Файл: Перечень вопросов для подготовки к экзамену по дисциплине Основы молекулярной биомедицины.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 09.01.2024
Просмотров: 102
Скачиваний: 1
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
процента его превращается в угольную кислоту. Угольная кислота является слабой кислотой и в небольшой степени ионизируется до бикарбонат-иона.
Функциональные производные угольной кислоты
Поскольку угольная кислота бифункциональна, каждое из ее производных также содержит две функциональные группы; эти группы могут быть одинаковыми или разными.
19. Дикарбоновые кислоты, химические свойства и характеристика.
Дикарбоновые кислоты - твердые кристаллические соединения, растворимые в воде, обладают более сильными кислотными свойствами по сравнению с монокарбоновыми кислотами, содержащими одинаковое число атомов углерода.
Химические свойства.У двухосновных кислот сохраняются все общие для карбоновых кислот свойства. Дикарбоновые кислоты превращаются в соли и образуют те же производные, что и монокарбоновые (галогенангидриды, ангидриды, амиды, сложные эфиры), но реакции могут идти как по одной
(неполные производные), так и по обеим карбоксильным группам. Механизм реакций образования производных тот же, что и у монокарбоновых кислот.
Двухосновные кислоты обнаруживают также ряд особенностей, обусловленных влиянием двух СООН-групп.
Кислотные свойства.У дикарбоновых кислот по сравнению с предельными одноосновными кислотами повышены кислотные свойства (средние константы ионизации, таблица 26). Причиной этого является не только дополнительная диссоциация по второй карбоксильной группе, поскольку ионизация второго карбоксила протекает значительно труднее и вклад в кислотные свойства второй константы едва заметен.
Реакции нуклеофильного замещения. Дикарбоновые кислоты, подобно монокарбоновым, вступают в реакции нуклеофильного замещения с участием одной или двух функциональных групп и образуют функциональные производные – сложные эфиры, амиды, хлорангидриды.
Специфические реакции дикарбоновых кислот.Взаимное расположение карбоксильных групп в дикарбоновых кислотах существенно влияет на их химические свойства. Первые гомологи, в которых СООН-группы сближены,
– щавелевая и малоновая кислоты – способны при нагревании отщеплять оксид углерода (IV), в результате чего удаляется карбоксильная группа.
Способность к декарбо-ксилированию зависит от строения кислоты.
Монокарбоновые кислоты теряют карбоксильную группу труднее, только при нагревании их солей с твердыми щелочами.
Функциональные производные угольной кислоты
Поскольку угольная кислота бифункциональна, каждое из ее производных также содержит две функциональные группы; эти группы могут быть одинаковыми или разными.
19. Дикарбоновые кислоты, химические свойства и характеристика.
Дикарбоновые кислоты - твердые кристаллические соединения, растворимые в воде, обладают более сильными кислотными свойствами по сравнению с монокарбоновыми кислотами, содержащими одинаковое число атомов углерода.
Химические свойства.У двухосновных кислот сохраняются все общие для карбоновых кислот свойства. Дикарбоновые кислоты превращаются в соли и образуют те же производные, что и монокарбоновые (галогенангидриды, ангидриды, амиды, сложные эфиры), но реакции могут идти как по одной
(неполные производные), так и по обеим карбоксильным группам. Механизм реакций образования производных тот же, что и у монокарбоновых кислот.
Двухосновные кислоты обнаруживают также ряд особенностей, обусловленных влиянием двух СООН-групп.
Кислотные свойства.У дикарбоновых кислот по сравнению с предельными одноосновными кислотами повышены кислотные свойства (средние константы ионизации, таблица 26). Причиной этого является не только дополнительная диссоциация по второй карбоксильной группе, поскольку ионизация второго карбоксила протекает значительно труднее и вклад в кислотные свойства второй константы едва заметен.
Реакции нуклеофильного замещения. Дикарбоновые кислоты, подобно монокарбоновым, вступают в реакции нуклеофильного замещения с участием одной или двух функциональных групп и образуют функциональные производные – сложные эфиры, амиды, хлорангидриды.
Специфические реакции дикарбоновых кислот.Взаимное расположение карбоксильных групп в дикарбоновых кислотах существенно влияет на их химические свойства. Первые гомологи, в которых СООН-группы сближены,
– щавелевая и малоновая кислоты – способны при нагревании отщеплять оксид углерода (IV), в результате чего удаляется карбоксильная группа.
