Углеводы Издательство "Наука" - страница 3



Для иллюстрации приведем тут диапазон тетрабензоата α-D-ликсопиранозы (рис. 5) и его трактовку. При всем этом мы упростим свою задачку: не будем расшифровывать шаг за шагом диапазон, приобретенный с прибора, а попытаемся разобраться, и то только Углеводы Издательство "Наука" - страница 3 в общих чертах, почему сигналы определенных протонов расположились в диапазоне конкретно таким макаром (будем рассматривать только более информативную часть диапазона – протоны пиранозного цикла).

Мы уже упоминали, что главный вклад Углеводы Издательство "Наука" - страница 3 в величину хим сдвига заносит электрическая плотность вокруг данного ядра. В рассматриваемом соединении меньшая электрическая плотность подабающая окружать протон при С-1. По правде, у этого углеродного атома имеется два кислородных, оттягивающих электроны Углеводы Издательство "Наука" - страница 3 заместителя. Потому сигнал протона Н-1 полностью закономерно оказывается в диапазоне в самом слабеньком поле, т.е. имеет больший хим сдвиг. Напротив, любой из протонов при С-5 испытывает воздействие другого протона, связанного с Углеводы Издательство "Наука" - страница 3 этим же углеродным атомом. Связь C-H поляризована таким макаром, что ее электроны несколько сдвинуты к углероду. Потому электрическая плотность вокруг протонов при С-5 несколько выше, чем вокруг хоть какого другого протона Углеводы Издательство "Наука" - страница 3 в молекуле. В согласовании с этим оба протона имеют меньший хим сдвиг (размещаются в более сильном поле). Электрическое окружение протонов при С-2, С-3 и С-4 очень сходно, и логично, что их сигналы размещаются в Углеводы Издательство "Наука" - страница 3 диапазоне близко друг к другу. В отнесении этих сигналов могут посодействовать последующие суждения.

Спин-спиновое взаимодействие 2-ух протонов полностью взаимно: оно приводит к расщеплению сигналов каждого из взаимодействующих протонов в дублет Углеводы Издательство "Наука" - страница 3, и, естественно, с одной и той же КССВ. Если с данным протоном связан спиновой связью очередной, то взаимодействие с ним осуществляется независимо от взаимодействия с первым партнером. Таким макаром, каждый компонент дублета, появившегося Углеводы Издательство "Наука" - страница 3 в итоге взаимодействия с первым протоном, расщепляется на дублет со собственный КССВ. В итоге протон, взаимодействующий с 2-мя другими, дает сигнал в виде квартета (либо, поточнее, дублета дублетов). Познание этих особенностей (мы опять Углеводы Издательство "Наука" - страница 3 подчеркиваем, что ни слова не говорим о физике явления, а рассматриваем тот последний минимум сведений, который можно использовать, так сказать, потребительски) играет огромную роль в расшифровке спектров ПМР.Сейчас вернемся Углеводы Издательство "Наука" - страница 3 к нашему примеру.

Протон при С-1 уникален в том отношении, что на расстоянии менее 3-х ковалентных связей от него находится только один другой протон – при С-2 (у других протонов кольца имеется более Углеводы Издательство "Наука" - страница 3 2-ух таких соседей). Потому его сигнал должен быть дублетом, как оно и есть по сути. По этому признаку мы могли бы отличить его от всех других, даже не прибегая к суждениям Углеводы Издательство "Наука" - страница 3 хим сдвига. Его взаимодействие с протоном Н-2 описывается КССВ 3,1 Гц. Как следует, такая же КССВ должна быть у сигнала протона Н-2. Просмотрев остальной диапазон, мы обнаруживаем сигнал, у которого одна из КССВ составляет Углеводы Издательство "Наука" - страница 3 3,1 Гц и отнесем его к протону при С-2. Измерив его вторую КССВ(3,3 Гц), мы узнем о содействии с протоном при С-3. Аналогично находим и сигнал протона при С-3 (по признаку КССВ 3,3 Гц), и у Углеводы Издательство "Наука" - страница 3 него обнаруживаем вторую (огромную) КССВ (9,0 Гц) с протоном при С-4 и т.д.

