролизу:

моносахариды – углеводы не гидролизующиеся с образованием других углеводов .

олигосахариды – гидролизуются с образованием 2-10 молекул моносахаридов .

полисахариды – высокомолекулярные углеводы, при гидролитическом расщеплении которых получаются десятки, сотни и тысячи молекул моносахаридов или их производных .

МОНОСАХАРИДЫ

Моносахариды являются полигетерофункциональными соединениями, в молекуле которых одновременно содержатся одна оксогруппа (альдегидная или кетонная) и несколько гидроксильных групп. Таким образом, с химической точки зрения моносахариды представляют собой полигидроксикарбонильные соединения: т.е .

полигидроксиальдегиды или полигидроксикетоны .

Моносахариды, содержащие группу называются альдозами; моносахариды, содержащие С=О группу называются кетозами. Окончание –оза характерно для всех моносахаридов (рибоза, ксилоза, глюкоза, фруктоза). Наименованиям кетоз придается окончание

–улоза (рибулоза) .

В зависимости от длины углеродной цепи моносахариды подразделяются на: триозы (глицериновый альдегид – альдоза, диоксиацетон – кетоза); тетрозы (эритроза, треоза – альдозы, эритрулоза

- кетоза); пентозы (рибоза, арабиноза, ксилоза – альдозы; рибулоза, ксилулоза - кетозы), гексозы (глюкоза, манноза, альтроза, галактоза, идоза – альдозы; фруктоза, сорбоза, психоза - кетоза); гептозы и т.д .

Структурно углеводы изображаются тремя видами формул: Фишера, Колли-Толленса и Хеуорса

–  –  –

Правила написания проекционных формул Фишера:

Углеродная цепь записывается вертикально .

Сверху располагается старшая функциональная группа (альдегидная или кетонная) .

Горизонтально – водород и группы, содержащие гетероатом .

В молекулах моносахаридов обычно содержится несколько хиральных центров (ассиметричных атомов углерода, у которых все четыре валентности связаны с разными радикалами), что служит причиной существования большого числа стереоизомеров, соответствующих одной и той же структурной формуле .

Всем моносахаридам, начиная с триоз, присуща стереоизомерия .

Простейшая альдоза - глицериновый альдегид обладает асимметричным атомом углерода, возможны два его пространственных изображения, являющихся зеркальным отражением друг друга, которые не совместимы при вращении. Их называют пространственными изомерами или стереоизомерами .

D-глицеральдегид L-глицеральдегид

Рис. 5.2 – Структурные формулы D- и L-глицероальдегида Относительная конфигурация моносахаридов определяется по конфигурационному стандарту – глицериновому альдегиду. С ним сравнивается конфигурация хирального центра, наиболее удаленного от оксогруппы. Принадлежность моносахарида к D- или L-ряду определяется по расположению –ОН группы у последнего (считая от альдегидной или кетонной группы) асимметричного атома углерода .

Если она расположена справа от углеродной цепи, то молекула относится к D-ряду, если слева соответственно к L-ряду .

Все моносахариды – оптически активные вещества, вращают плоскость поляризованного луча вправо или влево. Обозначение D- или L- не служит указанием направления вращения плоскости поляризации .

Некоторые моносахариды, отнесенные к D-ряду являются левовращающими, а многие представители L-ряда – правовращающими .

Чтобы показать принадлежность моносахарида к D- или L-ряду и направление плоскости поляризации после символа D- или L- перед названием сахара в скобках ставят знак (+) или (-) обозначающий соответственно правое и левое вращение (например D(+)-галактоза) .

Подавляющее большинство природных моносахаридов принадлежит к D-ряду. Исключением являются L-рамноза и L-сорбоза растений, Lарабиноза бактерий. Знак вращения определяется экспериментально .

Смесь энантиомеров (D- и L-форм) – рацемат не обладает оптической активностью .

Число стереоизомеров определяют по формуле 2n, где n – число асимметричных атомов углерода. Для альдогексоз, имеющих четыре асимметричных атома имеем 16 стереоизомеров: 8 D-альдогексоз им соответствует 8 стереоизомеров L-ряда, их называют оптическими антиподами или энантиомерами. D- и L-изомеры имеют одинаковые химические и физические свойства и отличаются они только направлением вращения плоскости поляризованного света .

Стереоизомеры моносахаридов, не являющиеся энантиомерами, отличающиеся конфигурацией, т.е. пространственным расположением заместителей у одного или нескольких углеродных атомов, называются диастереоизомерами. Например D-манноза является энантиомером по отношению к L-маннозе, и диастероизомером по отношению к 14 другим гексозам (D- и L-формы глюкозы, галактозы, идозы, аллозы и т.д.) .

Диастереоизомеры различаются по своим химическим и физическим свойствам .

Частным случаем диастероизомеров являются эпимеры. Эпимерами называются диастероизомеры, различающиеся конфигурацией только у одного углеродного атома. Например, моносахариды D-глюкоза и Dгалактоза составляют пару эпимеров, т.к. отличаются друг от друга только конфигурацией по С4, глюкоза и манноза – эпимеры, различающиеся конфигурацией по С2, D-рибоза и D-ксилоза по С3 .

Превращение одного изомера в другой называется эпимеризацией. В организме реакцию эпимеризации катализируют ферменты эпимеразы (класс изомеразы) .

–  –  –

Рис. 5.4 - Семейство D-альдоз, содержащих 3-6 атомов углерода С помощью проекционных формул Фишера изображаются моносахариды с открытой, незамкнутой цепью. Однако, моносахариды могут существовать и в циклической форме. Это является следствием сближения в пространстве в молекуле моносахарида двух функциональных групп – альдегидной (или кетонной) и гидроксильной у С4 или С5 с образованием циклических полуацеталей. А.Колли (1870) высказал предположение о циклическом строении глюкозы, а затем оно было развито Б.Толенсом (1883) .

У альдогексоз в реакцию с альдегидной группой преимущественно вступает гидроксильная группа у С5, при этом образуется термодинамически устойчивый шестичленный цикл. Такой цикл называют пиранозным .

Если в реакцию вступает гидроксильная группа у С4, то полуацеталь содержит пятичленный цикл, называемый фуранозным. Фуранозный цикл обычно характерен для пентоз, большинство гексоз находятся в форме пираноз .

В циклической форме (по сравнению с открытой) возникает дополнительный центр хиральности, т.к. ассиметричным становится атом углерода, входящий в оксогруппу. Атом углерода, участвующий в образовании полуацеталя, называется полуацетальным, а образующийся гидроксил - полуацетальным или гликозидным. Гликозидный гидроксил резко отличается по свойствам от других гидроксильных групп моносахарида .

Таким образом, при образовании внутримолекулярного полуацеталя в молекуле пентоз и гексоз появляется еще один хиральный центр и новая пара изомеров, называемых - и -аномеры. Они отличаются по расположению в пространстве заместителей только у аномерного атома углерода. Аномеры различают по расположению гликозидного гидроксила и гидроксила последнего ассиметричного атома углерода .

Если они расположены по одну сторону от углеродной цепи, это будет

-аномер, если по разные стороны - -аномер. При написании моносахаридов D-ряда в виде формул Хеуорса гликозидный гидроксил у

-аномеров будет направлен вниз, а у -аномера – вверх .

В твердом состоянии моносахариды имеют циклическое строение. В зависимости от того, из какого растворителя была перекристаллизована D-глюкоза, она может быть получена либо в форме -D-глюкопиранозы (из спирта или воды), либо в форме -D-глюкопиранозы (из пиридина) .

Они различаются величиной удельного вращения .

-Аномер имеет угол вращения +112 °, -аномер +19 ° .

При стоянии свежеприготовленных растворов каждого из аномеров D-глюкопиранозы, наблюдается постепенное изменение удельного вращения до достижения постоянной и одинаковой для того и другого раствора величины +52,5 ° .

Изменение во времени угла вращения плоскости поляризации света растворами сахаров называется мутаротацией. Химической основой мутаротации является способность моносахаридов к таутомерии, т.е. к существованию в виде равновесной смеси открытой и циклической форм (таутомера). Такой вид таутомерии называется кольчато-цепной или цикло-оксо-таутомерией .

В водных растворах установление равновесия между циклическими таутомерами моносахаридов, различающихся размером цикла (фуранозный и пиранозный) и конфигурацией аномерного атома (- и формы) протекает через открытую оксоформу .

Каждая гексоза образует 4 циклические формы (- и -фуранозную и

- и -пиранозную), находящиеся в растворе в динамическом равновесии с ациклической формой. В водном растворе глюкозы одновременно существуют все эти пять форм (4 циклических и 1 нециклическая альдегидная). Главным образом глюкоза в водных растворах находится в форме - и -глюкопираноз .

Важно, однако, не абсолютное содержание того или иного таутомера, а возможность перехода их друг в друга, что приводит к пополнению количества «нужной формы» по мере ее расходования в каком либо процессе. Например, несмотря на незначительное содержание открытой формы глюкозы, глюкоза дает многие реакции, характерные для альдегидной группы. Обусловлено это сдвигом равновесия в сторону образования открытой формы по мере ее расходования в соответствующей реакции. Таутомерия лежит в основе множественности химических свойств моносахаридов .

Аналогичные таутомерные превращения происходят в водных растворах со всеми моносахаридами и с большинством известных дисахаридов .

Представитель кетогексоз – D-фруктоза существует в виде равновесной смеси таутомеров, среди которых преобладают фуранозные формы .

Взаимопревращение различных форм глюкозы в водном растворе:

–  –  –

Для написания структурных формул циклических моносахаридов используются формулы, предложенные У.Хеуорсом. Пиранозные и фуранозные циклы в формулах Хеуорса изображаются в виде многоугольников, лежащих перпендикулярно плоскости рисунка. Атом кислорода располагается в пиранозах в дальнем правом углу цикла, а в фуранозах за плоскостью рисунка. Заместители располагаются над и под плоскостью цикла. Символы атомов углерода обычно опускаются .

Переход от проекционных формул Фишера к формулам Хеуорса осуществляется по правилам: заместители, находящиеся слева, занимают положение выше плоскости кольца, а заместители, находящиеся вправо от стержня молекулы, помещаются ниже плоскости кольца при изображении молекулы в циклической форме. Исключение только для Сатома, гидроксильная группа которого участвует в изображении циклического полуацеталя .

Химические свойства моносахаридов Химические свойства различных моносахаридов схожи в силу сходства их строения. Присутствие –ОН групп, а также альдегидной и кетонной групп, позволяет сахарам вступать в реакции, характерные для спиртов, альдегидов и кетонов .

Моносахариды способны образовывать эфиры, особо важны фосфорные эфиры гексоз (глюкозы, фруктозы) и пентоз (рибозы, дезоксирибозы). Их биосинтез осуществляется в ходе АТФ зависимой ферментативной реакции, осуществляемой ферментами, называемыми киназы. В этом случае донором фосфатной группы выступает АТФ. Есть ряд киназ, участвующих в синтезе монофосфорных эфиров, как например глюкозо-6 фосфат, фруктозо-6 фосфат. Возможно образование эфиров, содержащих 2 фосфатные группы, например фруктозо-1,6 дифосфат. Некоторые фосфаты сахаров синтезируются иначе. Например, глюкозо-1-фосфат, образуется в ходе расщепления гликогена или крахмала (без участия АТФ) или изомеризации глюкозо-6-фосфата .

Рис. 5.6 – Структурные формулы фосфорных эфров моносахаридов .

Биологическое значение фосфорных эфиров основано на том, что они представляют собой метаболически активные формы сахаров (более реакционноспособные вещества, чем сахара). Помимо увеличения реакционной способности сахаров, фосфорилирование выгодно для клетки еще и потому, что клеточная мембрана мало проницаема для этих фосфоэфиров сахаров. Это свидетельствует о том, что клетка удерживает моносахариды, благодаря тому, что они находятся в фосфорилированном состоянии .

Моносахариды вступают в ряд окислительных реакций. Среди продуктов реакций можно выделить три класса кислот: альдоновые, альдаровые и альдуроновые. Обработка альдоз таким окислительным агентом как бром (мягкий окислитель) приводит к окислению альдегидной группы при С-1 атоме в карбоксильную группу с образованием альдоновых кислот. При окислении С-1 глюкозы образуется глюконовая кислота. Применение более сильных окислительных агентов, например, азотной кислоты, вызывает окисление химических групп при 2-х углеродных атомах, т.е. при С-1 и С-6атомах, альдаровых (сахарных кислот). Продуктами окисления D-глюкозы является D-глюкаровая или сахарная кислота, а D-галактозы – Dгалактаровая или слизиевая. Если окислению подвергается концевая группа –СН2ОН, образуются уроновые кислоты. При этом из D-глюкозы образуется D-глюкуроновая кислота, а из D-галактозы –Dгалактуроновая кислота. Альдоновые и уроновые кислоты часто встречаются в природе в качестве компонентов полисахаридов, а также как промежуточные соединения в углеводном обмене .

Кислоты, образующиеся при окислении D-глюкозы:

Восстановление сахаров приводит к превращению сахаров в многоатомные спирты (полиолы). При этом альдегидная или кетонная группа восстанавливается с образованием спиртовой группы. Ряд таких спиртов встречается в природе: рибит, глюцит (сорбит), галактит (дульцит), маннит .

Рибит – компонент витамина В2 (рибофлавина), коферментов ФАД, ФМН. Сорбит используется в пищевой промышленности как вкусовая добавка для придания сладкого вкуса. Ксилит – один из сладчайших полиолов, применяемых в пищевой промышленности в качестве заменителя сахара для больных сахарным диабетом. Галактит – образование катаракты хрусталика глаз, возможно связано с накоплением этого вещества .

Восстановительные свойства сахаров связаны с наличием в них карбонильной группы. Хотя большая часть сахаров существует в циклических полуацетальных формах, равновесие между этими формами и альдегидной формой является весьма подвижным .

Вследствие этого они могут вступать в реакции с реагентами на карбонильные группы (восстановление серебра - реакция Толленса;

восстановление меди – реакция Троммера, реакция с фелинговой жидкостью). Эти реакции имеют большое значение при обнаружении и количественном определении сахаров .

Гликозидный гидроксил моносахаридов, обладающий большой реакционной способностью, взаимодействует со спиртом с образованием гликозидов .

Гликозиды – это эфирообразные соединения, получившиеся в результате замещения атома водорода в полуацетальном гидроксиле циклической формой моносахарида. Соединение, которое взаимодействует с полуацетальный гидроксил моносахарида, называется агликоном. Например, при реакции метилового спирта (агликон) с глюкозой (-D-глюкопиранозой) в присутствии неорганических кислот образуется гликозид метил- -D-глюкопираноза. Соответственно с - и аномером образуются - и -гликозиды. Вновь образующаяся связь называется гликозидной связью. Гликозидная связь имеет очень важное биологическое значение, поскольку именно с помощью этой связи осуществляется ковалентное связывание моносахаридов в составе олигои полисахаридов. При различных конфигурациях при - или -углероде одного моносахарида и различных положениях групп –ОН другого моносахарида возникают разные виды гликозидных связей. В природе встречаются следующие виды гликозидных связей (-1,3; -1,2; -1,6;

-1,1 и т.д.). При этом каждый конкретный олиго- или полисахарид содержит определенный вид гликозидных связей между мономерными единицами. Действительно в некоторых случаях это единственное структурное отличие между во всем остальном идентичными олигомерами или полимерами (например, структура целлюлозы и амилозы). Когда в качестве агликонов спирты, фенолы, карбоновые кислоты продукты реакции называются О-гликозидами (связь с агликоном осуществляется через кислород) .

Важным классом гликозидов являются N-гликозиды, в которых связь с агликоном осуществляется через N (например, нуклеотиды, нуклеозиды) .

Моносахариды могут присоединять аминогруппу, замещение гидроксильной группы при С-2 на аминогруппу приводит к образованию аминосахаров. Среди аминосахаров особенно важную роль играют -Dглюкозамин и -D-галактозамин. Оба этих аминосахара входят в состав многих N-ацетильных производных, содержащихся в тканях животных .

D-глюкозамин – главный компонент хитина – структурного полисахарида, образующего наружный скелет насекомых и ракообразных. D-Галактозамин является компонентом гликолипидов и входит в состав главного полисахарида хрящей - хондроитинсульфата .