Способность к декарбо-ксилированию зависит от строения кислоты.
Монокарбоновые кислоты теряют карбоксильную группу труднее, только при нагревании их солей с твердыми щелочами.
20. Классификация и биологические функции углеводов
Углеводами называются кислородсодержащие органические соединения, содержащие карбонильную и несколько гидроксильных групп.
Функции углеводов:
- Энергетическая функция. За счет окисления углеводов удовлетворяется примерно половина всей потребности организма в энергии.
-
Структурная функция. Углеводы входят в состав структурно- функциональных компонентов клеток.
- Пластическая (анаболическая) функция. Из углеводов в организме могут синтезироваться липиды и некоторые аминокислоты.
- Информационная функция. Углеводы используются как информационные молекулы в межклеточных взаимодействиях и служат клеткам для
«узнавания» друг друга.
21. Моносахариды: структура, свойства, важнейшие представители
Моносахариды – это полигидроксикарбонильные соединения, т. е. полигидроксиальдегиды или полигидроксикетоны.
Пяти- и шестиуглеродные цепи моносахаридов могут иметь клешневидную конформацию, вследствие чего появляется возможность сближения в пространстве альдегидной (кетонной) группы с ОН - группой у атомов С-4 или
С-5. За счет их внутримолекулярного взаимодействия образуется циклический полуацеталь. В альдогексозах реакция идет главным образом по гидроксильной группе С-5 с образованием шестичленного пиранового цикла.
Сахара с шестичленным циклом называются п и р а н о з а м и. Замыкание кольца с участием гидроксильной группы С-4 дает фурановый цикл, а сахара с таким циклом называются ф у р а н о з а м и.
Правила перехода от проекционных формул Фишера к формулам Хеуорса
1. В формуле Фишера производят четное число перестановок заместителей при том атоме, гидроксильная группа которого участвует в образовании цикла.
Эти перестановки выполняют с тем условием, чтобы ОН -группа оказалась на одной прямой с альдегидной группой.
2. Все заместители, находящиеся слева от линии углеродной цепи в фишеровской проекции, располагают над плоскостью оксидного цикла в формуле Хеуорса, а заместители, находящиеся справа, – под плоскостью.
Химические свойства моносахаридов
- Мутаротация. Переход аномеров из одной формы в другую через открытую ациклическую форму называется муторация.
- Образование сложных эфиров Гидроксильные группы моносахаридов образуют эфиры с различными кислотами. Наибольшее значение имеют фосфорные эфиры: фосфаты рибозы и дезоксирибозы входят в состав нуклеиновых кислот, в метаболизме образуются фосфаты глюкозы, фруктозы и др. При этом фосфорилируются концевые углеродные атомы.
- восстановление и окисление
- реакция с реактивом Фелинга. Альдозы под действием реактива Фелинга – щелочного раствора комплекса тартрата калия-натрия и гидроксида меди (II)
– окисляются до кислот, при этом образуется осадок оксида меди (I) желтого цвета, который при дальнейшем нагревании отдает воду и превращается в красно-кирпичный цвет.
- Эпимеризация. В слабощелочном растворе D-глюкоза находится в равновесии с кетогексозой (D-фруктозой) и альдогексозой (D-маннозой).
Происходит изомеризация моносахаридов, т. е. получение из одного моносахарида равновесной смеси моносахаридов, различающихся конфигурациями атомов С-1 и С-2.
- образование гликозидов
Важнейшие представители:
Глюкоза, фруктоза, галактоза
22. Дисахариды: восстанавливающие и невосстанавливающие сахара
Дисахариды состоят из двух ковалентно связанных друг с другом остатков моносахаридов одинаковой или разной природы. Химическая связь между моносахаридными остатками – связь гликозидная, в ее образовании участвует полуацетальный гидроксил одного моносахарида и гидроксильная группа другого моносахарида.
Не восстанавливающие дисахариды: соединения, которые не восстанавливаются Cu(OH)2 и {Ag(NH3)2}OH, не содержат полуацетальные гидроксилы.