Наша задачка не в том, чтоб обучить читателя методике расшифровке спектров ПМР (в этом смысле изложенное Углеводы Издательство "Наука" - страница 3 выше очень схематично), а в том, чтоб по способности передать логику мышления в этой области. И в связи с этим в особенности принципиально направить внимание на два происшествия. 1-ое. В наших рассуждениях мы опирались на Углеводы Издательство "Наука" - страница 3 знаение структуры изучаемого соединения – мы могли не знать его стереохимии, но на бутлеровскую структуру ссылались повсевременно. В этом смысле спектроскопия ПМР дает (в неких границах, естественно) тем

больше новых сведений об изучаемом Углеводы Издательство "Наука" - страница 3 соединении, чем большей информацией о нем исследователь уже располагает. Для исследования структуры «с нуля» способ ПМР нередко не много эффективен. 2-ое. Отнесение сигналов по цепи спиновых связе опирается на отнесение 1-го (первого Углеводы Издательство "Наука" - страница 3) сигнала. Ошибка в первом отнесении безизбежно приведет к на сто процентов неверной интерпретации всего диапазона. Некой гарантией верности отнесений может служить логическая увязка отнесений всех сигналов в диапазоне как исходя Углеводы Издательство "Наука" - страница 3 из убеждений спиновых связей, так и исходя из убеждений имеющихся сведений о структуре. Потому очень рискованно бывает делать суровые выводы из диапазона ПМР, в каком удалось отнести только часть сигналов*.

Не вдаваясь Углеводы Издательство "Наука" - страница 3 в подробности, укажем в заключение, что массивным подспорьем в расшифровке спектров ПМР служит такие инструментальные способы, как двойной резонанс и ИНДОР, дозволяющие беспристрастно установить наличие спиновых связей меж ядрами; динамический ЯМР (ДЯМР Углеводы Издательство "Наука" - страница 3), позмоляющий убрать неопределенности, связанные с конформационными равновесиями, также способ сдвигающих реагентов (либо, как их нередко именуют на британский манер, шифт-реагентов), при помощи которого можно избирательно и очень очень поменять хим сдвиги отдельных Углеводы Издательство "Наука" - страница 3 протонов (как молвят на лабораторном жаргоне, «вытянуть их из каши», т.е. из группы перекрывающихся и поэтому практически не поддающихся интерпретации сигналов).


Нам бы не хотелось, чтоб у читателя сложились абсолютистские представления о современных Углеводы Издательство "Наука" - страница 3 способах установления строения моносахаридов. Ну, к примеру, такие: есть два стандартных способа – масс-спектрометрия и спектроскопия ПМР, которые позволяют автоматом устанавливать строение всех моносахаридов (стоит только им научиться и получить доступ Углеводы Издательство "Наука" - страница 3 к устройствам). Либо по другому: без масс-спектров и спектров ПМР структуру не установить. И то и это ошибочно.

Естественно, оба эти способа – только массивные инструменты исследования. Но это никак не «черные ящики Углеводы Издательство "Наука" - страница 3», где на входе вещество,а на выходе готовая структура. На выходе – всего только диапазон, а структура возникает в итоге интерпретации диапазона. Последняя же никак не трафаретна и просит от исследователя (конкретно от Углеводы Издательство "Наука" - страница 3 самого исследователя, а не от того, кто управляет прибором и выдает диапазоны) огромных познаний, опыта, интуиции*. Кроме спектроскопии, современная химия углеводов располагает целым комплексом четких и тонких способов структурного анализа, которые Углеводы Издательство "Наука" - страница 3, хотя и не опираются на новые приборы, позволяют делать более надежные заключения о структуре. Случается так, что самыми простыми, известными с прошедшего века «пробирочными» пробами можно выяснить о структуре моносахарида не меньше, чем Углеводы Издательство "Наука" - страница 3 используя самую совершенную аппаратуру. Мы, естественно, далеки от того, чтоб пропогандировать идею возврата кэпохе жаровен и реторт, но желаем выделить широту и обилие скопленного к истинному времени арсенала способов структурных Углеводы Издательство "Наука" - страница 3 исследовательских работ. И в оценке той либо другой работы самую последнюю роль должны играть суждения новизны примененных способов либо, тем паче, их модности.

Несоизмеримо важднее, чтоб способ (пришедший ли из прошедшего Углеводы Издательство "Наука" - страница 3 века либо из самоновейшей литературы) был использован к месту, чтоб он позволял делать очень надежные заключения с наименьшими затратами труда. И никакой самоновейший способ при бездумном применении не гарантирует от грубых ошибок.