N-Ацетиламиносахара являются также предшественниками двух других специфических производных сахаров: мурамовой и нейраминовой кислот. Эти производные сахаров играют ведущую роль в качестве строительных блоков структурных полисахаридов, входящих в состав клеточных стенок бактерий (N-ацетилмурамовая кислота) и плазматических мембран клеток животных (N-ацетилнейраминовая кислота). В молекуле N-ацетимурамовой кислоты ацетилированный Dглюкозамин соединен эфирной связью с эфирной группой молочной кислоты. N-Ацетилнейраминовая кислота включает остатки ацетилированного N-маннозамина и пировиноградной кислоты .

Все O- и N- ацильные производные нейраминовой кислоты носят общее название – сиаловые кислоты. Нейраминовые и сиаловые кислоты

– составные компоненты мембран нервной ткани, входят в состав ганглиозидов мозга, участвующих в проведении нервного импульса .

ОЛИГОСАХАРИДЫ

Олигосахаридами называют углеводы, имеющие от 2 до 10 звеньев моносахаридов, связанных гликозидными связями. Они отличаются друг от друга составом моносахаридов и типом гликозидной связи .

В зависимости от количества моносахаридов, входящих в молекулу олигосахаридов, их делят на дисахариды, трисахариды и т.д .

Наибольший интерес из олигосахаридов представляет группа дисахаридов, которые широко распространены в природе; многие из них имеют огромное практическое значение. По химическому строению дисахариды являются гликозидами моносахаридов, агликонами которых служат также остатки моносахаридов, т.е. все дисахариды построены по типу гликозидов. Некоторые дисахариды содержат одинаковые моносахаридные остатки. Например, мальтоза, целлобиоза и трегалоза при гидролизе дают только глюкозу, а различия в свойствах этих трех дисахаридов обусловлены тем, что в их состав входят разные изомерные формы глюкозы (-форма в мальтозе, -форма в целлобиозе), а также тем, что молекулы глюкозы соединяются между собой по-разному (мальтоза и трегалоза) .

В зависимости от способа соединения двух остатков моносахаридов все дисахариды делятся на два типа. Восстанавливающие дисахариды или дисахариды типа мальтозы. У этого типа дисахаридов связь между двумя остатками моносахаридов осуществляется за счет полуацетального гидроксила одной молекулы и гидроксилов, находящихся в других положениях (чаще всего в 4 или 6-ом) другого моносахарида. Такие дисахариды содержат свободный полуацетальный гидроксил и они способны восстанавливать фелингову жидкость (обладают восстанавливающими свойствами). В водных растворах обнаруживают мутаротацию. Основными представителями этого типа являются мальтоза, целлобиоза, лактоза, изомальтоза .

Мальтоза (-D-глюкопиранозил (14) D-глюкопираноза) образуется из крахмала под действием -амилазы. Целлобиоза (-D-глюкопиранозил (14) D-глюкопираноза) основная структурная единица клетчатки .

Лактоза (-D-галактопиранозил (14) D-глюкопираноза) молочный сахар в больших количествах содержится только в молоке, из которого ее и получают. В коровьем молоке на ее долю приходится 4-5,5 %, в женском – 5,5-8,0 %. У высших растений встречается крайне редко .

Невосстанавливающие дисахариды или дисахариды типа сахарозы, для дисахаридов этого типа характерно отсутствие восстанавливающей способности и способности к мутаротации .

Объясняется это тем, что гликозидная связь образуется за счет полуацетальных гидроксилов обоих моносахаридных остатков .

Основными представителями дисахаридов этого типа являются сахароза и трегалоза .

Сахароза (-D-глюкопиранозил – (12)--D-фруктофуранозид широко распространена в природе: в фруктах, ягодах, тростниковом и свекловичном сахаре. Трегалоза (-D-глюкопиранозил – (11)--Dглюкопиранозид) содержится в грибах, водорослях, ростках спорыньи .

Кроме того, это главный углевод гемолимфы многих насекомых .

В процессе кислотного гидролиза из сахарозы образуется равное количество глюкозы и фруктозы. При этом наблюдается смена правого вращения налево. Это явление называется инверсией, образуется инвертированный сахар .

глюкоза D20 = +52,5 ° сахароза D20 = +66,5 ° фруктоза D20 = -93 ° Мед – инвертированный сахар .

Дисахариды типа трегалозы (гликозидо-гликозиды) и типа мальтозы (гликозидо-глюкозы) обладают различными химическими свойствами .

Первые не дают никаких реакций, свойственных альдегидной или кетонной группе, т.е. не окисляются, не восстанавливаются, не вступают в реакции поликонденсации, не мутаротируют. Для дисахаридов типа мальтозы все эти реакциии, наоборот, характерны. Это связано с тем, что только в дисахаридах типа мальтозы (гликозидо-глюкозах) возможна кольчато-цепная таутомерия, в результате которой образуется свободная альдегидная или кетонная группа, проявляющая свои характерные свойства .

Дисахарид генцибиоза состоит из 2-х -D-глюкопиранозных остатков, связянных 1,6 гликозидной связью. Она входит в состав многих растительных гликозидов, например, амигдалина, выделенного из горького миндаля .

Среди природных трисахаридов важное значение имеют немногие:

раффиноза (-D-галактопиранозил 16 -глюклпиронозил (12) -D– фруктофуранозид; генцианоза (-D-глюкопиранозил-(16) -Dглюкопиранозил (12) -D-фруктофуранозид) .

Рис. 5.7 – Структурные формулы восстанавливающих дисахаридов

ПОЛИСАХАРИДЫ

Полисахаридами или гликанами называют высокомолекулярные углеводы, содержащие более 10-и остатков моносахаридов или их производных, часто это многие сотни моносахаридных звеньев, соединенных гликозидными связями. Их молекулярная масса достигает обычно сотен тысяч и даже сотен миллионов и выше. Разные полисахариды отличаются природой моносахаридов, молекулярной массой и типом гликозидных связей в цепях моносахаридов .

Различают гомополисахариды (гомогликаны), образованные остатками моносахаридов одного вида, при этом типы связей между отдельными звеньями могут быть различны и гетерополисахариды (гетерогликаны), состоящие из моносахаридов двух или более видов, регулярно или нерегулярно чередующихся в его молекуле. К числу важнейших природных гомополисахаридов принадлежат: крахмал, гликоген, клетчатка, декстран и хитин. Первые 4 полисахарида при гидролизе дают только D-глюкозу. Хитин при гидролизе высвобождает производное D-глюкозы – N-ацетилглюкозамин. Известно много других моногликанов. Например, полисахарид инулин при гидролизе дает только фруктозу, маннан – маннозу, галактан – галактозу, арабан - арабинозу и т.д. Названия этих полисахаридов даны по конечным продуктам их расщепления.

К числу важнейших гетерогликанов относят:

гиалуроновую и хондроитинсерные кислоты, гепарин. Структурные единицы их: гиалуроновая кислота – N-ацетилглюкозамин и глюкуроновая кислота; хондроитинсерная кислота – Nацетилгалактозамин, серная кислота и глюкуроновая кислота .

По типу строения цепей полисахариды делят на линейные и разветвленные .

Полисахаридам присущи свойства типичных высокомолекулярных соединений, имеющих полярные группы. Поэтому полисахариды гидрофильны; при растворении в воде они набухают (подобно фибриллярным белкам), а затем, частично растворяясь, дают коллоидные растворы. В зависимости от состава полисахариды обладают разной гидрофильностью, растворимостью и зарядом. Например, крахмал или гликоген, состоящие только из D-глюкозы, образуют в растворах типичные мицеллы, несущие отрицательные заряд, так как гидроксильные группы обладают свойствами слабой кислоты и диссоциируют. Полисахариды, содержащие уроновые кислоты, характеризуются сильнокислыми свойствами, лучшей растворимостью и несут большой отрицательный заряд по сравнению с крахмалом или гликогеном. Все полисахариды образуют очень вязкие коллоидные раствора, способные к гелеобразованию. Особенно выражена эта способность у кислых полисахаридов. Они даже в разбавленных растворах дают прочные упругие гели, которые удерживают большое количество молекул воды. Полисахариды содержатся как внутри клетки так и в межклеточном веществе .

В связи с биологическими функциями полисахариды разделяют на структурные и резервные .

К структурным полисахаридам относятся: целлюлоза, гемицеллюлоза, пектиновые вещества – обеспечивают жесткость клеток, роль каркаса в организме. Хитин выполняет опорную функцию в организме беспозвоночных животных (ракообюразных, насекомых), грибов и плесени; гиалуроновая кислота и хондроитинсульфаты – составные компоненты соединительной ткани позвоночных животных .

Резервные полисахариды – крахмал, инулин, гликоген накапливаются в организме в значительных количествах в качестве энергетических запасов. Кроме того, они являются важными компонентами пищи животных и человека .

Химическое строение полисахаридов однообразно. Все они являются полигликозидами, в молекулах которых за счет гликозидных мостиков объединаются сотни, тысячи, иногда десятки тысяч остатков моносахаридов и их производных. При этом непременными партнерами в образовании кислородных мостиков служат гликозидные гидроксилы моносахаридов, а вторым партнером оказывается один из спиртовых гидроксилов моносахарида, чаще всего в положении 4 (у линейных полисахаридов) или 4 и 6 (у разветвленных форм) .

Крахмал – один из самых распространенных запасных полисахаридов растений. Интенсивно накапливается при фотосинтезе, откладывается в семенах, клубнях и других частях растений. При кислотном гидролизе крахмал распадается с образованием D-глюкозы (в виде -D-глюкопиранозы). Природный крахмал состоит из двух различных фракций, отличающихся по своим строением и свойствам .

Примерно 20% крахмала составляет амилоза. Остальное приходится на вторую фракцию – амилопектин. Молекулы амилозы – это длинные цепи остатков глюкозы, совсем не разветвленные (1000–6000 глюкозных остатков, молекулярная масса 160000–1000000). Каждый глюкозный остаток связан атомом кислорода своего полуацетального гидроксила с 4 атомом углерода следующего глюкозного остатка. Все глюкозные остатки находятся в -форме и поэтому связь остатков глюкозы в молекуле амилозы называют -1,4-гликозидной связью .

Молекулы амилопектина также как и амилозы состоят из цепей глюкозных остатков, но в отличие от амилозы цепи в амилопектине разветвлены. Подавляющее большинство глюкозных остатков связано в амилопектине также как и в амилозе, т.е. -1,4-гликозидной связью .

Однако в точках ветвления цепи из глюкозных остатков имеют другие связи, а именно -1,6-гликозидные связи. Примерно через 20 моносахаридных звеньев у них имеются точки ветвления, образованные

-1,6-гликозидными связями

Участок амилозы и амилопектина:

–  –  –

Молекулярная масса амилопектина от 100000 до 1 млн .

Биологическая роль крахмала заключается в том, что он представляет собой форму хранения питательных веществ в растениях. Форма хранения углерода и энергии в виде поли--D-глюкозы присуща не только растениям. В клетках животных эту функцию выполняет гликоген (животный крахмал). У высших животных больше всего гликогена содержат клетки печени и мышц .

Гликоген (животный крахмал). Гликоген играет в организме животных исключительно важную роль как запасной полисахарид: все процессы жизнедеятельности, в первую очередь мышечная работа происходит при расщеплении гликогена, отдающего сосредоточенную в нем энергию. Гликоген содержится во всех животных тканях, особенно много его в печени (до 20 %) и в мышцах (4 %) упитанных животных .

Молекулы гликогена построены по тому же типу как и молекулы амилопектина (с наличием -1,4 и -1,6-гликозидных связей). От амилопектина гликоген отличается большей ветвистостью, боковые ветви отходят чаще, поэтому молекула гликогена является более плотной .

Обычно между точками разветвления содержится 10-12 глюкозных звеньев, иногда даже 6. Сильное разветвление молекулы способствует выполнению гликогеном энергетической функции, т.к. только при наличии большого числа концевых остатков можно обеспечить быстрое отщепление нужного количества молекул глюкозы .

Рис.5.9 – Фрагмент молекулы гликогена с точкой ветвления .

Целлюлоза (клетчатка) самый распространенный структурный полисахарид растений и вообще самое распространенное вещество на земле. Древесина содержит от 50 до 70 % клетчатки. Хлопок – почти чистая клетчатка. Волокна льна и конопли состоят преимущественно из клетчатки. Наиболее чистыми образцами клетчатки являются вата (получаемая из хлопка) и фильтровальная бумага. Клетчатка обладает большой механической и химической прочностью. Молекулы клетчатки представляют собой чрезвычайно длинные цепи глюкозных остатков .

Кислородные мостики, соединяющие эти остатки, связывают первый атом углерода одного остатка с 4 атомом углерода следующего остатка .

Таким образом, по общему типу строения клетчатка сходна с амилозой, но в отличие от амилозы, все глюкозные остатки клетчатки находятся в

-форме, т.е. если в молекуле амилазы связи -1,4-гликозидные, то в целлюлозе -1,4-гликозидные связи .

Рис. 5.10 – Участок молекулы целлюлозы .

Общее количество глюкозных остатков в молекуле целлюлозы равно 6000-12000, 1-2 млн .

Декстраны – полисахариды бактериального происхождения. Они построены из -D-глюкопиранозных остатков. Макромолекулы их сильно разветвлены. Основным типом связи являются -1,6, а в местах разветвления -1,4, -1,3, реже -1,2-гликозидные связи .

Декстраны используются в качестве заменителей плазмы крови, однако большая молекулярная масса природных декстранов (несколько миллионов) делает их непригодными для приготовления инъекционных растворов вследствие плохой растворимости. В связи с этим их молекулярную массу снижают до (50-100) тыс. с помощью кислотного гидролиза или действием ультразвука и получают «клинические декстраны» - препарат «полиглюкин», рондекс, и другие плазмозамещающие растворы .

Интересно отметить, что декстраны, синтезируемые бактериями, обитающими на поверхности зубов, являются компонентами налета на зубах .

Пектиновые вещества содержатся в плодах и овощах. Для них характерно желеобразование в присутствии органических кислот, что используется в пищевой промышленности (желе, мармелад). В основе пектиновых веществ лежит пектиновая кислота, являющаяся полигалактуроновой кислотой. Остатки D-галактуроновой кислоты связаны -1,4-гликозидными связями .

Хитин – главная составная часть покровных тканей насекомых и ракообразных, встречается в некоторых грибах. Отличается это вещество плохой растворимостью. Хитин по строению очень близок к целлюлозе .

Хитин состоит из остатков N-фцетил--D-глюкозамина, соединенных

-1,4-гликозидными связями в линейную молекулу .

Рис. 5.11 – Участок молекулы хитина

Гиалуроновая кислота, хондроитинсульфаты и кератосульфаты

– наиболее изученные полисахариды соединительной ткани .

Соединительная ткань распределена по всему телу (кожа, хрящи, сухожилия, суставная жидкость, роговица, стенки крупных кровеносных сосудов, кости) и обуславливает прочность и упругость органов, эластичность их соединения, стойкость к проникновению инфекции .

Полисахариды, входящие в состав соединительной ткани, связаны с белками. В этих углевод-белковых комплексах, называемых протеогликанами, преобладают углеводы. Эти полисахариды обладают общими чертами в строении: их неразветвленные цепи построены из дисахаридных остатков, в состав которых входит уроновая кислота (Dглюкуроновая кислота, D-галактуроновая) и N-ацетилгексозамин (Nацетилглюкозамин и N-ацетилгелектозамин). Некоторые из них содержат остатки серной кислоты .

Полисахариды соединительной ткани называют кислыми мукополисахаридами, т.к. они содержат карбоксильные и сульфогруппы .

Гиалуроновая кислота – гетерополисахарид, имеющий очень важное значение для высших организмов. В соединительной ткани это основной компонент внеклеточного вещества – желатинообразного вещества, заполняющего межклеточной пространство тканей. Она также содержится в больших количествах в синовиальной жидкости – вязкий материал, окружающий суставы, который служит смазкой и амортизатором. Стекловидное тело глаз, хрящи, пуповина также богаты гиалуроновой кислотой. Высоко ее содержание в коже, сухожилиях. Так как водные растворы этого соединения гелеобразные, ее называют мукополисахаридом. В структурном отношении это линейный полимер, образованный дисахаридными повторяющимися звеньями, состоящими из остатков -D-глюкуроновой кислоты и N-ацетил--D-глюкозамина, соединенных (13) связью. Соседние повторяющиеся звенья соединены -1,4-связью. Таким образом, -1,3 и -1,4 связи чередуются вдоль цепи .