Восстанавливающие: это целлобиоза, мальтоза, лактоза – вещества, с сохранённым гликозидным гидроксилом. Имея группу альдегидов, дисахариды реагируют с Cu(OH)2 и {Ag(NH3)2}OH. Олигосахариды восстанавливают данные соединения, поэтому и называются восстанавливающие.
1 2 3 4 5 6
23. Полисахариды растительного происхождения, строение и свойства.
Среди полисахаридов наиболее важными являются два полимера глюкозы растительного происхождения: цeллюлoзa и крахмал.
А. Целлюлоза
Целлюлоза(C
6
H
10
O
5
)
n
— органическое соединение, углевод, полисахарид.
Главная составная часть клеточных оболочек всех высших растений.
Молекулы целлюлозы содержат не менее 104 остатков глюкозы. В клеточных стенках растений целлюлоза составляет 40-50%, а в таком важнейшем сыpьe, как хлопковое вoлoкнo, — 98%.
Физические свойства:
Целлюлоза — белое твёрдое, стойкое вещество, не разрушается при нагревании (до 200 °C). Нерастворима в воде, слабых кислотах и большинстве органических растворителей.
Однако благодаря большому числу гидроксильных групп является гидрофильной. Целлюлоза не имеет вкуса и запаха.
Химические свойства:
Целлюлоза состоит из остатков молекул глюкозы, которая и образуется при гидролизе целлюлозы:
(C
6
H
10
O
5
)
n
+ n H
2
O → n C
6
H
12
O
6
Серная кислота с иодом, благодаря гидролизу, окрашивают целлюлозу в синий цвет.
При реакции с азотной кислотой образуется нитроцеллюлоза (тринитрат целлюлозы):
В процессе этерификации целлюлозы уксусной кислотой получается триацетат целлюлозы:
Б. Крахмал
Крахмал, широко распространенный резервный полисахарид растений, является наиболее важным углеводным компонентом пищевого рациона. В растениях крахмал содержится в хлоропластах листьев, плодах, семенах и клубнях. Особенно высоко содержание крахмала в зерновых культурах (до
75% от сухой массы), клубнях картофеля (примерно 65%) и других запасающих частях растений.
Физические свойства:
Безвкусный аморфный порошок белого цвета, нерастворимый в холодной воде. Под микроскопом видны отдельные зёрна; при сжатии порошка крахмала он издаёт характерный скрип, вызванный трением частиц.
Химические свойства:
В горячей воде растворяется, образуя коллоидный раствор — клейстер. В воде, при добавлении кислот как катализатора, постепенно гидролизуется с уменьшением молекулярной массы, с образованием т. н. «растворимого крахмала», декстринов, вплоть до глюкозы.
Молекулы крахмала неоднородны по размерам. Крахмал представляет собой смесь линейных и разветвлённых макромолекул.
При действии ферментов или нагревании с кислотами подвергается гидролизу:
Качественные реакции: взаимодействует с йодом (окрашивание в синий цвет).
Крахмал, в отличие от глюкозы, не даёт реакции серебряного зеркала;
Подобно сахарозе, не восстанавливает гидроксид меди (II);
24. Полисахариды животного происхождения, строение и свойства.
Гликоген
Гликоген-это эквивалент крахмала, синтезируемый в животном организме, т.е. это тоже резервный полисахарид, построенный из остатков глюкозы; встречается гликоген и в клетках многих грибов. У позвоночных гликоген содержится главным образом в печени и в мышцах, иными словами, в местах высокой метаболической активности, где он служит источником глюкозы, используемой в процессе дыхания. По своему строению гликоген весьма схож с амилопектином, но цепи его ветвятся еще сильнее. В клетках гликоген
отлагается в виде крошечных гранул, которые обычно бывают связаны с гладким эндоплазматическим ретикулумом.
Хитин
По своей структуре и функции хитин очень близок к целлюлозе; это тоже структурный полисахарид. Хитин встречается у некоторых грибов, где он играет в клеточных стенках опорную роль благодаря своей волокнистой структуре, а также у некоторых групп животных (особенно у членистоногих) в качестве - важного компонента их наружного скелета.
Строение хитина идентично строению целлюлозы, за одним исключением: при 2-м атоме углерода гидроксильная (—ОН) группа заменена группой —
NH.CO.CH3, что можно рассматривать как результат присоединения к аминосахару глюкозамину ацетильной группы (СН3СО—). Хитин, следовательно, является полимером ацетилглюкозамина. Его длинные параллельные цепи так же, как и цепи целлюлозы, собраны в пучки.