Короче говоря Углеводы Издательство "Наука" - страница 3, установление строения моносахаридов как практически хоть какое другое структурное исследование, есть творчество. В нем могут применяться очень совершенные и разработанные способы исследования, приемы обыкновенные и сложные, но их совокупа, последовательность и ход мысли Углеводы Издательство "Наука" - страница 3 исследователя ни в какие стандартные правила не укладываются

Это и есть творческая деятельность, которая, как понятно, отличается от иных тем, что для нее нельзя составить метода либо программки. Так что Углеводы Издательство "Наука" - страница 3, в конечном счете, способы сущность только инструменты, а струтуры инсталлируются не способами, а умственными усилиями ученых.


^ УСТАНОВЛЕНИЕ СТРОЕНИЯ ПОЛИСАХАРИДОВ


Что нужно выяснить?


Возвратимся к вопросу об установлении строения полисахаридов. Мы оставили рассмотрение его на Углеводы Издательство "Наука" - страница 3 стадии окончания мономерного анализа, включая результаты, приобретенные способом метилирования. Что все-таки к этому моменту уже понятно о структуре, а что еще предстоит выяснить?

Понятно, из каких моносахаридов построен полисахарид, в какой повторяющейся Углеводы Издательство "Наука" - страница 3 форме их остатки входят в его состав, каково положение межмономерных связей в остатках каждого типа, каковой тип структуры (разветвленный-неразветвленный). Для разветвленных полисахаридов, не считая того, известны степень разветвленности с структура точек ветвления Углеводы Издательство "Наука" - страница 3. Это много, но это еще не структура. Что все-таки еще не понятно? Для всех типов полисахаридов – конфигурация гликозидных связей и последовательность расположения моносахаридных остатков в цепи, также, за Углеводы Издательство "Наука" - страница 3 редчайшими исключениями, молекулярная масса. Для разветвленных полисахаридов к этому еще прибавляется вопрос о рассредотачивании остатков меж основной и боковыми цепями, о длине боковых цепей и о положении разных точек ветвления (они могут размещаться Углеводы Издательство "Наука" - страница 3 в главной цепи, в первых от главной боковых цепях, во вторых от главной боковых цепях и т.д.). А для полисахаридов, имеющих неуглеводные заместители, нужно еще установить положение этих заместителей. И только Углеводы Издательство "Наука" - страница 3 для 1-го – простого – типа полисахаридов мономерный анализ дает практически всю структурную информацию – для линейных постоянных полисахаридов, построенных из однотипно связанных остатков 1-го единственного моносахарида, каковы, к примеру, целлюлоза и амилоза.

Совокупа нерешенных структурных Углеводы Издательство "Наука" - страница 3 вопросов можно несколько условно разбить на две группы: вопросы

«ближнего» порядка в структуре и вопросы «дальнего порядка». Вот что мы имеем в виду. Выберем в полисахаридной цепи произвольным образом некий моносахаридный остаток А Углеводы Издательство "Наука" - страница 3. Применяя те либо другие способы, о которых речь впереди, можно выяснить, с какими другими остатками он связан конкретно: установить, к примеру, наличие куска …-Б-А-В-… как элемента структуры цепи. Сведения о Углеводы Издательство "Наука" - страница 3 ближнем порядке моносахаридных остатков в таком отрезке цепи, либо, как молвят в полимерной химии, секторе цепи, сами по для себя не достаточно что молвят о структуре всей макромолекулы. Но познание структуры многих частей Углеводы Издательство "Наука" - страница 3 составляет уже необъятную информацию о молекуле в целом. Необъятную, но далековато не полную, так как мы не знаем, как эти сегменты расположить в цепи относительно друг дружку, и даже не Углеводы Издательство "Наука" - страница 3 можем сказать, есть ли в цепи промежутки неведомой структуры меж известными нам секторами. Этот вопрос можно отнести к далекому порядку в структуре цепи, т.е. не о том, что находится на первом Углеводы Издательство "Наука" - страница 3, втором и т.д. месте от данного остатка (ближний порядок), а о том, какие остатки размещаются от него в удалении, к примеру, на двадцатом, тридцатом и т.д. месте. Схематически это Углеводы Издательство "Наука" - страница 3 можно объяснить так:



На схеме окружены примеры частей близкого порядка, стрелками указаны примеры частей далекого порядка.