Рис. 5.12 – Структура дисахаридного звена гиалуроновой кислоты .

Хондроитинсульфаты – наиболее распространенные кислые гетерополисахариды в тканях человека и животных, это составная часть хряща, костной ткани и сухожилий, сердечных клапанов, трахеи, аорты, артерий и ряда других тканей. Выделить их в чистом виде трудно, так как связаны с белками (коллагенами). Они сходны с гиалуроновой кислотой, так как состоят из аналогичных повторяющихся единиц, образованных D-глюкуроновой кислотой и -N-ацетил-D-галактозамином (в гиалуроновой кислоте содержится N-ацетил--Dглюкозамин), соединенных друг с другом -1,3 связями. Соседние повторяющиеся звенья также как и в гиалуроновой кислоте связаны -14 связями .

Основное отличие от гиалуроновой кислоты в том, что гидроксильная группа при С4- или С6-атомах остатка галактозамина сульфатирована .

Степень и место сульфатирования определяет принадлежность хондроитинсульфата к тому или иному типу. Различают хондроитин-4сульфат и хондроитин-6-сульфат – хондроитинсульфат А и С, соответственно .

Рис. 5.13 – Структура дисахаридных звеньев хондроитинсульфата А и хондроитинсульфата С .

Кератосульфаты сходны с хондроитинсульфатами в структурном отношении и распространении. Кератосульфат один из главных полисахаридов соединительной ткани, встречается также и в других тканях. Присутствуют в основном веществе хряща, роговице глаза .

Кератосульфат состоит из чередующихся остатков D-галактозы и Nацетил-D-глюкозамин-6-сульфата, соединенных между собой чередующимися связями -14 и -13 типа .

Рис. 5.12 – Структура дисахаридного звена кератансульфата .

Гепарин еще один интересный мукополисахарид, обнаруженный во многих тканях млекопитающих (печень, легкие, селезенка, щитовидная железа, кровь и др.). Недостаточно хорошо изучена его структура .

Гепарин состоит из повторяющихся дисахаридных единиц, в состав которых входят остатки D-глюкозамина и уроновой кислоты. В гепарине обнаружены две уроновые кислоты: D-глюкуроновая, L-идуроновая .

Идуроновая кислота производное моносахарида идоза (гексоза). В количественном отношении преобладает -идуроновая кислота. Внутри дисахаридного фрагмента осуществляется -1,4 гликозидная связь, а между фрагментами -1,4 связь в случае, когда фрагмент оканчивается

-идуроновой кислотой и -1,4 связь, когда фрагмент заканчивается D-глюкуроновой кислотой .

Рис. 5.12 – Структура дисахаридного звена гепарина .

Аминогруппа у большинства глюкозаминных остатков сульфатирована. Кроме того сульфатные группы присоединяются по С 6атому глюкозаминных остатков (двойное производное серной кислоты – сульфатированный глюкозамин). Кроме того сульфатные группы содержатся в некоторой части L-идуроновых остатков С2-атома. Остатки D-глюкуроновой кислоты несульфатированы .

Гепарин препятствует свертыванию крови, т.е. проявляет антикоагулянтные свойства, в связи с этим применяется в медицинской практике .

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Биологическая роль углеводов и их распространение в природе .

2. Особенности строения углеводов, изомерия и конформации моноз .

3. Напишите циклические формы глюкозы и фруктозы. Отметьте хиральные углеродные атомы .

4. Конфигурация какого хирального атома определяет принадлежность манноз к D- или L-стереохимическим рядам? Приведите примеры .

5. Дайте определение аномеров и эпимеров и напишите формулы –

- и -D-глюкопиранозы, - и -D-маннопиранозы .

6. Напишите формулы:

- и -глюкопиранозы, - и глюкофуранозы .

7. Что такое мутаротация? Как можно объяснить преобладание

-D-глюкопиранозы в растворе после стояния? Какие еще формы глюкозы будут находиться в растворе?

8. Напишите строение - и -аномеров D-рибофуранозы и D-маннопиранозы .

9. Напишите строение эпимера, отличающегося от D-галактозы конфигурацией хирального атома углерода С3. Как называется этот моносахарид?

10. Можно ли маннозу и галактозу назвать эпимерными изомерами .

Напишите формулу альдогексозы, эпимерную галактозе .

11. Физические и химические свойства моносахаридов. Гликозиды, сахарные кислоты, аминосахара .

12. Какие свойства проявляет глюкоза в реакции взаимодействия с аммиачным раствором гидроксида меди? Какие окисляющие реагенты можно использовать для определения глюкозы в биологических жидкостях?

13. Какая функциональная группа глюкозы проявляет восстанавливающие свойства? Напишите схему реакции окисления глюкозы гидроксидом меди .

14. Напишите уравнения реакций окисления галактозы и глюкозы с образованием слизевой и сахарной кислот (окисление азотной кислотой) .

15. Какой продукт получается при окислении азотной кислотой Dгалактозы и L-галактозы. Почему полученное соединение не обладает оптической активностью?

16. Напишите в циклической форме эфиры: глюкоза-1-фосфат, глюкоза-6-фосфат. В нециклической: фруктозо-1,6-дифосфат, 3-фосфоглицериновый альдегид .

17. Напишите формулы гликозидов, которые в качестве агликона содержат указанные соединения:

глюкоза + СН3ОН ?;

-D-тиоглюкоза + ?;

-D-маннозамин + С2Н5ОН ?

Назовите к какому классу гликозидов относятся полученные соединения .

18. Чем отличается сиаловая кислота от нейраминовой? Напишите их формулы и подчеркните отличительные компоненты .

19. Олигосахариды. Характеристика основных дисахаридов животных и растительных организмов. Их строение и свойства (мальтоза, целлобиоза, лактоза, сахароза) .

20. Лактоза – дисахарид, содержащийся в молоке, под влиянием D-глюкозидазы гидролизуется до моносахаридов. Каких? Напишите уравнение реакции гидролиза лактозы и назовите образующиеся продукты .

21. Под влияние сахаразы свекловичный или тростниковый сахар распадается на моносахариды. Напишите уравнение гидролиза свекловичного сахара .

22. Полисахариды II порядка (гликаны). Строение и свойства основных представителей гомогликанов (крахмал, гликоген, целлюлоза, хитин, пектиновые вещества) .

23. Напишите строение фрагмента крахмала и гликогена с точкой ветвления .

24. Какой дисахарид является структурной единицей амилозы?

Какой тип связи в нем между остатками D-глюкозы?

25. Амилоза, амилопектин, целлюлоза, гликоген, декстраны построены из остатков D-глюкозы. Какие виды связей между Dглюкопиранозными остатками в указанных гомогликанах?

26. Гетерогликаны. Строение и биологическая роль (гиалуроновая кислота, хондроитинсульфаты, гепарин) .

27. Перечислите компоненты таких гетерогликанов, как хондроитинсульфаты, гепарин, гиалуронова кислота .

28. В состав гликозаминогликанов входят аминосахара - глюкозамин и галактозамин в виде N-ацетилированных производных. Напишите циклические формулы ацетилглюкозамина и ацетилгалактозамина .

29. Напишите строение фрагмента гиалуроновой кислоты, если известно, что его структурной единицей является дисахарид, состоящий из остатков D-глюкуроновой кислоты и N-ацетил- D-глюкозамина, связанных -1,3-гликозидной связью, а дисахаридные фрагменты между собой – -1,4-гликозидной связью .

30. Перечислите групповые и специфические реакции на углеводы .

Рассмотрите их химизм .

31. Химизм реакции Троммера и реакции с фелинговой жидкостью .

Какие из углеводов (фруктоза, глюкоза, дезоксирибоза, мальтоза, сахароза) и почему можно открыть с помощью этих реакций?

32. Какие принципы положены в основу методов определения сахара с помощью о-толуидина? Почему эти методы позволяют определить «истинную глюкозу»?

ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ

–  –  –

Проба с -нафтолом Принцип метода. Проба с -нафтолом является одной из наиболее чувствительных общих реакций на углеводы и углеводные компоненты в сложных соединениях. С -нафтолом углеводы дают фиолетовое окрашивание. Обусловлено оно тем, что при взаимодействии с концентрированной H2S04 углеводы образуют фурфурол или 5оксиметилфурфурол, которые конденсируются с -нафтолом .

Образующийся комплекс окисляется в H2S04 с образованием хиноидного соединения .

OH

–  –  –

Реактивы: 0,5 % раствор глюкозы, пентозы и дисахаридов; 0,2 % спиртовой раствор -нафтола; H2S04 концентрированная .

Ход работы. К 10 каплям раствора каждого углевода прибавляют 3-4 капли раствора -нафтола. Затем осторожно наслаивают 1 мл концентрированной серной кислоты. Появляется фиолетовое окрашивание, более выраженное на границе слоев .

Реакция Троммера Принцип метода. Реакция Троммера является пробой на редуцирующие (восстанавливающие) сахара. Моносахариды, окисляясь в щелочной среде, восстанавливают ионы меди (П) до меди (1), а также соли серебра до металлического серебра. Эти реакции могут использоваться для количественного определения восстанавливающих моносахаридов, молекулы которых содержат свободные карбонильные группы, которые при восстановлении меди (П) окисляются до карбоксильных. Восстанавливающими свойствами обладают также некоторые дисахариды: мальтоза, лактоза, целлобиоза .

Реактивы: 1 % раствор глюкозы, лактозы и сахарозы; 5 % раствор NaOH; 5 % раствор CuS04 .

Ход работы. В три пробирки наливают по 1-2 мл раствора глюкозы, лактозы и сахарозы и равный объем раствора NaOH.

Затем по каплям добавляют раствор CuS04 до появления неисчезающей мути Сu(ОН)2 голубого цвета:

CuS04 + 2NaOH = Cu(OH)2 + Na2S04 .

–  –  –

Этого можно избежать, проводя пробы на редуцирующие сахара с реактивом Фелинга, содержащим медь (II) в виде комплексного соединения с сегнетовой солью (двойная соль винной кислоты - калийнатрий тартрат). Комплекс медь (II) с тартратами не выпадает в осадок .

Реакция Барфеда Принцип метода. В отличие от реакций восстановления, окисление, сахаров протекает не в щелочной, а в близкой к нейтральной среде. В этих условиях редуцирующие дисахариды в противоположность моносахаридам практически не окисляются, что позволяет отличить их от моноз .

Реактивы: 1 % раствор глюкозы; 1 % раствор лактозы или мальтозы; раствор 13,3 г ацетата меди в 200 мл воды и 1,9 мл ледяной СН3СООН .

Ход работы. В две пробирки наливают по 1,5 мл исследуемого раствора (глюкоза, лактоза или мальтоза), добавляют по 1,5 мл раствора ацетата и нагревают до кипения. Появление красного осадка Cu20 свидетельствует о присутствии восстанавливающих моноз (глюкозы) .

Реакция Селиванова

Принцип метода. Реакция Селиванова является пробой на кетозы:

5-оксиметилфурфурол, образующийся при нагревании кетогексоз с сильными кислотами (НСl, H2S04), дает с резорцином вишнево-красное окрашивание. Реакцию с резорцином дают как свободные, так и отщепляющиеся от более сложных сахаров (например, сахарозы) кетогексозы. Альдозы также могут образовывать 5-оксиметилфурфурол, но при более длительном нагревании .

Реактивы: 0,5 % раствор фруктозы; реактив Селиванова (раствор 0,05 г резорцина в 100 мл 20 % раствора НСl) .

–  –  –

Ход работы. В пробирку наливают 2 мл исследуемого раствора, добавляют несколько капель реактива Селиванова и нагревают до кипения. В присутствии фруктозы наблюдается интенсивное красное окрашивание .

–  –  –

Фурфурол - бесцветная жидкость, которая с анилином образует продукт конденсации красного, с орцином - зеленого, с флороглицином вишневого цвета .

Реактивы: 1 % или 2 % раствор рибозы, арабинозы или ксилозы;

30 % раствор анилина в ледяной СН3СООН; НС1 концентрированная .

Ход работы. В пробирку наливают 1-2 мл исследуемого раствора, добавляют 1-2 мл концентрированной соляной кислоты. Кипятят содержимое пробирки, держа в парах полоску фильтровальной бумаги, смоченную свежеприготовленным уксусным раствором анилина .

Появление вишнево-красного окрашивания свидетельствует о реакции фурфурола с анилином .

Реакция Мальфатти Качественная проба на лактозу Реактивы: 1 % раствор лактозы; 10 % раствор NaOH; 25 % раствор аммиака .

Ход работы. В пробирке смешивают 1 мл раствора лактозы и 0,5 мл раствора аммиака, добавляют 2 капли раствора NaOH. Пробирку помещают па 15 мин на водяную баню. Появляется оранжево-красное окрашивание .

Проба на сахарозу Качественная реакция с солями кобальта Реактивы: 1 % раствор сахарозы; 2 % раствор Co(N03)2; 5 % раствор NaOH .

Ход работы. В пробирку с 2 мл раствора сахарозы добавляют 1 мл раствора NaOH и несколько капель раствора Co(N03)2. Появляется фиолетовое окрашивание .

Проба на полисахариды Принцип метода. При взаимодействии полисахаридов с иодом происходят комплексообразование, адсорбция и другие процессы .

Оттенок окраски раствора зависит от строения полисахарида, в частности от степени его ветвления .

Для получения сорбционного соединения крахмала необходимо наличие свободного иода. При взаимодействии с NaOH свободный иод превращается в иодид, затем в гипоиодит и иодит, который после прибавления кислоты разлагается с выделением свободного иода .

Поэтому, прежде чем приступить к йодной пробе, щелочные растворы надо нейтрализовать .

Реактивы: 0,5 % раствор крахмала; раствор Люголя (раствор I2 вKI) .

Ход работы. В пробирку наливают 1 мл крахмала и добавляют 1-2 капли реактива Люголя. Темно-синее или красно-бурое окрашивание раствора свидетельствует о присутствии полисахаридов. Если появляется синее окрашивание, то присутствует крахмал или декстрин. Краснобурое окрашивание свидетельствует о наличии в растворе гликогена или эритродекстрина. При нагревании исследуемого раствора в присутствии гликогена наблюдается опалесценция, если раствор остается прозрачным, значит, присутствует эритродекстрин .

Лабораторная работа 2. ЭНЗИМАТИЧЕСКИЙ МЕТОД ОПРЕДЕЛЕНИЯ ГЛЮКОЗЫ

Благодаря высокой специфичности, позволяющей определять глюкозу в присутствии других сахаров, энзиматический метод имеет ряд преимуществ .

Принцип метода. Глюкоза в водной среде в присутствии кислорода воздуха и при участии фермента глюкозооксидазы окисляется до глюконовой кислоты. Затем образовавшийся пе-роксид водорода разлагается пероксидазой. Выделившийся при этом атомарный кислород реагирует с о-толидином (3,3'-диметилбензидин), окрашивающимся при окислении. Интенсивность окраски окисленного о-толидина пропорциональна концентрации глюкозы.

Химизм реакций схематически можно представить следующим образом:

глюкозооксидаза Глюкоза + О2 + Н2О - CH2OH(CHOH)4COOH + Н2О2

ГЛЮКОНОВАЯ КИСЛОТА

–  –  –

Реактивы: 0,25 М ацетатный буфер; биологическая жидкость (кровь, моча и др.); рН 4,8; 3 % раствор ТХУ; глюкозооксидаза; пероксидаза из хрена; стандартный (100 мг/100 мл) раствор глюкозы; 1 % раствор о-толидина в 96 % этаноле .

Ход работы

• Приготовить рабочий реактив для определения глюкозы. В 80 мл ацетатного буфера растворить 1 мг глюкозооксидазы и 1 мг пероксидазы, прилить 1 мл 1 % раствора о-толидина и довести объем смеси до 100 мл ацетатным буфером. Реактив готовят за 1-2 ч до определения .