25. Строение и классификация аминокислот.
Существуют различные классификации аминокислот, входящих в состав белков в зависимости от признака, положенного в основу их деления на группы. Так по химической природе боковой цепи a-аминокислоты делятся на алифатические (ациклические), ароматические, гетероциклические .
I. Алифатическиеa - аминокислоты
1. Моноаминомонокарбоновые (нейтральные)
Алифатические аминокислоты, содержащие в боковой цепи дополнительную функциональную группу. а) гидроксильную группу (оксиаминокислоты) б) карбоксильную группу (моноаминодикарбоновые ) в) амидную группу г) аминогруппу (диаминомонокарбоновые) д) серусодержащие
II. Ароматические аминокислоты
III. Гетероциклические аминокислоты
IV. Иминокислота
Вместе с тем в настоящее время общепринятой является классификация аминокислот на основе признаков, свойственных R-группам, в частности, их полярности, т.е. способности R-групп взаимодействовать с водой при биологических значениях рН=7,0. Это обусловлено наличием в боковой цепи аминокислот различных функциональных групп.
Так к неполярным гидрофобным
группам (водоотталкивающим) относятся алкильные радикалы, бензольное кольцо.
Гидрофильными (полярными) группами являются группы: -ОН, -SН, -СООН,
- NН
2
, ядро имидазола. Гидрофильность - это свойство молекул или групп, имеющих полярную природу, легко взаимодействовать с водой. Полярные
Хитин
По своей структуре и функции хитин очень близок к целлюлозе; это тоже структурный полисахарид. Хитин встречается у некоторых грибов, где он играет в клеточных стенках опорную роль благодаря своей волокнистой структуре, а также у некоторых групп животных (особенно у членистоногих) в качестве - важного компонента их наружного скелета.
Строение хитина идентично строению целлюлозы, за одним исключением: при 2-м атоме углерода гидроксильная (—ОН) группа заменена группой —
NH.CO.CH3, что можно рассматривать как результат присоединения к аминосахару глюкозамину ацетильной группы (СН3СО—). Хитин, следовательно, является полимером ацетилглюкозамина. Его длинные параллельные цепи так же, как и цепи целлюлозы, собраны в пучки.
25. Строение и классификация аминокислот.
Существуют различные классификации аминокислот, входящих в состав белков в зависимости от признака, положенного в основу их деления на группы. Так по химической природе боковой цепи a-аминокислоты делятся на алифатические (ациклические), ароматические, гетероциклические .
I. Алифатическиеa - аминокислоты
1. Моноаминомонокарбоновые (нейтральные)
Алифатические аминокислоты, содержащие в боковой цепи дополнительную функциональную группу. а) гидроксильную группу (оксиаминокислоты) б) карбоксильную группу (моноаминодикарбоновые ) в) амидную группу г) аминогруппу (диаминомонокарбоновые) д) серусодержащие
II. Ароматические аминокислоты
III. Гетероциклические аминокислоты
IV. Иминокислота
Вместе с тем в настоящее время общепринятой является классификация аминокислот на основе признаков, свойственных R-группам, в частности, их полярности, т.е. способности R-групп взаимодействовать с водой при биологических значениях рН=7,0. Это обусловлено наличием в боковой цепи аминокислот различных функциональных групп.
Так к неполярным гидрофобным
группам (водоотталкивающим) относятся алкильные радикалы, бензольное кольцо.
Гидрофильными (полярными) группами являются группы: -ОН, -SН, -СООН,
- NН
2
, ядро имидазола. Гидрофильность - это свойство молекул или групп, имеющих полярную природу, легко взаимодействовать с водой. Полярные
функциональные группы, способные к ионизации, называют ионогенными, они несут отрицательный заряд, если отщепляют протон или положительный заряд, если его принимают.
В связи с этим все 20 аминокислот по свойствам боковой цепи можно разделить на 4 группы:
1) неполярные гидрофобные,
2) полярные неионные,
3) полярные отрицательно заряженные,
4) полярные положительно заряженные.
Аминокислоты, содержащие неполярные R-группы.