Отвлекаясь пока от определенных способов и приемов исследования, можно сказать, что для исчерпающей свойства структуры полисахаридной цепи необходимо иметь Углеводы Издательство "Наука" - страница 3 полную информацию и о ближнем, и о далеком порядке в макромолекуле. Имеющиеся способы исследования нельзя верно разбить на две группы по нраву получаемого с помощью их ответа о ближнем либо далеком

порядке (так Углеводы Издательство "Наука" - страница 3 сказать, на способы для близкого порядка и способы для далекого порядка). Все же, мы попытаемся оценить их информативность конкретно с этой точки зрения. А рассмотрев важные структурные способы, обсудим Углеводы Издательство "Наука" - страница 3 сегодняшник способности установления структуры полисахаридов в целом.


Как выяснить?


Общий принцип выяснения последовательности моносахаридных остатков в полисахариде состоит в расщеплении цепи на олигосахаридные куски, установлении строения таких фрагментов и следующей реконструкции структуры макромолекулы по Углеводы Издательство "Наука" - страница 3 структурам олигосахаридов. Вот два соответствующих примера внедрения этого принципа, на которых можно проследить его способности и ограничения.

В агарозе имеются гликозильные остатки 2-ух видов: β-D-галактопиранозильный и 3,6-ангидро-α-L-галактопиранозильный. Гликозидная связь Углеводы Издательство "Наука" - страница 3 второго из их еще более чувствительна к кислотному гидролизу и неким другим аналогичным реакциям расщепления. Потому в определенных критериях можно достигнуть ее избирательного разрыва, не затрагивая при всем этом гликозидную Углеводы Издательство "Наука" - страница 3 связь остатка β-D-галактопиранозы. В итоге полисахаридная цепь распадается на дисахаридные блоки агаробиозы* по схеме, приведенной на с.89.

Образование конкретно такового дисахарида с полной определенностью показывает на присутствие в начальной цепи отвечающей ему Углеводы Издательство "Наука" - страница 3 последовательности β-D-галакторираноза-3,6-ангидро-L-галактопираноза, а высочайший выход этого дисахарида значит, что такая последовательность доминирует в цепях. Так как из мономерного анализа мы знаем, что два вида моносахаридных остатков входят в состав Углеводы Издательство "Наука" - страница 3 агарозы в соотношении 1:1, преобладание такового сектора может быть исключительно в структуре цепи с чередующимися остатками. Таким макаром, мы узнаем о наличии второго типа сектора: 3,6-ангидро-L-галактопираноза-



β-D-галактопираноза*. Схематически это можно представить Углеводы Издательство "Наука" - страница 3 так:



где Г-остаток β-D-галактопиранозы, А-остаток 3,6-ангидро-α-L-галактопиранозы


В итоге анализа полисахарида с помощью такового частичного гидролиза мы получаем, как видно, надежную информацию о ближнем порядке моносахаридных остатков Углеводы Издательство "Наука" - страница 3 в цепи, т.е. о том, какой остаток с каким связан конкретно. Мы но, остаемся в незнании относительно далекого порядка, что применительно к нашему примеру сводится к вопросу о регулярности строения цепи Углеводы Издательство "Наука" - страница 3. Почему же мы не вправе решить его утвердительно на основании приведенных выше данных? На данный момент разберемся.

Если б избирательность разрыва гликозидных связей при частичном гидролизе была абсолютной, а выход дисахарида – количественным Углеводы Издательство "Наука" - страница 3, то из таких результатов можно было бы сделать полностью серьезный вывод о регулярности структуры агарозы. Но даже тогда, когда мы имеем дело с агарозой (случай, совсем исключительный для всей химии углеводов по Углеводы Издательство "Наука" - страница 3 степени избирательности хим гидролиза), выход агаробиозы не добивается 100%. Как следует, мы вправе полагать наличие в цепи каких-либо других последовательностей, кроме тех существование которых мы установили экспериментально. К примеру, с плодами эксперимена полностью совместимо Углеводы Издательство "Наука" - страница 3 предположение о наличии некого количества частей …-А-А-… и …-Г-Г-…, которые по тем либо другим причинам не обнаруживают себя при частичном гидролизе:


…-А-Г-А-Г-А-Г-А Углеводы Издательство "Наука" - страница 3-А-Г-А-Г-А-Г-А-Г-Г-

-А-Г-А-Г-А-Г-А-Г-…


Правомерность такового догадки не позволяет нам

утверждать, что на основании описанного опыта мы установили далекий порядок Углеводы Издательство "Наука" - страница 3 связей. Мы можем только гласить о том, что правильное чередование остатков доминирует в структуре полисахарида*.