• Провести депротеинизацию биологических жидкостей: в центрифужную пробирку внести 1,8 мл ТХУ и влить по стенке 0,2 мл исследуемой биологической жидкости (кровь, моча). Содержимое перемешать, центрифугировать 10 мин при скорости 3000 об/мин .

• Подготовить опытную, стандартную и контрольную пробы согласно таблице:

–  –  –

Подготовленные пробы перемешивают и инкубируют при 37 °С в течение 15 мин. Затем измеряют оптическую плотность опытной (Аоп) и стандартной (Аст) проб по отношению к контрольной при = (490-540) нм; кювета 1 см. Окраска стабильна в течение 15 мин. Если Аоп 0,85, пробу разводят дистиллированной водой в соотношении 1:1, а полученный результат умножают на два .

• Концентрацию глюкозы (Соп) в исследуемой жидкости рассчитывают по формуле

–  –  –

Лабораторная работа 3 .

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГЛЮКОЗЫ И ГЛИКОГЕНА С АНТРОНОМ

Принцип метода. Образующиеся при нагревании глюкозы с концентрированной серной кислотой фурфурол или его производные, дают с антроном окрашенные соединения сине-зеленого цвета. По интенсивности окраски судят о количестве глюкозы. Развившаяся окраска пропорциональна количеству взятой глюкозы в пределах от 10 до 100 мкг глюкозы в пробе .

Реактивы:

Антрон — 0,2%-ный раствор, приготовленный на 95%-ном растворе H2SO4. Раствор готовят в день определения. Приготовленный раствор помещают на лед!!!

Глюкоза — стандартный раствор: 40 мкг глюкозы в 1 мл Н2О дистиллированной .

Ход работы:

В широкие пробирки, стоящие во льду, помещают по 2,5 мл исследуемого раствора и при встряхивании приливают по 5 мл свежеприготовленного раствора антрона. Пробы тщательно перемешивают и ставят в кипящую водяную баню, предварительно закрыв пробирки кусочками фольги. Через 10 мин пробы охлаждают в бане с ледяной водой и развившуюся зеленую со слабым синеватым оттенком окраску фотометрируют при 620 нм (окраска стабильна при комнатной температуре в течение нескольких часов). Одновременно с исследуемыми растворами ставят контрольную пробу с дистиллированной водой и со стандартным раствором несколько проб (с различными количествами глюкозы от 10 до 100 мкг) для построения калибровочного графика. Строят калибровочный график, откладывая по оси абсцисс содержание глюкозы в калибровочных пробах, по оси ординат – экстинкцию соответствующих проб .

Для расчета содержания гликогена количество глюкозы, найденное по калибровочному графику (калибровочный график строится по глюкозе), делят на коэффициент 1,11, так как молекулярная масса глюкозного остатка в гликогене равен 162, а молекулярная масса глюкозы — 180 (180:162=1,11) .

Лабораторная работа 4 .

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ФРУКТОЗЫ И ЕЕ ФОСФОРНЫХ ЭФИРОВ

С РЕАКТИВОМ СЕЛИВАНОВА

Принцип метода. Определение основано на цветной реакции Селиванова. При нагревании раствора фруктозы или ее эфиров с крепким раствором соляной кислоты происходит образование оксиметилфурфурола, который с резорцином дает розовое окрашивание .

Окраска, образующаяся с фруктозо–6–фосфатом, менее интенсивна, чем с фруктозой. Интенсивность окраски с фруктозо–1,6–дифосфатом составляет только 52,5% интенсивности окраски свободной фруктозы, а с фруктозо-6-фосфатом — 60,5%, если проводить определение по данной прописи. Метод чувствителен в пределах от 0,05 до 0,5 мкмоля фруктозы в пробе .

Реактивы:

1. 0,1 %-ный раствор резорцина на 95%-ном этаноле .

2. 30 %-ный раствор HCl .

3. Фруктоза – стандартный раствор, содержащий в 1 мл 0,5 мкмолей фруктозы. Стандартный раствор фруктозы готовят на 1 н. растворе НС1, что предохраняет ее от бактериального расщепления. (В качестве стандартного раствора можно пользоваться также раствором фруктозодифосфата, который готовят на дистиллированной воде, добавляя в качестве антисептика хлороформ.)

Ход работы:

К 1 мл исследуемого раствора, не содержащего белка, приливают 1 мл раствора резорцина и 3 мл 30%-ного раствора соляной кислоты. Все тщательно перемешивают и ставят пробы в водяной термостат при 80 °С на 8 мин. В тех же условиях проводят определение с различными количествами стандартного раствора фруктозы для построения калибровочного графика. Необходимо следить за равномерным нагреванием проб в термостате (неравномерное нагревание является одним из источников погрешности определения). Пробы вынимают из термостата, охлаждают, помещая в холодную воду, и фотометрируют при (520–540) нм .

Для вычисления количества фруктозо–1,6–дифосфата найденную по калибровочному графику величину фруктозы умножают на коэффициент 1,9 (1,9=100:52,5). Если в качестве стандартного раствора используют раствор фруктозодифосфата, то при расчете коэффициент не вводят .

Определение фруктозо–6–фосфата по фруктозе проводят совершенно так же, как и определение фруктозодифосфата, но для расчета его количества величину фруктозы, найденную по калибровочному графику, умножают на коэффициент 1,65, если в качестве стандарта была использована фруктоза. Если в качестве стандарта используют раствор фруктозо-6-фосфата, то при расчете коэффициент не вводят .

ТЕСТЫ, ЗАДАЧИ, УПРАЖНЕНИЯ

1. При окислении первого и последнего углеродных атомов галактозы образуется:

А. галактуроновая кислота;

Б. галактоновая кислота;

В. галактаровая кислота .

2. В молекуле кетогексозы, находящейся в ациклической форме число хиральных атомов:

А. 3. Б. 5. В. 4. Г. 2 .

3. D-маннит образуется при:

А. окислении маннозы; Б. восстановлении глюкозы; В. восстановлении маннозы .

4. Циклические полукетали могут быть в форме:

А. пиррола; В. Пиранозы;

Б. фуранозы; Г. фурфурола .

5. Все альдозы теоретически могут быть получены путем последовательного удлинения углеродной цепи из:

А. формальдегида; В. Глицерина;

Б. D-глицеринового альдегида; Г. диоксиацетона .

6. Аномеры отличаются:

А. положением гидроксильной группы у асимметричного углеродного атома;

Б. положением гидроксильной группы у второго углеродного атома;

В. положением гидроксильной группы у первого углеродного атома;

Г. положением гидроксильной группы у полуацетального углеродного атома .

7. Сиаловые кислоты – это:

А. N-гликозиды -D-галактозамина;

Б. О- и N-производные -D-глюкозамина;

В. О- и N-ацильные производные нейраминовой кислоты .

Напишите формулу 2-N-ацетил- -глюкопиранозы .

–  –  –

9. При восстановлении фруктозы образуется:

А. сорбит; В. смесь сорбита и маннита;

Б. манит; Г. ксилит .

10. Явление мутаротации в растворах моносахаридов обусловлено:

А. наличием асимметричных атомов углерода в структуре Моносахарида;

Б. наличием у природных моносахаридов свойства оптической Активности;

В. трансформацией структуры моносахарида в растворе;

Г. принадлежностью природных моносахаридов к D-ряду .

11. Альдуроновые кислоты образуются из моносахаридов при:

А. окислении первичной спиртовой группы;

Б. окислении альдегидной группы;

В. окислении первичной спиртовой группы;

Г. восстановлении карбонильной группы .

12. Рацематом называется:

А. эквимолярная смесь энантиомеров;

Б. эквимолярная смесь диастереомеров;

В. эквимолярная смесь (+) и (-) моносахаридов;

Г. эквимолярная смесь эпимеров .

13. Остатки D-глюкопиранозы, соединены в линейных участках молекулы гликогена:

А. -1,6-связями; В. -1,6-связями;

Б. -1,4-связями; Г. -1,4-связями .

14. В стекловидном теле глаза из гетерополисахаридов преобладает:

А. гиалуроновая кислота; В. Хондроитинсульфат;

Б. дерматансульфат; Г. кератансульфат .

–  –  –

внутримолекулярного полуацеталя или полукеталя в молекуле пентоз и гексоз, называется:

А. эпимерами; В. Энантиомерами;

Б. аномерами; Г. (+) и (-) изомерами .

16. Восстанавливающие свойства характерны для:

А. глюкозы; Б. мальтозы; В. сахарозы; Г. лактозы .

17. Альдоновые кислоты образуются из моносахаридов при:

А. окислении первичной спиртовой группы;

Б. окисление альдегидной группы;

В. окислении первичной спиртовой и альдегидной группы;

Г. конденсации моносахаридов .

18. N-ацетил-мурамовая кислота состоит из:

А. молочной кислоты и ацетилированного D-глюкозамина;

Б. молочной кислоты и D-галактозамина;

В. молочной кислоты и ацетилированного D-маннозамина;

Г. пировиноградной кислоты и ацетилированного D-глюкозамина .

19. В основе структуры хитина лежит:

А. N-ацетил-D-глюкозамин; В. D-глюкоза;

Б. N-ацетил-D-галактозамин; Г. D-фруктоза .

20. Гетерополисахарид, проявляющий свойства антикоагулянта:

А. кератансульфат; В. гиалуроновая кислота;

Б. гепарин; Г. хондроитин-4-сульфат .

21. При действии сильных кислот у альдоз окисляются как альдегидная, так и первичная спиртовая группы у последнего углеродного атома группы. Напишите уравнение этой реакции с Dглюкозой и назовите образовавшийся продукт .

22. L-фруктоза и D-фруктоза – энантиомеры, так как они:

А. отличаются пространственным расположением полукетальных гидроксилов;

Б. принадлежат к подклассам альдоз и кетоз соответственно;

В. являются редуцирующими сахарами;

Г. отличаются пространственным расположением водородов и гидроксильной группы у шестого углеродного атома;

Д. отличаются направлением вращения плоскости поляризованного света .

23. Подберите перечисленным углеводам: а) хитин, б) гепарин,

в) декстран, г) гликоген – соответствующие им характеристики или утверждения (1, 2, 3, 4) .

1. резервный полисахарид животных клеток;

2. полисахарид, препятствующий свертыванию крови у животных и человека;

3. полисахарид, мономером которого является N-ацетил-,Dглюкозамин;

4. резервный полисахарид дрожжей и некоторых бактерий, исходное соединение для получения сефадексов .

24. D-глюкоза и D-манноза – эпимеры, так как они:

А. по пространственному строению являются зеркальными изображениями друг друга;

Б. принадлежат к подклассам альдоз и кетоз соответственно;

В. являются редуцирующими сахарами;

Г. отличаются пространственным расположением водорода и гидроксильной группы у соседнего с альдегидной группой углеродного атома;

Д. вращают плоскость поляризации света в противоположном направлении на одинаковый угол .

25. Подберите перечисленным классам (подклассам) углеводов: а) альдоза, б) кетоза, в) производное моносахарида, г) полисахарид – относящихся к ним представителей (1, 2, 3, 4)

1. N-ацетилмурамовая кислота; 2. хитин; 3. диоксиацетон;

4. D-рибоза .

26. Инулин:

А. наиболее широко распространенный структурный полисахарид растительного мира;

Б. относится к полифруктозанам, резервным полисахаридам, характерным для семейства сложноцветных;

В. играет роль резервного полисахарида у дрожжей и бактерий;

Г. структурный полисахарид грибной клеточной оболочки;

Д. содержится во многих видах соединительной ткани .

27.,D-глюкоза и,D-глюкоза – аномеры, так как они:

А. по пространственному строению являются зеркальными изображениями друг друга;

Б. принадлежат к подклассам альдоз и кетоз соответственно;

В. являются редуцирующими сахарами;

Г. отличаются пространственным расположением водорода и гликозидного гидроксила у первого углеродного атома;

Д. вращают плоскость поляризации света в противоположном направлении на одинаковый угол .

28. Подберите перечисленным углеводам или их производным: а) фурфурол, б) глюкаровая кислота, в) D-сорбит, г) D-маннит – соответствующие им характеристики или утверждения (1, 2, 3, 4):

1. продукт восстановления глюкозы водородом в присутствии никеля;

2. продукт дегидратации пентоз сильными минеральными кислотами;

3. продукт восстановления D-фруктозы;

4. продукт окисления глюкозы азотной кислотой .

29. Какие из перечисленных ниже углеводов являются редуцирующими сахарами?

А. Глицериновый альдегид. Г. Лактоза .

Б. Сахароза. Д. Арабиноза .

В. Хитин .

30. Агар-агар:

А. разветвленный полимер,D-глюкозы;

Б. представляет собой смесь двух полисахаридов. 1-й состоит из остатков D-галактозы и 3,6-ангидридо-L-галактозы, 2-й – из остатков D-галактопиранозы, часть которых сульфатирована;

В. играет роль резервного полисахарида у зеленых водорослец;

Г. представляет собой полимер из чередующихся дисахаридных фрагментов, состоящих из остатков D-галактозы и Nацетилглюкозамин-6-сульфата Д. представляет собой полимер из остатков N-ацетилглюкозамина

31. Напишите формулу: остатки N-ацетил-D-глюкозамин в пиранозной форме, связанные -(1,4)-гликозидной связью. Назовите гетерополисахарид .

32. Дайте ответ в форме: АБ, А=Б, АБ А. количество глюкозы, полученной при гидролизе одного моля лактозы Б. количество глюкозы, полученной при гидролизе одного моля мальтозы

33. Дайте ответ в форме: АБ, А=Б, АБ А. относительная молекулярная масса амилозы Б. относительная молекулярная масса амилопектина ГЛАВА 6. ЛИПИДЫ

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА И КЛАССИФИКАЦИЯ ЛИПИДОВ

Липиды (от греческого lipos – жир) объединяют неоднородную группу органических соединений биологической природы, которым присуще одно общее свойство – гидрофобность. Они чрезвычайно разнообразны по химической структуре, входят в состав всех прокариотических и эукариотических организмов и некоторых вирусов .

По физиологическому значению липиды делятся на структурные, резервные и регуляторные. Количество и состав структурных липидов в организме поддерживается на относительно постоянном уровне, как правило, не зависит от питания и функционального состояния и генетически обусловлен. Структурные липиды в комплексе с белками формируют биологические мембраны, определяют их свойства и функции, участвуют в построении защитных покровов растений и животных, кожи. Резервные липиды запасаются в больших количествах, их масса и состав непостоянны и в большой степени зависят от потребляемой пищи и состояния организма, они служат важнейшим энергетическим ресурсом и формой депонирования энергии. К регуляторным липидам относятся жирорастворимые витамины и липиды, обладающие гормональной активностью .

В силу неоднородности группы классификация липидов достаточно сложна. Существующие способы классификации в той или иной мере основаны на степени растворимости в полярных и неполярных растворителях, сходстве химического строения и общих биологических свойствах .

На основании общности химического строения липиды делят на две группы: I – липидные мономеры и II – многокомпонентные липиды .

Группы разделены на классы, учитывающие особенности строения соединений .

I – липидные мономеры:

высшие углеводороды;

высшие алифатические спирты, альдегиды, кетоны;

жирные кислоты;

высшие полиолы;

высшие аминоспирты;

изопреноиды и их производные .

II – многокомпонентные липиды .

–  –  –

На основании общих физико-химических свойств липиды подразделяют на 2 класса – нейтральные и амфифильные.

Часто по этой классификации в отдельный 3-й класс выносят жирорастворимые витамины, представители которых можно отнести как к 1-му, так и 2-му классам:

нейтральные. К ним относятся ди- и триацилглицеролы, воски, каротиноиды и стероиды. Они хорошо растворимы в неполярных растворителях, таких, как н-алканы и бензол; в обычных условиях не способны к образованию в воде ламеллярных структур;

амфифильные или дифильные. Эти липиды малорастворимы и в неполярных растворителях (н-алканах, бензоле, тетрахлорметане). При небольших концентрациях они формируют мицеллы и бислойные структуры. Амфифильные свойства присущи фосфолипидам, гликолипидам, жирным кислотам и их солям, моноацилглицеролам, длинноцепочечным амидам;

жирорастворимые витамины. Разнообразные по структуре соединения, имеющие небольшую полярную группу и протяженную углеводородную часть, хорошо встраивающиеся в мембраны. К ним относятся группы витаминов А, D, E, F, K, Q .