В боковой цепи этих аминокислот содержатся неполярные, неионные группы.
К данному классу относятся алифатические аминокислоты. Глицин это самая маленькая аминокислота, содержащая в боковой цепи атом водорода, поэтому в белке её остаток не имеет ярко выраженных гидрофобных или гидрофильных свойств. Аминокислоты аланин, валин, лейцин, изолейцин - алифатические неполярные аминокислоты. По мере увеличения боковой цепи увеличивается их гидрофобность. К этой группе относятся также аминокислоты триптофан, фенилаланин, метионин и иминокислота - пролин
Аминокислоты, содержащие полярные, неионные r-группы.
Аминокислоты этой группы содержат в боковой цепи неионогенные группы, не способные отдавать или присоединять протон. Боковые группы этих аминокислот растворяются в воде т.к. в их состав входят полярные функциональные группы, образующие водородные связи с водой. К ним относятся серин, треонин, содержащие в боковой цепи спиртовой гидроксил, а также глутамин, аспарагин, содержащие амидные группы. К этой же группе относятся цистеин и тирозин. Эти аминокислоты содержат соответственно тиольную группу и фенольный гидроксил, способные к диссоциации, но при нейтральных значениях рН, поддерживаемых в клетках, эти группы практически не диссоциируют.
26. Химические свойства аминокислот
Аминокислоты являются амфотерными соединениями, для них характерны кислотно-основные свойства. Это обусловлено наличием в их молекулах функциональных групп кислотного (-СООН) и основного (-NH2) характера.
В водных растворах и твердом состоянии аминокислоты существуют в виде внутренних солей.
Ионизация молекул аминокислот в водных растворах зависит от кислотного или щелочного характера среды. В кислой среде молекулы аминокислот представляю собой катион. В щелочной среде молекулы аминокислот представляют собой анион. В нейтральной среде аминокислоты представляют собой биполярный ион.
Аминокислоты в твердом состояниивсегда существуют в виде биполярного, двухзарядного иона.
В связи с этим все 20 аминокислот по свойствам боковой цепи можно разделить на 4 группы:
1) неполярные гидрофобные,
2) полярные неионные,
3) полярные отрицательно заряженные,
4) полярные положительно заряженные.
Аминокислоты, содержащие неполярные R-группы.
В боковой цепи этих аминокислот содержатся неполярные, неионные группы.
К данному классу относятся алифатические аминокислоты. Глицин это самая маленькая аминокислота, содержащая в боковой цепи атом водорода, поэтому в белке её остаток не имеет ярко выраженных гидрофобных или гидрофильных свойств. Аминокислоты аланин, валин, лейцин, изолейцин - алифатические неполярные аминокислоты. По мере увеличения боковой цепи увеличивается их гидрофобность. К этой группе относятся также аминокислоты триптофан, фенилаланин, метионин и иминокислота - пролин
Аминокислоты, содержащие полярные, неионные r-группы.
Аминокислоты этой группы содержат в боковой цепи неионогенные группы, не способные отдавать или присоединять протон. Боковые группы этих аминокислот растворяются в воде т.к. в их состав входят полярные функциональные группы, образующие водородные связи с водой. К ним относятся серин, треонин, содержащие в боковой цепи спиртовой гидроксил, а также глутамин, аспарагин, содержащие амидные группы. К этой же группе относятся цистеин и тирозин. Эти аминокислоты содержат соответственно тиольную группу и фенольный гидроксил, способные к диссоциации, но при нейтральных значениях рН, поддерживаемых в клетках, эти группы практически не диссоциируют.
26. Химические свойства аминокислот
Аминокислоты являются амфотерными соединениями, для них характерны кислотно-основные свойства. Это обусловлено наличием в их молекулах функциональных групп кислотного (-СООН) и основного (-NH2) характера.
В водных растворах и твердом состоянии аминокислоты существуют в виде внутренних солей.
Ионизация молекул аминокислот в водных растворах зависит от кислотного или щелочного характера среды. В кислой среде молекулы аминокислот представляю собой катион. В щелочной среде молекулы аминокислот представляют собой анион. В нейтральной среде аминокислоты представляют собой биполярный ион.
Аминокислоты в твердом состояниивсегда существуют в виде биполярного, двухзарядного иона.