Вопросы и задачи

1. Взаимопревращение различных форм -галактозы. Свежеприготовленный раствор -формы галактозы (1 г/мл в 10-сантиметровой кювете) имеет величину оптического вращения + 150,7°. При длительном стоянии оптическое вращение постепенно уменьшается, достигая равновесного значения + 80,2°. Свежеприготовленный раствор -формы (1 г/мл) имеет величину оптического вращения всего лишь + 52,8°. Более того, если этот раствор оставить постоять несколько часов, то оптическое вращение увеличивается, достигая равновесного значения + 80,2°, т. е. того же значения, что и в случае -D-галактозы.

а) Нарисуйте проекционные формулы Хеуорса для и -форм галактозы. В чем состоит основное различие между этими формами?

б) Объясните, почему при стоянии свежеприготовленного раствора -формы оптическое вращение постепенно снижается? Объясните, почему растворы и -форм в одинаковых концентрациях после стояния показывают одну и ту же величину оптического вращения?

в) Рассчитайте процентное содержание и -форм галактозы при равновесии.

2. Инвертаза «инвертирует» сахарозу. При гидролизе сахарозы образуется эквимолярная смесь D-глюкозы и D-фруктозы .

а) Как определить скорость гидролиза сахарозы, используя фермент, экстрагированный из клеток, выстилающих просвет тонкого кишечника.

б) Объясните, почему эквимолярную смесь D-глюкозы и D-фруктозы, образующуюся при гидролизе сахарозы, в пищевой промышленности называют инвертированным сахаром.

в) Раствор сахарозы обрабатывают инвертазой до тех пор, пока оптическое вращение в системе не станет равным нулю. Какая часть сахарозы при этом оказывается гидролизованной? (В настоящее время инвертазу чаще называют сахаразой.)

3. Производство шоколада с жидкой начинкой. Производство шоколада с жидкой начинкой можно считать интересным примером использования ферментов в технике. Ароматная жидкая начинка представляет собой в основном водный раствор сахаров, обогащенный фруктозой, которая и придает ей сладкий вкус. Техническая проблема заключается в следующем: для приготовления шоколадной оболочки твердую центральную часть нужно окружить горячим расплавленным шоколадом и в то же время конечный продукт должен содержать под застывшим шоколадом жидкую, богатую фруктозой начинку. Предложите решение этой задачи. (Подсказка: сахароза растворяется значительно хуже, чем глюкоза и фруктоза.)

4. Аномеры лактозы. Дисахарид лактоза, состоящий из галактозы и глюкозы, может существовать в двух аномерных формах, для обозначения которых используют буквы . Эти аномеры значительно различаются по свойствам. Так, например, -аномер слаще на вкус, чем -аномер. Кроме того, -аномер обладает лучшей растворимостью, чем -аномер; из-за этого при длительном хранении мороженого в морозильнике может произойти кристаллизация -аномера, и тогда мороженое становится рассыпчатым.

а) Нарисуйте проекционные формулы Хеуорса двух аномерных форм лактозы.

б) Нарисуйте проекционные формулы Хеуорса для всех веществ, образующихся в результате гидролиза -аномера до галактозы и глюкозы. Сделайте то же для -аномера.

5. Аномеры сахарозы? Дисахарид лактоза может существовать в двух аномерных формах, а аномерных форм другого дисахарида - сахарозы обнаружено не было. Почему?

6. Скорость роста бамбука. Стебли тропической травы бамбука при оптимальных условиях могут расти феноменально быстро (примерно 30 см в день). Рассчитайте, сколько сахарных остатков в секунду должно ферментативно присоединяться к растущим целлюлозным цепям при такой скорости роста, если принять, что стебли бамбука почти целиком состоят из целлюлозных волокон, ориентированных по направлению роста. Длина каждого остатка -глюкозы в молекуле целлюлозы составляет приблизительно 0,45 нм.

7. Сравнение целлюлозы и гликогена. Практически чистая целлюлоза, полученная из волокон, окружающих семена растений вида Gossypium (хлопчатник), представляет собой прочное, волокнистое, совершенно нерастворимое в воде вещество. Гликоген же, выделенный из мышц или печени, напротив, легко диспергируется в горячей воде, образуя мутный раствор. Несмотря на различие в физических свойствах, оба этих вещества - полимеры, обладающие близкими молекулярными массами и состоящие из остатков -глюкозы, соединенных 1,4-Связями. Какими особенностями строения обусловлены различия в свойствах этих двух полисахаридов? Какое биологическое значение имеют особенности физических свойств этих соединений?

8. Гликоген как депо энергии. Как долго могут летать промысловые птицы? Еще с древних времен было известно, что такие промысловые птицы, как куропатки, перепела и фазаны очень быстро устают. Греческий историк Ксенофон (434-355 до н. э.) писал: «Дрофу можно легко поймать, если ее внезапно вспугнуть, поскольку, подобно куропатке, она улететь далеко не может и быстро устает; мясо ее изумительно вкусно». Летательные мышцы промысловых птиц почти полностью обеспечиваются энергией за счет распада глюкозо-1-фосфата (см. гликолиз, п. 15), который образуется при расщеплении накопленного в мышцах гликогена под действием гликогенфосфорилазы. Скорость выработки энергии во время полета (в форме АТР) лимитируется скоростью распада гликогена. Во время «панического полета» скорость распада гликогена у промысловых птиц очень высока и составляет около 120 мкмоль/мин глюкозо-1-фосфата в расчете на 1 г сырой ткани. Рассчитайте, как долго могут лететь промысловые птицы, если известно, что в их летательных мышцах содержится около 0,35% гликогена (по весу).

9. Определение степени разветвленности амилопектина. Степень разветвленности [число гликозидных -связей] в молекуле амилопектина можно определить следуюшим способом. Навеску амилопектина сначала подвергают исчерпывающему метилированию, в результате которого все атомы водорода в гидроксильных группах замещаются на метальные группы . Далее все гликозидные связи подвергают кислотному гидролизу, после чего определяют количество остатков -диметил-глюкозы.

Задача 9

а) Объясните, на чем основан этот способ количественного определения точек ветвления в молекуле амилопектина. Что происходит с остатками глюкозы в неразветвленных участках амилопектина во время этой процедуры?

б) В результате обработки 258 мг амилопектина описанным выше способом образовалось 12,4 мг -диметилглюкозы. Определите, сколько глюкозы (в процентах) в амилопектине находится в местах --связей.

10. Определение структуры трегалозы. Почти 30% веса кокона жука-паразита Larinus maculatus приходится на долю углевода трегалозы. При кислотном гидролизе трегалозы образуется только -глюкоза. Если трегалозу подвергнуть исчерпывающему метилированию (т.е. все -группы превратить в ), а затем провести кислотный гидролиз, то образуется только один продукт - -тетраметилглюкоза. Каково строение трегалозы? Докажите, что предложенная вами структура соответствует описанным выше экспериментальным данным.