Для получения систематизированных представлений о структуре, свойствах, метаболизме, биологической роли и значении липидов целесообразно руководствоваться следующей классификацией липидов:

ацилглицеролы (нейтральные жиры);

диольные липиды;

орнито- и лизинолипиды;

воски;

фосфолипиды (глицерофосфолипиды, сфингофосфолипиды);

гликолипиды (гликозилдиацилглицериды, цереброзиды, олиго-(поли-)гликозилцерамиды, полипренилфосфатсахара);

жирные кислоты;

эйкозаноиды (простагландины, тромбоксаны, простациклины, лейкотриены);

стероиды (стеролы, стериды, стероидные гормоны, желчные кислоты, витамины группы D, кортикостероиды, стероидные гликозиды);

терпены .

АЦИЛГЛИЦЕРОЛЫ

Ацилглицеролы (ацилглицерины, нейтральные жиры) – это сложные эфиры трехатомного спирта глицерола и высших жирных кислот. Их относят к универсальным веществам всех одноклеточных и многоклеточных оранизмов. Ацилглицеролы существуют в виде структурного компонента цитоплазмы клеток, резервного жира адипоцитов подкожной клетчатки, сальников, запасаются в семенах растений, бактериальных клетках. В молекуле глицерола могут быть этерифицированы как все три гидроксильные группы, так две или одна .

Триацилглицеролы являются наиболее распространенной формой нейтральных жиров. Моно- и диацилглицеролы образуются на промежуточных этапах синтеза и распада триацилглицеролов и также играют важную роль в метаболизме липидов .

–  –  –

В молекулы ацилглицеролов чаще всего включены остатки насыщенных и ненасыщенных неразветвленных жирных кислот с четным числом углеродных атомов от 4 до 26. Природные жиры могут содержать остатки: трех насыщенных жирных кислот (S3); двух насыщенных и одной ненасыщенной (SSU, SUS); одной насыщенной и двух ненасыщенных (SUU, USU); трех ненасыщенных (U3). Названия жирных кислот лежат в основе номенклатуры жиров (например, 1пальмитоил-2-линоленоил-3-олеилглицерол) .

Триацилглицеролы могут быть простыми или сложными. В состав простых входят остатки одинаковых жирных кислот, например, трипальмитоилглицерол, триолеилглицерол. В состав сложных – остатки разных жирных кислот, например 1-пальмитоил-2-стеароил-3олеилглицерол, 1,2-дипальмитоил-3-стеароилглицерол, 1-олеил-2пальмитоил-3-бутирилглицерол. Природные жиры являются смесью разнообразных триацилглицеролов с высоким процентным содержанием сложных и малой долей простых. В их состав в небольшом количестве входят свободные жирные кислоты, фосфолипиды, стероиды, воски, витамины, пигменты и др .

Свойства жиров в наибольшей степени определяются качественным составом жирных кислот, их количественным соотношением и процентным содержанием свободных жирных кислот .

Животные жиры и растительные масла отличаются жирнокислотным составом. Температура плавления жиров увеличивается с возрастанием степени ненасыщенности и числа Сатомов жирных кислот. Животные жиры содержат преимущественно насыщенные жирные кислоты. Температура плавления молочного, свиного, говяжьего жира составляет 20-50 оС, куриного жира и жира человека ~ 20 оС. Рыбий жир и большинство растительных масел при комнатной температуре жидкие, так как обогащены ненасыщенными жирными кислотами. Они включают незаменимые для человека полиненасыщенные (полиеновые) жирные кислоты, объединенные в группу витаминов F. К твердым растительным ацилглицеролам относятся какао, пальмовое и кокосовое масла. К наиболее ненасыщенным – льняное, конопляное, хлопковое. Промежуточное положение занимают оливковое, подсолнечное, кукурузное и соевое .

Особенно ценными являются масла, получаемые из зародышей семян кукурузы, подсолнечника, пшеницы – они являются природным источником таких биологически активных соединений как каротиноиды, токоферолы, кальциферолы, витамины группы F и др .

Пищевые жиры, в первую очередь растительные масла, подвергаются промышленной переработке, которая включает вымораживание, рафинирование, дезодорирование, смешивание разных видов жиров, отделение фосфолипидов, витаминов, каротиноидов .

Гидрогенизация ненасыщенных жирных кислот в маслах и восстановление в них двойных связей повышает температуру плавления конечного продукта и лежит в основе получения маргаринов .

Переработка увеличивает срок хранения жиров, улучшает их вкусовые качества, но, зачастую, существенно снижает биологическую ценность .

При хранении твердые жиры и, особенно, масла быстро прогоркают, что обусловлено перекисным окислением входящих в их состав жирных кислот. Легче окисляются непредельные жирные кислоты, при этом кислород присоединяется по месту двойных связей и образуются гидроперекиси. В результате разрыва углеродной цепи по месту бывшей двойной связи образуются альдегиды и кислоты с короткими цепями с неприятным запахом и горьким вкусом. Присутствие металлов переменной валентности ускоряет процесс .

Для предотвращения окислительного прогоркания жиров или содержащих жиры продуктов к ним добавляют природные или синтетические соединения с антирадикльной, антиоксидантной активностью. Наиболее активными природными антиоксидантами являются токоферолы, полифенолы, аскорбиновая кислота, а синтетическими – трет-бутильные производные фенола, эфиры галловой кислоты, их широко используют в пищевой промышленности. Хранение жира в темноте, при температуре 0-+4 оС, в вакууме также замедляет процесс окисления .

В результате гидролиза жиров липазами или щелочами (омыления) образуются глицерол и соли жирных кислот – мыла. Липиды, в состав которых входят жирные кислоты относятся к омыляемым, а не содержащие жирных кислот – к неомыляемым (стеролы, терпены). При омылении КОН образуются жидкие мыла, при использовании NaOH – твердые .

Животные жиры и растительные масла являются важнейшими составляющими пищи человека. Жирные кислоты и глицерол при биохимическом окислении обеспечивают ~ 30 % потребности организма в энергии, используются как исходные вещества при биосинтезе фосфои гликолипидов, эйкозоноидов и др .

Жиры широко используются в промышленности, косметологии, медицине. Из них получают олифу, масляные краски, мыло, основу для лекарственных мазей .

ОРНИТО- И ЛИЗИНОЛИПИДЫ

Орнито- и лизинолипиды являются производными диаминомонокарбоновых кислот орнитина или лизина и 3-оксижирной кислоты. Встречаются у бактерий и грибов .

–  –  –

ДИОЛЬНЫЕ ЛИПИДЫ

В организмах млекопитающих, в семенах растений в небольшом количестве встречаются простые эфиры спиртов или сложные эфиры жирных кислот и двухатомного спирта этандиола (этиленгликоля) .

Они, в основном, присутствуют в регенерирующих тканях животных и растений, в созревающих семенах .

–  –  –

ВОСКИ К воскам относятся сложные эфиры высших жирных кислот и высших моно-, диатомных спиртов жирного ряда, ароматических спиртов или стероидов, пластичные соединения с температурой плавления 40-90 оС. Кроме эфиров воски содержат свободные высшие спирты с четным числом атомов (от С22 до С32), свободные высшие жирные кислоты с очень длинной цепью (от С22 до С34), небольшое количество насыщенных углеводородов с нечетным числом углеродных атомов (от C21 до С37), ароматических веществ и красящих пигментов .

Общее количество этих примесей может достигать 50 % .

Воски встречаются у животных, растений и некоторых микроорганизмов. Они выполняют в основном защитную функцию, образуя вместе с жиром водонепроницаемую смазку на коже, шерсти, перьях, кутикуле насекомых, покрывают листья, стебли, плоды, семена, поверхность некоторых микроорганизмов, являются главным липидным компонентом морского планктона .

В состав сложных эфиров восков входят жирные кислоты, содержащиеся в жирах, – пальмитиновая, стеариновая, олеиновая и др., и жирные кислоты, характерные только для восков, – карнаубовая (С24Н48О2), церотиновая (С27Н54О2) и др. К высокомолекулярным спиртам в составе воска относятся цетиловый CH3(CH2)14CH2OH и мирициловый С30Н61ОН, n-гексакозанол СН3(СН2)24СН2ОН и др., к стеролам – ланостерин и агностерин. Природными восками являются пчелиный, спермацет, ланолин, карнаубский, сахарного тростника и др .

Пчелиный воск вырабатывается специальными железами рабочих пчел. В его состав входят преимущественно мирицилпальмитат, небольшое количество других сложных эфиров, свободных жирных кислот, церилового и некоторых других спиртов, углеводородов, соединений, определяющих цвет и запах, минеральных веществ .

Совокупность таких качеств как пластичность, кислотоустойчивость, водонепроницаемость, электроизоляционные свойства, большая устойчивость по сравнению с жирами к действию окислителей и видимого диапазона электромагнитных излучений позволяет эффективно использовать их в медицине, кожевенном, текстильном, пищевом, фармацевтическом, парфюмерном производстве, авиационной, автомобильной, литейной, стекольной промышленности .

Спермацет является эфиром цетилового спирта и пальмитиновой кислоты. Он добывается из фиброзных мешков в костных углублениях черепа кашалотов и служит звукопроводом при эхолокации, Наибольшее применение спермацет нашел в парфюмерии, он хорошо всасывается через кожу и служит прекрасной основой для кремов и мазей .

Ланолин по химическому строению можно отнести к стеридам, он состоит из смеси эфиров ланолиновой, пальмитиновой, стеариновой и др. жирных кислот и двух стеринов – ланостерина и агностерина .

Вырабатывается как смазочное вещество, покрывающее шерсть овец .

Наиболее известные и применяемые человеком растительные воски

– это карнаубский, канделилльский, японский. Карнаубский воск защищает листья некоторых видов пальм. Его состав близок к пчелиному и включает, в основном, пальметиновую, церотиновую, масляную кислоты и высшие спирты. Японский воск впервые был выделен из деревьев, произрастающих в Японии. В настоящее время такие деревья для промышленного получения воска культивируются в субтропических районах ряда стран. Воск извлекают из размолотой и термически обработанной плодовой массы при нагревании в парах воды .

Канделилльский воск получают из некоторых видов травянистых растений. Наибольшее применение растительные воски находят в косметологии, ортопедической стоматологии .

ФОСФОЛИПИДЫ

К фосфолипидам относят разнообразную группу природных липидов, в молекуле которых остаток фосфорной кислоты связан с производным многоатомного спирта и какой либо полярной группировкой. В составе фосфолипидов наиболее распространены пять спиртов – трехатомный спирт глицерол, двухатомный мононенасыщенный аминоспирт сфингозин, двухатомные спирты этандиол и пропандиол, шестиатомный циклический спирт инозитол .

Фосфолипиды содержатся в клеточных мембранах, и совсем в небольших количествах обнаруживаются в составе запасных жировых отложений. Участие фосфолипидов в формировании липидного бислоя мембран определяется присущим им свойствам амфифильности, высокой поверхностной активности, способностью образовывать стабильные коллоидные агрегаты – мицеллы. Мицеллообразовательная способность фосфолипидов в десятки тысяч раз эффективнее любого синтетического детергента. Они легко образуют нековалентные комплексы с гидрофобными участками на поверхности белков, регулируя структуру и функциональную активность последних, это также объясняет их преимущественное участие в формировании клеточных оболочек и внутриклеточных мембран. Благодаря своим свойствам фосфолипиды образуют внешний слой липопротеинов плазмы крови, входят в состав сурфоктанта легких, выстилающего поверхность альвеол для предотвращения слипания стенок во время выдоха. Отдельные представители исполняют роль вторичных посредников в передаче гормонального сигнала в клетки .

Фосфолипиды выделяют из тканей экстракцией. Они избирательно растворимы в органических растворителях (этаноле, диэтиловом эфире, бензоле) и, за редким исключением, нерастворимы в ацетоне. Это используют для отделения фосфолипидов от других липидов .

Фосфолипиды набухают в воде, могут образовывать с водой стойкие эмульсии и коллоидные растворы. При окислении на воздухе меняют окраску от светло-желтой до коричневой .

Фосфолипиды редко накапливаются в виде запасных отложений. К ряду исключений можно отнести, например фосфолипиды желтка птиц, соевых бобов .

Глицерофосфолипиды Глицерофосфолипиды представляют собой R3-замещенные производные фосфатидной кислоты (1,2-диацилглицерол-3-фосфата) .

Номенклатура отдельных классов глицерофосфолипидов образуется следующим образом. Остаток фосфатидной кислоты, входящий в состав глицерофосфолипида, называется «фосфатидил», после него указывается название R3-заместителя атома водорода в фосфорной кислоте .

Например, фосфатидилхолин, фосфатидилглицерол и т.д .

–  –  –

У большинства природных глицерофосфолипидов насыщенные жирные кислоты (от 16 до 18 углеродных атомов) находятся в первом (положении) – R1 жирная кислота, а ненасыщенные (от 16 до 20 углеродных атомов и от одной до четырех двойных связей) – как правило, во втором (-положении) – R2 жирная кислота. В свободном виде фосфатидная кислота в клетках содержится в очень малых количествах, но является важнейшим промежуточным метаболитом – предшественником в биосинтезе фосфолипидов и триацилглицеролов .

Остаток фосфорной кислоты в составе фосфатидной кислоты образует сложноэфирную связь с различными полярными группировками (R3).

На основании их структуры глицерофосфолипиды подразделяются на:

1. фосфатидилхолины (лецитины, R3 – остаток холина);

2. фосфатидилэтаноламины (кефалины, R3 – остаток этаноламина);

3. фосфатидилсерины (R3 – остаток серина);

4. фосфатидилинозитолы (R3 – остаток инозитола);

5. фосфатидилглицеролы (R3 – остаток глицерола);

6. фосфатидиламиноацилглицеролы (R3 – остаток лизина или орнитина);

7. дифосфатидилглицеролы (R3 – остаток фосфатидилглицерола);

8. фосфатидилсахара (R3 – остаток углевода);

–  –  –

R1 – остаток насыщенной жирной кислоты, R2 – остаток ненасыщенной жирной кислоты;

R3 группы:

–О–СН2– СН2–N+(CH3)3 Фосфатидилхолины

–О–СН2– СН2–N+H3

–  –  –

Таким образом, различные глицерофосфолипиды отличаются друг от друга природой групп R3, а каждая группа представлена большим числом соединений, различающихся строением остатков двух жирных кислот R1 и R2 .

Остатки жирных кислот в молекуле глицерофосфолипидов формируют гидрофобные углеводородные «хвосты», а остатки фосфорной кислоты и полярной группы образуют гидрофильную «головку», несущую заряд при физиологических значениях рН .

Амфифильные свойства глицерофосфолипидов объясняют их участие в построении клеточных мембран. По этой же причине глицерофосфолипиды обладают свойствами детергентов .

Под действием фосфолипазы А2 глицерофосфолипиды гидролизуются с высвобождением полиненасыщенных жирных кислот, используемых для синтеза эйкозаноидов .

Фосфатидилхолины содержат в своем составе в качестве полярной группы аминоспирт холин ОН–СН2–СН2–N+(CH3)3 –ОН (гидроксидгидроксиэтилтриметиламмония), который является сильным основанием, полностью диссоциирует в водной среде и образует с сильными кислотами нейтральные соли. Холин присутствует в клетках в свободном состоянии. Он является донором метильных групп в некоторых реакциях синтеза, стимулирует перистальтику кишечника. Холин относится к незаменимым пищевым факторам для человека, при его недостатке наблюдается нарушение обмена веществ, в частности жировое перерождение печени. Его производное – ацетилхолин является медиатором парасимпатической нервной системы. Накопление ацетилхолина приводит к сильнейшему отравлению .

В фосфатидилхолинах и некоторых других глицерофосфолипидах фосфорная кислота может быть связана с углеродом глицерола как в положении (крайнем), так и в -положении (срединном) .

Фосфатидилхолины хорошо растворимы в спиртах, эфирах, но нерастворимы в ацетоне .

Фосфатидилхолины в большом количестве содержатся в желтках яиц птиц, в мозговой ткани человека и животных, в соевых бобах, семенах подсолнечника, зародышах пшеницы и крайне редко встречаются у бактерий. Они широко используются в пищевой промышленности при изготовлении маргаринов, шоколада, в медицине при лечении заболеваний печени, нервной системы, анемии, в текстильной и косметической промышленности .

Фосфатидилэтаноламины и фосфатидилсерины в качестве полярных групп содержат соответственно спирт этаноламин или аминокислоту серин. Они близки по строению и функциям к фосфатидилхолину и, наряду с ним, входят в состав мембран. Имеются сведения о том, что в глицерофосфолипидах вместо серина могут вклюаться другие аминокислоты – треонин, тирозин, гидроксипролин .

В молекулах фосфатидилинозитолов полярной группой служит шестиуглеродный циклический спирт инозитол. Они обнаруживаются в мембранах клеток животных, растений и микроорганизмов, особенно высоко их содержание в миелиновых оболочках нервных волокон. Для функционирования клеток особенно важны фосфорилированные производные фосфатидилинозитолов – фосфатидилинозитол-4-фосфат и фосфатидилинозитол-4,5-дифосфат. При участии фосфолипизы С, активность которой регулируется гормонами и некоторыми внеклеточными регуляторами, фосфатидилинозитолфосфаты гидролизуются на диацилглицеролы и инозитолфосфаты (например, 1,4,5-инозитолтрифосфат). Эти соединения чрезвычайно активны и принимают непосредственное участие в регуляции биохимических и физиологических процессов в клетке .

Инозитол и ряд его изомеров широко распространены в свободном состоянии в микроорганизмах, высших растениях и животных. В растениях он представлен в виде гексафосфата инозитола – фитиновой кислоты или ее магниево-кальциевой соли – фитина. Инозитол и фитин являются важными пищевыми факторами для человека, участвуют в липидном и углеводном обмене .

При присоединении к фосфатидной кислоте еще одного остатка глицерола образуются фосфатидилглицеролы. Особенно много их в мамбранах хлоропластов ~ 50 % от общего содержания липидов .

Мембраны некоторых бактерий содержат аминокислотные производные фосфатидилглицеролов – L-лизилфосфатидилглицерол и Lаланилфосфатидилглицерол. Их относят к группе Оаминоацилфосфатидилглицеролам (или липоаминокислотам) .

Дифосфатидилглицеролы или кардиолипины можно отности к полифосфолипидам. Они в качестве группы R3 содержат остаток фосфатидилглицерола. Иначе говоря, молекулы кардиолипина состоят из двух остатков фосфатидной кислоты, соединенных фосфоэфирными связями с молекулой глицерола. Кардиолипины содержатся в митохондриях сердечной мышцы и других тканей животных, в хлоропластах листьев, дрожжах. Они являются обязательным компонентом бактериальных мембран. Полагают, что кардиолипины играют большую роль в процессах переноса электронов и окислительном фосфорилировании в митохондриях. Им присущи иммунологические свойства .

Фосфатидилсахара в качестве полярной группы содержат молекулу углевода (чаще D-галактозу). Они обнаружены в растениях и микроорганизмах .

Лизофосфатидилглицеролы Лизофосфатидилглицеролы можно выделить в отдельную подгруппу, которая объединяет производные глицерофосфолипидов .

Они являются промежуточными продуктами деградации глицерофосфолипидов и образуются под действием фосфолипазы А 2, которая катализирует реакцию ограниченного гидролиза и отщепляет остаток жирной кислоты в -положении. К ним относят лизофосфатидилхолины, лизофосфатидилэтиноламины и др .

–  –  –

Лизофосфолипиды обладают высокой поверхностной активностью и вызывают разрушение мембран, гемолиз эритроцитов, регулируют функциональную активность лимфоцитов. В клетках существуют механизмы, контролирующие их уровень. Яды перепончатокрылых, скорпионов, змей в своем составе содержат фосфолипазы, быстро превращающие глицерофосфолипиды мембран в лизоглицерофосфолипиды, что значительно ускоряет реализацию токсического эффекта за счет лизиса мембран .

Плазмалогены Плазмалогены (фосфатидали) – большая подгруппа соединений, отличающихся от других глицерофосфолипидов тем, что R1заместителем L-глицеро-З-фосфата является не остаток жирной кислоты, а,-ненасыщенный спирт с цепью от 12 до 18 углеродных атомов, образующий простую эфирную связь. В положении R2 находится жирная кислота. R3-группа в плазмалогенах чаще всего представлена холином (фосфатидальхолины или плазменилхолины), этаноламином (фосфатидальэтаноламины или плазменилэтаноламины), серином (фосфатидальсерины или плазменилсерины) .

Значительное количество плазмалогенов сконцентрировано в мембранах мышц, нервных клеток, эритроцитах, в тканях некоторых беспозвоночных. Спорным остается вопрос об их наличии в растительных тканях. Чрезвычайное разнообразие плазмалогенов обнаружено в составе мембран термоацидофильных и метанобразующих бактерий .

–  –  –

Сфингофосфолипиды (сфингомиелины) В качестве спирта в группе сфингофосфолипидов выступает мононенасыщенный двухатомный аминоспирт сфингозин. Двойная связь в молекуле сфингозина находится в транс-положении, а расположение заместителей у асимметричных атомов углерода соответствует Dконфигурации .

ОН НО–СН2–СН–СН–СН=СН–( СН2)12–СН3 NH2 Сфингозин Наиболее распространены сфингозины, включающие 18 углеродных атомов, но встречаются с 16, 17, 19 и 20 атомами углерода. После присоединения к аминогруппе сфингозина остатка жирной кислоты образуется церамид. Церамиды лежат в основе строения сфингомиелинов и сфингогликолипидов. Они присутствуют в тканях растений и животных, но в свободном состоянии находятся в очень малых количествах .

Сфингомиелины – это чаще всего фосфохолиновые производные церамидов. Они амфифильны и по своей конформации похожи на глицерофосфолипиды – имеют полярную «головку» и два неполярных «хвоста». Один из них является длинной алифатической цепью сфингозина, а другой – остатком жирной кислоты. Это определяет их локализацию в биологических мембранах клеток .

–  –  –

Сфингомиелины обнаружены в растительных клетках, присутствуют практически во всех тканях позвоночных животных. В больших количествах содержатся в мозговой ткани в составе миелина, мембранах эритроцитов. У некоторых представителей двукрылых (мухи) и двустворчатых моллюсков (мидии) сфингомиелины вместо фосфохолина включают фосфоэтаноламин. В нервной системе брюхоногих моллюсков и малощитинковых червей эта группа фосфолипидов вообще не встречается .

ГЛИКОЛИПИДЫ

Гликолипиды – смешанная группа соединений, содержащих в составе липида ковалентно присоединенные углеводные остатки. У всех гликолипидов фосфорная кислота отсутствует. Они преимущественно находятся в мембранах хлоропластов растений, клеток мозга, крови, эпителия тонкого кишечника и других тканей животных. Гликолипиды расположены в мембранах таким образом, что углеводный компонент никогда не выступает в сторону гиалоплазмы. В плазматических мембранах они включаются во внешний монослой, а в мембранах органоидов – во внутренний .

Природные гликолипиды разделяют на гликозилдиацилглицериды, гликосфинголипиды и полипренилфосфатсахара .

Гликозилдиацилглицериды В состав молекулы гликозилдиацилглицеридов входит глицерин, этерифицированный двумя остатками жирных кислот, и одна или две молекулы моносахарида (чаще D-галактоза или дисахарид D-галактозы, реже D-глюкоза), связанных с глицерином -гликозидной связью .

Углеводный компонент формирует полярную «голову» липида .

Представителями гликозилдиацилглицеридов являются моногалактозилдиацилглицерид и дигалактозилдиацилглицерид. Они входят в состав мембран хлоропластов растений .

Гликосфинголипиды К этой группе липидов относятся гликозилированные производные церамидов .

В зависимости от числа и состава моносахаридных остатков выделяют группы цереброзидов и олиго-(поли-)гликоцерамидов .

Последние разделяются на ганглиозиды, глобозиды, лактозиды) .

–  –  –

Цереброзиды К цереброзидам относят церамидмоносахариды, в состав которых входят необычные жирные кислоты (цереброновая, нервоновая, гидроксинервоновая, лигноцериновая) и моносахариды – D-галактоза (галактоцереброзиды или галактоцерамиды) или, реже, D-глюкоза (глюкоцереброзиды или глюкоцерамиды). Галактоцереброзиды – церазин, френозин, нервон, оксинервон в больших количествах содержатся в мембранах нервных клеток (в миелиновых оболочках), глюкоцереброзид был выделен из селезенки .

Сульфатными производными цереброзидов являются сульфоцереброзиды (сульфатиды, сульфолипиды). Сульфат присоединен к третьему гидроксилу галактозы (сульфогалактоцереброзиды) .

Сульфатиды обладают выраженными кислыми свойствами, поэтому легко связывают катионы и участвуют в их транспорте через нейрональные мембраны .

Олигогликоцерамиды К олиго-(поли-)гликоцерамидам относятся гликосфинголипиды, отличающиеся от цереброзидов более сложной и разнообразной структурой углеводного компонента. В них обнаружены D-глюкоза, Dгалактоза, N-ацетилглюкозамин, N-ацетилгалактозамин и Nацетилнейраминовая кислота, фукоза и другие моносахариды и их производные, которые образуют гидрофильную «головку» со сложным строением .

Олигогликоцерамиды разделены на три типа в зависимости от последовательности первых 4-х углеводных остатков, присоединенных последовательно к церамиду .

1. Тип ганглио: ц–Гл–Гал–ГалNАц–Гал (ганглиозиды);

2. Тип глобо: ц–Гл–Гал–Гал–ГалNАц (глобозиды);

3. Тип лакто: ц–Гл–Гал–ГлNАц–Гал (лактозиды) .

(ц – церамид; Гл – глюкоза; Гал – галактоза; ГалNАц – N-ацетилгалактозамин; ГлNАц – Nацетилглюктозамин) В состав олигосахаридного компонента ганглиозидов обязательно входит остаток N-ацетилнейраминовой кислоты, поэтому все ганглиозиды являются кислыми соединениями. Наибольший вклад в исследование этой группы липидов внес Л. Свеннерхольм. По предложенной им номенклатуре, природные ганглиозиды в зависимости от количества остатков N-ацетилнейраминовой кислоты (NАНК) разделяют на: моносиалоганглиозиды (GM) – имеют один остаток NАНК; дисиалоганглиозиды (GD) – имеют два остатка NАНК; три – (GT), тетра – (GQ) и пентаганглиозиды (GP) имеют соответственно три, четыре и пять остатков NАНК. Если в ганглиозид включены все четыре углеводных остатка начиная от церамида, то рядом с подстрочной латинской буквой, указывающей количество остатков NАНК, ставится подстрочная арабская цифра «1». Если в нем отсутствует терминальная галактоза, то ставится подстрочная цифра «2». Если отсутствует глюкоза и N-ацетилгалактозамин – ставится «3» и т.д .

–  –  –

Тривиальная номенклатура не охватывает всех открытых к настоящему времени индивидуальных ганглиозидов с очень разнообразной структурой олигосахаридной части. Сейчас известны ганглиозиды, имеющие 6-10 сиаловых кислот.

Международной комиссией по номенклатуре предложены следующие обозначения и номенклатура ганглиозадов:

1. N-ацетилнейраминовая кислота обозначается – NeuAc;

2. Римские цифры I II III и IV – указывают номер сахарного остатка от церамида, к которому присоединена нейраминовая кислота;

3. Церамид обозначается Cer;

4. Арабская цифра вверху римской цифры, (например II3), обозначает атом углерода сахарного остатка, к которому присоединена нейраминовая кислота кетозидной связью;

5. Структура дисахарида обозначается как GgOse2, трисахарида – GgOse3, тетрасахарида – GgOse4;

Пример записи структуры трисахаридного моносиалоганглиозида (GM2): II3 NeuAc- GgOse3Cer;

Пример записи структуры тетрасахаридного пентасиалоганглиозида (GP): IV3NeuAc-NeuAc II3NeuAc-NeuAc-NeuAc - GgOse4Cer .

Систематическая номенклатура ганглиозидов громоздка, поэтому до сих пор, в тех случаях, когда это возможно, продолжают пользоваться тривиальной .

Синтез ганглиозидов высокоспецифичен, осуществляется гликозилтрансферазами и находится под генетическим контролем .

Ганглиозиды вовлечены в процесс приема сигналов, поступающих в клетки. Они активно участвуют в рецепции пептидных гормонов, серотонина, некоторых вирусов и бактериальных токсинов, осуществляют контроль и регуляцию межклеточных контактов, выполняют функцию антигенов клеточной поверхности и др .

Глобозиды встречаются в эритроцитах, например Nацетилгалактозаминил-(1-6)-галактозил-(1-4)-галактозил-(1-1)Nлигноцерил-4-сфингенин, и мозговой ткани .

К лактозидам относятся антигены групп крови системы АВ0. В их состав дополнительно к основной структуре могут входить остатки фукозы и другие монозы Полипренилфосфатсахара У этой группа гликолипидов углеводный компонент (моно- или олигогликан) соединен с полипренолом через остатки фосфорной или пирофосфорной кислот. В качестве полипренолов чаще всего выступают одноатомные спирты изопреноидной природы – долихолы .

СН3 СН3 Н-(Н2С–С=СН–СН2)n–СН2–СН–СН2–СН–ОН

–  –  –

Полипренилфосфатсахара или долихолфосфатсахара – это гликозилированные производные одноатомных ациклических политерпеновых спиртов, являются, наряду с нуклеотидсахарами, активированной формой моно- и олигосахаридов в реакциях биосинтеза полисахаридов и гликопротеинов .

ЖИРНЫЕ КИСЛОТЫ

К жирным кислотам относятся производные алифатических углеводородов, содержащие карбоксильную группу. Впервые были выделены из жиров, отсюда и появилось тривиальное название. В клетках прокариотических и эукариотических организмов обнаружено более 200 жирных кислот. Они отличаются друг от друга длиной цепи (чаще от 10 до 24 углеродных атомов), положением двойных связей (от 1-й до 4-х, реже более), преимущественно встречаются неразветвленные с четным числом углеродных атомов. Карбоксильные группы жирных кислот подвергаются амидированию, этерификации, образуют ациламидные и сложноэфирные соединения. В живых объектах встречаются кислоты, включающие окси-, кето-, эпокси- и циклические структуры (циклопентановые кольца), с нечетным числом С-связей, разветвленные кислоты изо- и антеизо- рядов (табл 4.2). Спектр жирных кислот у разных штаммов микроорганизмов используется как таксономический критерий .

Большинство жирных кислот – монокарбоновые и при физиологических значениях рН находятся в форме R-COO- аниона. По строению они более разнообразны у растений и микроорганизмов .

Жирные кислоты относятся к липидам, так как обладают амфифильными свойствами, имеют углеводородный неполярный «хвост» и полярную карбоксильную группу – «головку». Они практически не растворимы в воде, хорошо растворимы в неполярных растворителях. Короткоцепочечные кислоты (уксусная, масляная, капроновая) встречаются в составе липидов, но к ним относятся условно, так как хорошо растворимы в воде .

По наличию двойных связей жирные кислоты делятся на насыщенные и ненасыщенные – моно-, ди-, три- …, полиеновые .

В соответствии с систематической номенклатурой количество углеродных атомов, двойных связей и их положение в жирных кислотах часто обозначают с помощью цифровых символов. Например, насыщенные жирные кислоты пальмитиновую и лигноцериновую записывают как С16 и С24, соответственно, где «С»- обозначает углеродный атом, а подстрочная цифра число углеродных единиц в молекуле кислоты .

Названия ненасыщенных жирных кислот могут образовываться в соответствии с одной из двух используемых систем нумерации углеродных атомов. У жирных кислот углеродные атомы нумеруют либо с СООН- (-система нумерации), либо с СН3-конца (n-система нумерации). Продемонстрируем это на примере пальмитолеиновой кислоты, состоящей из 16 углеродных единиц и имеющей одну двойную связь, и -линолевой кислоты, состоящей из 18 углеродных единиц и имеющей две двойные связи .

-Название пальмитолеиновой кислоты – 16:19 (это значит, что двойная связь расположена через 9 атомов углерода от СООН-группы), а

-линоленовой кислоты – 18:29,12 (двойные связи расположены через 9 и 12 атомов углерода от СООН-группы соответственно) .

n-Название пальмитолеиновой кислоты – 16:1n–7 (это означает, что двойная связь расположена через 7 атомов углерода от СН3-конца), а линоленовой кислоты – 18:2n–6,9 (двойные связи расположены через 6 и 9 атомов углерода от СН3-конца соответственно) .

В литературе чаще пользуются -системой нумерации, но при написании часто опускают значок «». В этом случае пальмитолеиновая кислота будет записана – 16:1;9, а -линоленовая кислота – 18:2;9,12 .

В цепи жирных кислот, если первым считают С-атом, принадлежащий СООН-группе, то С2 и С3-атомы могут обозначаться и, а последний С-атом независимо от длины цепи – .

–  –  –

Жирные кислоты имеют разные конформации, в том числе клубка, в котором могут располагаться линейные участки различной длины в зависимости от количества двойных связей. В литературе часто используют изображение в виде зигзагообразной вытянутой линии, отражающей жесткость валентного угла атомов углерода. Однако такое изображение является условным и справедливо только для случая, когда жирная кислота находится в кристаллическом состоянии .

Жирные кислоты являются важнейшим энергетическим субстратом, например при -окислении пальмитиновой кислоты, выделяется в ~ 2,5 раза больше энергии, чем при окислении глюкозы .

Насыщенные жирные кислоты преобладают в твердых жирах животного происхождения, встречаются в растениях и микроорганизмах .

Многие из насыщенных жирных кислот (от капроновой до стеариновой), в том числе и с нечетным числом атомов углерода, обнаруживаются почти у всех бактерий .

Насыщенные жирные используются в метаболических путях при биосинтезе ненасыщенных жирных кислот, ацилглицеролов, восков, диольных липидов, всех групп фосфолипидов, гликолипидов, стеридов, мембранных липопротеинов и др .

Ненасыщенные жирные кислоты в небольшом количестве содержатся в животных ацилглицеринах, составляют основу растительных масел, широко представлены в составе фосфолипидов биологических мембран .

В ненасыщенных жирных кислотах животных липидов двойные связи обычно входят в дивинилметановую группировку –СН=СН–СН2– СН=СН– и находятся преимущественно в цис-конфигурации. В олигоеновых кислотах растительного происхождения обнаружены конъюгированные (сопряженные) двойные связи: –СН=СН–СН=СН– .

Жирные кислоты с двойной связью в транс-конфигурации поступают в организм с пищей, например при употреблении маргаринов, но в норме встречаются крайне редко. Цис-конфигурация придает углеводородной цепи жирной кислоты изогнутый и укороченный вид. Это позволяет молекуле кислоты занимать больший объем, и при образовании кристаллов неплотно упаковываться по сравнению с транс-изомерами .

Цис-изомеры имеют более низкую температуру плавления, что позволяет им находиться в жидком состоянии при комнатной температуре, они менее стабильны и легче подвергаются катаболизму .

Жирные кислоты бактерий являются чаще всего моноеновыми с числом углеродных атомов 16-18 и более чем с одной двойной связью обнаруживаются в бактериальных клетках крайне редко .

Условно непредельные жирные кислоты делят на -3 и -6 .

Обозначения -3 и -6 показывают положение двойной связи от концевого (метильного) атома, называемого -углеродным. К -3 ряду относятся -линоленовая кислота и ее производные, к -6 – линолевая, арахидоновая и др .

Полиеновые жирные кислоты легко присоединяют галогены, восстанавливаются по двойным связям. Ферментативное их окисление по липооксигеназному или циклооксигеназному пути лежит в основе синтеза эйкозаноидов .

Линолевая, линоленовая и арахидоновая кислоты не могут синтезироваться в организме человека (группа витаминов F) и должны поступать с пищей в количестве до 10 г ежедневно. Их источником являются растительные масла (подсолнечное, кукурузное, льняное и др.), рыбий жир, в которых содержится много незаменимых жирных кислот .

Наряду с полиеновыми кислотами в природе встречаются ацетиленовые кислоты и ненасыщенные кислоты, содержащие как двойные, так и тройные связи. Многие из них относятся к биологически активным веществам. Примером таких кислот являются ксименовая СН3–(СН2)5–СН=СН–СС(СН2)7СООН и изановая СН2=СН–(СН2)4–СС–СС–(СН2)7–СООН .

ЭЙКОЗАНОИДЫ

По химическому строению к эйкозаноидам относятся производные полиеновых жирных кислот, по биологическим свойствам они являются высокоактивными регуляторами клеточных функций, образуются в эндокринных железах и других органах и тканях. Так как концентрация эйкозаноидов в крови чаще всего меньше, чем необходимо для достижения клеток-мишеней и проявления дистантного эффекта, работают как местные гормоны. Эйкозаноиды действуют на клетки по двум механизмам – аутокринному и паракринному, в основном через взаимодействие с соответствующими высокоспецифичными белкамирецепторами, связанными с аденилатциклазной системой. Относящиеся к эйкозаноидам простагландины, простациклины, тромбоксаны синтезируются по циклооксигеназному пути, а лейкотриены – по липооксигеназному .

Глюкокортикоиды ингибируют фосфолипизу А2 и синтез всех эйказоноидов. Ацетилсалициловая кислота, индометацин и ряд других нестероидных препаратов угнетают активность циклооксигеназы арахидоновой кислоты и препятствуют образованию эйкозаноидов, синтезирующихся по циклооксигеназному пути. Через эти механизмы реализуется противовоспалительный, обезболивающий, жаропонижающий, кардиопротекторный лечебные эффекты .

Простагландины (ПГ, PG) Эйказаноиды этой группы являются С20-производными так называемой простановой кислоты, имеют пятичленное кольцо в структуре, быстро метаболизируют, не накапливаются в тканях, способны действовать не только локально, но и дистанционно, путем транспортирования кровью. На основании химического строения и положения кислородсодержащих заместителей выделяют 10 типов природных простагландинов: A, B, C, D, E, F, G, H, I, J. Заместители располагаются в 9, 11, 15 положениях углеродного скелета простановой кислоты. В зависимости от числа двойных связей выделяют 3 семейства молекул. Простагландины 1-го семейства являются производными дигомо--линоленовой кислоты и имеют одну двойную связь .

Представители 2-го семейства синтезируются из арахидоновой кислоты и имеют две двойные связи. Простагландины 3-го семейства образуются из тимнодоновой кислоты и содержат три двойные связи. К сокращенному названию простагландинов ПГ (или PG) добавляется прописная латинская буква, обозначающая тип, и подстрочная арабская цифра, обозначающая семейство (количество двойных связей), например ПГF2 (PGF2) .

–  –  –

Простагландины синтезируются у человека, позвоночных и беспозвоночных животных. Особенно много их обнаружено у кишечнополостных (коралловых полипов), иглокожих (морских ежей), моллюсков. Синтезированы простагландины, отличающиеся по структуре от природных, с различной биологической активностью .

У человека простагландины функционируют в клетках различных органов и тканей (мозга, почек, сердца, матки, эндокринных и репродуктивных желез, в тромбоцитах и др.) и обладают индивидуальными регуляторными свойствами. Они контролируют гомеостазис, повышают температуру тела, усиливают секрецию панкреатического сока и моторику кишечника, ослабляют секрецию желудочного сока и соляной кислоты, оказывают седативное и транквилизирующее действие, усиливают проявление болевых и воспалительных реакций, стимулируют родовую деятельность, расслабляют гладкие мышцы бронхов и коронарных сосудов, обладают противораковой и противовирусной активностью и т.д. Простагландины и ферменты, участвующие в их синтезе, используются для производства лекарственных препаратов .

Тромбоксаны (ТХ) Тромбоксаны имеют в структуре шестичленное кольцо, содержащее атом кислорода, и не относятся к производным простановой кислоты .

Они разделяются на несколько типов (А, В), могут содержать различное число двойных связей в боковых цепях, (например, ТХА2, ТХА3). ТХА2 синтезируются в тромбоцитах из арахидоновой, а ТХА3 – из эйкозапентановой кислоты. Представители типа ТХВ2 являются продуктами метаболизма ТХА2 и биологической активностью не обладают .

Тромбоксан А2

Тромбоксаны вызывают сужение сосудов и стимулируют агрегацию тромбоцитов при тромбообразовании, снижают активность аденилатциклазы и уменьшают образование 3',5'-цАМФ .

Простациклины (ПГI, PGI) Простациклины родственны простагландинам, но имеют в структуре 2 кольца: одно пятичленное, другое содержит атом кислорода, также различаются по числу двойных связей, например ПГI2, ПГI3 (или PGI2, PGI3). Обладают противоположным тромбоксанам действием – вызывают дезагрегацию тромбоцитов, ингибируют тромбообразование, расслабляют гладкие мышцы сосудов, увеличивают содржание 3',5'цАМФ в клетках .

–  –  –

Лейкотриены (ЛТ, LT) Лейкотриены являются производными в основном арахидоновой кислоты. В структуре отсутствуют циклы, имеются двойные связи, три из которых сопряженные. Отличаются положением ОН-группы у С5, С12 или С15 углеродных атомов, или наличием эпоксигруппы в положении С5-С6. Выделяют простые и сложные лейкотриены. Сложные конъюгированы с трипептидом глутатионом, глицилцистеином или цистеином .

Лейкотриены разделены на 6 типов: A, B, C, D, E, F. В каждом типе выделяются семейства, отличающиеся общим числом двойных связей (от 3 до 6, чаще 4), например ЛТВ4, ЛТD4 (LTВ4, LTD4) .

–  –  –

Лейкотриены оказывают действие в чрезвычайно низких концентрациях 10-9 моль. Представители разных типов способны вызывать стимуляцию сокращений гладких мышц сосудов, дыхательных путей, желудочно-кишечного тракта, повышать проницаемость сосудов, в лейкоцитах – активировать хемотаксис и др. Лейкотриены участвуют в развитии воспалительных и иммунологических реакций, в частности аллергических .

Из некоторых растений выделены соединения, близкие по структуре с лейкотриенами .

СТЕРОИДЫ

В основе химического строения стероидов лежит скелет стерана .

Иначе говоря, стероиды являются производными восстановленных конденсированных циклических структур – пергидрофенантренциклопентанов .

–  –  –

Это в основном бесцветные твердые гидрофобные вещества. Они входят в состав многоклеточных и одноклеточных эукариотеческих организмов, в бактериальных клетках практически не встречаются и не синтезируются, однако при выращивании бактерий на субстрате, содержащем холестерол, он может включаться в структуру их плазматической мембраны .

В положениях 10, 13, 17 стерана находятся разные по химической природе алкильные заместители, а в положениях 3 или 3,7 – кислородсодержащие заместители. Наличие в структуре большого числа хиральных центров позволяет стероидам формировать разнообразные конфигурации и конформации, что во многом определяет их биологическую активность и функции. Природные стероиды имеют транс- или цис-сочленение колец .

К стероидам относят стеролы (зоо-, фито- и микостеролы; витамины группы D, стероидные половые гормоны, коры надпочечников, желтого тела; желчные кислоты); стериды (эфиры стеролов и жирных кислот);

стероидные гликозиды (сапонины, сердечные гликозиды); стероидные алкалоиды .

В клетках содержание стеролов достигает 2 %, другие стероиды присутствуют в очень малых количествах .

Стеролы Важнейшим стеролом является холестерол (холестерин, 5-холестенол) – одноатомный вторичный циклический спирт, относящийся к неомыляемым липидам. Он жирный на ощупь, нерастворим в воде, хорошо растворим в хлороформе, бензоле .

Холестерол содержится в основном в мембранах тканей, (плазматических, митохондрий, а также эндоплазматического ретикулума), в значительном количестве в липидах яиц и клеток спермы, в мозге и печени, молочном жире, кожном сале, в мембранах клеток крови .

У животных холестерол находится в свободном состоянии – в составе биологических мембран, и в виде сложных эфиров с жирными кислотами – холестеридов, служащих его транспортной формой в составе липопротеинов. В плазме крови две трети холестерола этерифицировано жирными кислотами, чаще всего олеиновой, пальмитиновой и стеариновой .

Холестерол

Холестерол является предшественником в биосинтезе всех стероидных гормонов, желчных кислот, витамина D3. У человека за сутки эндогенно синтезируется 50-70 % холестерола, остальная часть обеспечивается поступлением с пищей. Чрезмерное употребление продуктов с высоким его содержанием, нарушение метаболизма может служить причиной развития атеросклероза и желчекаменной болезни .

В растениях распространены фитостеролы – ситостерол и стигмастерол. В некоторых растениях содержатся полигидроксилированные стеролы – экдизоны насекомых (ювенильные гормоны и гормоны линьки) обладающие высокой биологической активностью. В дрожжах и плесневых грибах к основным микостеролам относятся эргостеролы .

Желчные кислоты Желчные кислоты– это производные холановой кислоты или С24 – стероиды. Они являются основными продуктами метаболизма холестерола, синтезируются в гепатоцитах, экскретируются и накапливаются в желчном пузыре в составе желчи в виде конъюгатов с аминокислотами глицином и таурином, затем поступают в двенадцатиперстную кишку. Путем синтеза жирных кислот холестерол выводится из организма .

В желчи человека в основном содержатся холевая (3,7,12триоксихола-новая), дезоксихолевая (3,12-диоксихолановая) и хенодезоксихолевая (3,7-диоксихолановая) кислоты. Кроме того, в желчи человека. В небольших количествах в желчи содержатся литохолевая (3-оксихолановая) кислота, а также аллохолевая и уреодезоксихолевая кислоты, являющиеся стереоизомерами холевой и хенодезоксихолевой кислот соответственно. Гидроксильные группы желчных кислот имеют

-конфигурацию .

Желчные кислоты присутствуют в желчи, как указывалось, в конъюгированной форме – в виде гликохолевой, гликодезоксихолевой, гликохенодезоксихолевой или таурохолевой, тауродезоксихолевой и таурохенодезоксихолевой кислот .

–  –  –

Эти соединения называют парными желчными кислотами, так как они состоят желчной кислоты и глицина или таурина, т.е. из двух компонентов. Конъюгат образуется путем ферментативного образования ациламидной связи между СООН-группой холевых кислот и NH2группой аминокислот .

Характер пищи влияет на соотношение конъюгатов с глицином или таурином. Пища богатая углеводами увеличивает процентное содержание глициновых, а белковая – тауриновых конъюгатов .

Парные желчные кислоты осуществляют эмульгирование жиров, поступающих с пищей, и активируют липазу поджелудочного сока .

–  –  –

Стероидные гликозиды К стероидным гликозидам относятся сердечные гликозиды. В небольших дозах они обладают кардиотоническим действием – стимулируют работу сердечной мышцы, усиливают сердечные сокращения, замедляют их частоту. Они способны аккумулироваться в организме и при увеличении дозы действуют как кардиотоксины, вызывающие остановку работы сердца .

Из растений родов наперстянки и строфанта выделена группа стероидных гликозидов, относящихся к карденолидам. Представителями являются дигоксин, дигитоксин, строфантины. Из морского лука, морозника, секрета специализированных желез жаб и саламандр выделена группа буфадиенолидов .

Сердечные гликозиды получают в промышленных масштабах для изготовления лекарственных препаратов .

Сапонины Сапонины – это отдельная группа стероидных терпеноидных гликозидов, водные растворы которых образуют мыльную пену. Они выделены из семейств лилейных, амариллисовых, морских организмов и др. Углеводный компонент сапонинов включает от 1 до 6 остатков моносахаридов, а агликон имеет общее название – сапогенин .

Сапонины вызывают гемолиз эритроцитов, так как обладают поверхностно-активными свойствами и способны разрушать биологические мембраны .

Стероидные алкалоиды К группе стероидных алкалоидов относятся производные стероидов, включающие в структуру остатки азотсодержащих гетероциклов .

Выделены из семейств лилейных и пасленовых (томадин томатов, саланидины картофеля). Эти соединения биологически активны и очень токсичны .

ТЕРПЕНЫ

Терпены – это группа преимущественно непредельных природных углеводородов. Они состоят из изопреновых остатков (2-метилбутадиенn, где n 2, чаще всего соединенных между собой «голова к хвосту» .

СН3

–  –  –

Терпены делят на монотерпены – 2 остатка (С10Н16), сесквитерпены

– 3 остатка (С15Н24), дитерпены – 4 остатка (С20Н32), тритерпены – 6 остатков (С30Н48) и т.д., политерпены. Структура терпенов может быть ациклической и циклической (алициклической и ароматической), у некоторых из них встречаются те и другие ее компоненты, внутри группы возможны взаимные переходы одной структуры в другую .

Двойные связи у большинства терпенов с ациклической структурой находятся в устойчивой транс-конфигурации, но встречаются цисконфигурации одной или нескольких двойных связей. Например, в печени и зрительном пигменте глаза находится витамин А в цис-форме .

Большинство терпенов являются пахучими жидкостями. Ментол, камфора и некоторые другие находятся в кристаллическом состоянии. К терпенам относятся эфирные масла, смоляные кислоты и каучук, различные растительные пигменты (каротины, ликопин и др.), витамин А и сквален животных тканей. Химически родственны терпенам витамины групп Е, К, убихиноны и пластахиноны, стеролы .

СН3 СН3

–  –  –

В составе эфирных масел широко представлены монотерпены – ациклические гераниол, цитронеллол, циклические – лимонен, ментол, бициклические – пинены и камфора и многие другие. В природе больше распространены кислородные производные алифатических терпенов – альдегиды и спирты. Терпены обладают приятным запахом, ценными лечебными свойствами, используются при изготовлении лекарственных и косметических препаратов, пищевых вкусовых добавок. Для этих целей получают анисовое, апельсиновое, бергамотовое, гвоздичное, камфорное, лимонное, мятное, кедровое, лавровое, розовое, эвкалиптовое и др. эфирные масла. Масло мяты, например состоит на ~ 70 % из ментола – природного мягкого кардиостимулятора, обезболивающего, антисептика. Камфора используется как умеренный стимулятор сердечно-сосудистой, дыхательной и нервной системы. Цитронеллол обладает запахом розы, в большом количестве содержится в розовом и гераниевом маслах. Для производства 1 кг розового масла расходуется 35 млн. лепестков роз .

Монотерпены животных (членистоногих, рыб, млекопитающих) выполняют функцию феромонов – служат химическими маркерами видов и отдельных особей, включая человека, вырабатываются для передачи информации между особями (половые, для мечения территории, следовые, агрегационные, тревоги и др.) .

Смоляные кислоты относятся к дитерпенам из них на ~ 80 % состоит смола хвойных растений (терпентин или живица). При перегонке живицы водяным паром получают скипидар, его главный компонент пинен .

Оставшийся твердый остаток после перегонки – канифоль, состоит из смоляных кислот, главным компонентом которых является абиетиновая кислота. Скипидар и канифоль используют при производстве лаков и красок .

Канифоль – для производства пластмасс, линолеума, искусственной кожи, резин, электроизоляционных мастик, лыжной мази, служит флюсом при лужении и пайке металлов. Na- и К-соли смоляных кислот обладают мылящими свойствами, поэтому из канифоли можно производить мыла с высокой пенообразующей способностью .

К дитерпенам также относятся фитол, гиббереллины, витамин А. Фитол в свободном виде в природе не встречается, он входит в состав изопреноидной части хлорофилла, витаминов К и Е. Сапонины растений также можно отнести к производным терпенов .

Тритерпен сквален – главный компонент секрета сальных желез, жира акульей печени, входит в состав животных, растений, микроорганизмов, некоторых вирусов (вирус дифтерии птиц) и является промежуточным продуктом в биосинтезе холестерола .

Природные политерпены каучук (имеет цис-конфигурацию) и его трансизомер гутту – получают в промышленных масштабах соответственно из млечного сока (латекса) гевеи бразильской и коры кустарниковых бересклетов, эвкомии вязолистной. Каучук и гуттаперча отличаются по физическим свойствам. Каучук при комнатной температуре эластичен и аморфен, при охлаждении приобретает кристаллическую структуру. Гуттаперча – твердый кожеподобный продукт, при температуре выше 50 °С становится пластичной .

В растениях они выполняют защитную функцию. Эластичные свойства, нерастворимость в воде, химическая стабильность позволяют их широко использовать для производства изоляционных материалов, резины, клеящих веществ и др .

К ациклическим политерпенам можно отнести также одноатомные спирты долихолы. Они подвергаются фосфорилированию и гликозилированию с образованием долихолфосфатсахаров (полипренилфосфатсахаров) .

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Какие соединения относятся к липидам, какие функции они выполняют?

2. Каковы принципы классификации липидов, на чем они основаны?

3. Какие липиды относят к неомыляемым и почему?

4. Каковы структура, классификация, номенклатура и свойства ацилглицеролов?

5. В чем отличие большинства животных жиров от растительных?

Чем определяется пищевая полноценность жиров?

6. Какие биохимические процессы лежат в основе прогоркания жиров при хранении?

7. Каков состав восков? Какие функции они выполняют? Какие воски получают в промышленных масштабах и где они находят применение?

8. Какие классы фосфолипидов вы знаете? Каковы их структура, свойства и роль в построении биологических мембран?

9. Каковы особенности строения плазмалогенов? В каких биологических мембранах они наиболее часто встречаются?

10. Каковы особенности строения диацилдиолов, диольных фосфолипидов и липидов, содержащих орнитин и лизин? Где они встречаются?

11. Каковы особенности строения сфингомиелинов, их роль в клетке?

12. Какие липиды относят к гликолипидам, какова их классификация и номенклатура? Какое строение имеют и какие функции выполняют различные типы гликолипидов?

13. Какие вещества объединены в группу эйкозаноидов? Какова их классификация и номенклатура?

14. Из каких предшественников и по какому пути синтезируются простагландины, простациклины, тромбоксаны и лейкотриены?

15. Каково биологическое действие разных групп эйкозаноидов?

16. Каковы особенности строения, свойства, номенклатура природных жирных кислот и их роль в организме?

17. Объясните, почему у природных непредельных жирных кислот преобладает цис-конфигурация над транс-изомерами?

18. Какую жирную кислоту с помощью цифровых символов изображают как 18:1;9?

19. Какие соединения относят к стероидам? Чем отличаются стеролы от стеридов?

20. Каковы строение и свойства холестерола, его роль в организме?

21. Какова роль стероидных гликозидов, какие растительные и животные организмы их вырабатывают?

22. Каковы строение желчных кислот и их роль в поддержании гомеостазиса холестерола в организме?

23. Какие липиды объединены в группу терпенов, какова их классификация?

24. Какую структуру имеют моно-, ди-, три- и политерпены, каковы их функции?

25. Какие терпены получают в промышленных масштабах и как их используют?

ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ

–  –  –

Акролеиновая проба Акролеиновая проба используется для открытия в жирах образующегося при нагревании свободного глицерола. Глицерол теряет воду и образует ненасыщенный альдегид - акролеин, легко обнаруживаемый по специфическому раздражающему запаху .

–2Н2О

–  –  –

Акролеин может образовываться при пережаривании пищи, его присутствием в значительной мере обусловлен резкий, удушливый запах кухонного чада. Акролеиновую пробу проводят, нагревая жир в присутствии KHSО4 или NaHSО4 (в качестве водоотнимающего средства). Липиды не содержащие глицерина акролеиновой пробы не дают .

Реактивы: жир; KHS04 кристаллический .

Ход работы. Помещают в сухую пробирку 1-2 капли жира, добавляют щепотку сухого KHSО4 и нагревают до появления белых густых паров. Резкий раздражающий запах (осторожно!) свидетельствует об образовании акролеина. Проводят ту же реакцию с кусочком воска .

Образования акролеина не происходит, так как воск не содержит остатка глицерина .

Растворение жиров Обычно липиды извлекают из высушенных тканей органическими растворителями. Для разделения липидов пользуются неодинаковой их растворимостью в различных растворителях: одни из них хорошо растворимы в диэтиловом эфире, но плохо в ацетоне (например, фосфолипиды), другие (например, холестерол) растворимы в бензоле, но нерастворимы в этаноле .

Реактивы: жир; хлороформ; диэтиловый эфир; этиловый спирт;

бензин (керосин) .

Ход работы. Помещают в четыре сухие пронумерованные пробирки по 3-4 капли исследуемого жира, в первую пробирку добавляют 2-3 мл бензина или керосина, во вторую – 2-3 мл хлороформа, в третью – 2-3 мл диэтилового эфира, в четвертую – 2-3 мл этанола. Содержимое пробирок тщательно перемешивают и наблюдают растворение жира во всех растворителях, кроме спирта. Результаты опыта и его объяснение записывают .

Эмульгирование жиров Из-за плохой растворимости в воде липиды образуют эмульсии с бифильными молекулами - белками, детергентами, желчью .



Pages:     | 1 || 3 |

Похожие работы:

«Грегори Бейтсон ЭКОЛОГИЯ РАЗУМА Избранные статьи по антропологии, психиатрии и эпистемологии Gregory Bateson Steps to an Ecology of Mind: Collected Essays in Anthropology, Psychiatry, Evolution, and Epistemology N.Y....»

«СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ БИОЛОГИЯ, 2016, том 51, 6, с. 845-852 УДК 619:616.98:578.842.1:57.083.3 doi: 10.15389/agrobiology.2016.6.845rus ВАЛИДАЦИЯ ИФА-НАБОРА ДЛЯ ОБНАРУЖЕНИЯ АНТИТЕЛ К ВИРУСУ АФРИКАНСКОЙ ЧУМЫ СВИНЕЙ В КРОВИ И СЕЛЕЗЕНКЕ ДОМАШНИ...»

«П. М. ЗАЛКАН КЛИНИЧЕСКАЯ МИКРОСКОПИЯ В ПОВСЕДНЕВНОЙ ПРАКТИКЕ ВРАЧА—ВЕНЕРОЛОГА Изд-во Пермск. Биолог. Научн.-Иссл. Ин-та П. М З А К А Н. Л Ассистент Пермского Медицинского Института КЛИНИЧЕСКАЯ МИКРОСКОПИЯ В ПОВСЕДНЕВНОЙ ПРАКТИКЕ ВРАЧА—ВЕНЕРОЛОГА Из-во Пермск. Биологическ. Научно-Исследоват. Ин-та 1 9 3 1 г. Уралполиграф®, Пермск. райони. ти...»

«ПОСТАНОВЛЕНИЕ МИНИСТЕРСТВА ПО ЧРЕЗВЫЧАЙНЫМ СИТУАЦИЯМ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ 2 февраля 2009 г. N 6 ОБ УТВЕРЖДЕНИИ ПРАВИЛ ПО ОБЕСПЕЧЕНИЮ ПРОМЫШЛЕННОЙ БЕЗОПАСНОСТИ В ОБЛАСТИ ГАЗОСНАБЖЕНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ (в ред. постановлений МЧС от 03.05.2014 N 14, от 10.03.2015 N 3, от 30.05.2017 N 22) На основании Положения о Министерст...»

«Хапчаев Аскер  Юсуфович ФОСФОРИЛИРОВАНИЕ  КИНАЗЫ ЛЕГКИХ ЦЕПЕЙ  МИОЗИНА И  БЕЛКА KRP  В РЕГУЛЯЦИИ  СОКРАТИТЕЛЬНОЙ АКТИВНОСТИ  ГЛАДКИХ МЫШЦ 03.00.04 - Биохимия АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени...»

«ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Иркутский государственный университет путей сообщения" Сибирский колледж тран...»

«Феномен белковой наследственности, патологические и функциональные амилоиды н.с. СПбФ ИОГен РАН к.б.н. Рогоза Т.М. Центральная догма молекулярной биологии по Crick, 1958 с дополнением (Бондарев и др., 2012.) Вторичная структура белка -с...»

«z R \m ?ппп Ha правах рукоппси ВЯТКШ! Александр Иванович РОД К Р А С О Д Н Е В (HE.MEROCALLIS L, BCtJEIlPH 03 00.05 -"Ботаника" АВТОРЕФЕРАТ диссертации, на соискание ученой степени кандидата биологических наук Q \J Новосибирск 2000 Работа выполнена в Центральном сибирском ботаническом саду СО РАН. Научный руководитель: доктор 6HOjTon{4ecKiL...»

«МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "ЮЖНО-УРАЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ" ИНСТИТУТ АГРОЭКОЛОГИИ– филиал ФГБОУ ВО ЮЖНО...»

«КАРАМЫШЕВ Алексей Владимирович ФЕРМЕНТАТИВНЫЙ СИНТЕЗ ПОЛИАНИЛИНА, КАТАЛИЗИРУЕМЫЙ ОКСИДОРЕДУКТАЗАМИ 02.00.15 катализ 03.00.23 биотехнология Автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата химических наук Москва – 2007 Работа выполнена на кафедре химической энзимоло...»

«Всесибирская олимпиада по БИОЛОГИИ 2016-17. 3аключительный этап. 9 кл. Стр. 1 из 4 16. Шесть шейных позвонков имеет Всесибирская олимпиада по А . ламантин В. африканский страус биологии 2016-17. 3 этап Б. лягушка Г. собака 24 февраля 2017 17. Свободноживущая подвижная стадия присутствует в жизненном цикле 9 класс А. ко...»

«СИЗОНЕШО ОЛЬГА ЮРЬЕВНА Р Г Б ОД с Ь Ш 2JQ0 СРАВНИТЕЛЬНО-АНАТОМИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ВТОРИЧНОЙ КСИЛЕМЫ КУСТАРНИКОВ И КУСТАРНИЧКОВ АРКТИЧЕСКОЙ ФЛОРЫ РОССИИ 03.00,05-БОТАНИКА АВТОРЕФЕРАТ диссертахщи на соискание уче...»

«1. Цель изучения дисциплины "Биология". Цель освоения учебной дисциплины "Биология" для студентов специальности "Лечебное дело" состоит в формировании важнейших фундаментальных, системных знаний об уровневом принципе организации жизни, включая о...»

«МИНИСТЕРСТВО ЗДРАВООХРАНЕНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ УО ВИТЕБСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ МЕДИЦИНСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ” КАФЕДРА МЕДИЦИНСКОЙ БИОЛОГ ИИ И ОБЩЕЙ ГЕНЕТИКИ БЁКИШ В.Я. МЕДИЦИНСКАЯ БИОЛОГИЯ ПРАКТИКУМ Допущено Министерством образования Рес...»

«ISSN 0513-1634 Бюллетень ГНБС. 2018. Вып. 127 Turkina N.P., Andryushenkova Z.P. Peculiarities of selection of varieties of micranthous chrysanthemum for flower panel arrangement in the Nikitsky Botanical Gardens // Bull. Of the State Ni...»

«МЕЖДУНАРОДНЫЙ ИНСТИТУТ СТРАТЕГИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ ПРИ ПРЕЗИДЕНТЕ КЫРГЫЗСКОЙ РЕСПУБЛИКИ СОЦИНФОРМБЮРО ФОНД им. ФРИДРИХА ЭБЕРТА В КЫРГЫЗСКОЙ РЕСПУБЛИКЕ ВОДНЫЕ ПРОБЛЕМЫ ЦЕНТРАЛЬНОЙ АЗИИ БИШКЕК 2004 ББК 31.5 B-15 Рисунки Э.Дж.Шукурова Водные проблемы Центральной Азии./Валент...»

«Труды Никитского ботанического сада. 2008. Том 129_ 37 ФОРМИРОВАНИЕ ЖЕНСКИХ РЕПРОДУКТИВНЫХ СТРУКТУР У EPHEDRA ARBOREA LAG. И EPHEDRA DISTACHYA L. (EPHEDRACEAE) В КРЫМУ РУГУЗОВА А.И., кандидат биологических наук Введение...»

«Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный юридический университет имени О.Е. Кутафина (МГЮА)" ПРОГРАММА кандидатского экзамена по специальности 12.00.06 – "Земельное право; природоресурсное право;...»

«МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "ЮЖНО-УРАЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ" ИНСТИТУТ АГРОЭКОЛОГИИ УТВЕРЖДАЮ Декан агрономического факультета А.А. Калганов "07_" _февраля_ 2018 г. Кафедра "Экологии, агрохимии и...»

«Министерство сельского хозяйства РФ Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Мичуринский государственный аграрный университет" Кафедра биологии растений и селекции плодовых культур УТВЕРЖДЕНО протокол № 9 методической комиссии Плодоовощного института от...»






 
2018 www.lit.i-docx.ru - «Бесплатная электронная библиотека - различные публикации»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.