Существенное различие в скоростях кислотного гидролиза входящих в полисахарид гликозидных связей – явление сравнимо редчайшее. Во всяком случае, та Углеводы Издательство "Наука" - страница 3 степень избирательности, которая достигается для агарозы, уникальна. В обычных же случаях выходы олигосахаридов при частичном гидролизе еще ниже и, как следует, по информативности результатов такие опыты существенно уступают рассмотренному примеру.

Другой Углеводы Издательство "Наука" - страница 3 способ частичного расщепления полисахаридных цепей (деградация по Смиту) основан на более избирательной, да и более сложной последовательности реакций. Главный стадией тут служит окисление полисахарида солями иодной кислоты – периодатами. При этой реакции происходит Углеводы Издательство "Наука" - страница 3 разрыв С-С-связи в гликолях с образованием диальдегида, следующее восстановление которого приводит к образованию диола, как показано на схеме:



Строго неотклонимым условием для периодатного окисления является наличие 2-ух гидроксильных групп у примыкающих углеродных Углеводы Издательство "Наука" - страница 3 атомов, меж которыми и разрывается С-С-связь. Моносахаридное звено в цепи, содержащее систему такового гликоля, расщепляется до ациклического ацеталя, как показано на примере β-D-глюкопиранозильного звена с заместителем Углеводы Издательство "Наука" - страница 3 (к примеру, левой частью полисахаридной цепи) в положении 4 (с. 92)

Ациклический ацеталь, образующийся при этих реакциях из окисленного моносахаридного звена, сравнимо просто подвергается кислотному гидролизу, так что последний удается провести высоко избирательно, т.е. не Углеводы Издательство "Наука" - страница 3 затрагивая



обыденные гликозидные связи. В итоге происходит разрыв полисахаридной цепи по окисленному звену. При всем этом левая часть цепи преобразуется в гликозид многоатомного спирта (в нашем случае эритрита), а в правой Углеводы Издательство "Наука" - страница 3 возникает концевое моносахаридное звено, которое ранее не было связано с окисленным остатком.

Сейчас разглядим деградацию по Смиту неразветвленного глюкана из овса, в состав которого заходит два типа остатков β-D-глюкопиранозы со связями 13 и Углеводы Издательство "Наука" - страница 3 14. 1-ое из этих звеньев стабильно к действию периодата, потому что не содержит подходящих гликольных группировок, а окисление второго мы только-только обсуждали.

Оценим поначалу, каких результатов периодатного окисления для главных типов структуры Углеводы Издательство "Наука" - страница 3 полисаханида, которые можно умозрительно выстроить на основании данных мономерного анализа. При правльном чередовании 13- и 14-связанных остатков главными продуктами деградации должны быть глюкозил-эритрит и гликолевый альдегид, образующиеся в итоге сохранения 13-связанного звена и Углеводы Издательство "Наука" - страница 3 окисления 2-ух примыкающих к нему остатков со связями 14 (см. схему на с.93)

При блочном строении цепи, т.е. наличии в ней длинноватых последовательностей из 13- и 14-связанных остатков, 1-ые должны приводить к образованию Углеводы Издательство "Наука" - страница 3 полимерного неокисленного куска, а 2-ые – вполне распадаться до свободного эритрита и гликолевого альдегида. В конце концов, при хаотическом рассредотачивании остатков продуктом деградации должна быть смесь низкомолекулярных гликозил-эритритов, образующихся из маленьких Углеводы Издательство "Наука" - страница 3 последовательностей 13-связанных остатков, гликолевого альдегида, также свободного эритрита, возникающего



при окислении маленьких последовательностей остатков со связями 14. Опыт указывает что реализуется конкретно этот 3-ий случай. Вправду, глюкан овса при деградации по Смиту распадается на Углеводы Издательство "Наука" - страница 3 серию мономерных и олигомерных фрагментов, анализ которых позволяет вывести ряд заключений о его структуре (см. схему)



3Г,4Г – остатки глюкопиранозы, замещенные в положении 3 и 4 соответственно; Г – концевое (незамещенное) глюкопиранозное звено; Э – остаток эритрита либо Углеводы Издательство "Наука" - страница 3 свободный эритрит.

Из того факта, что все содержащие глюкозу куски имеют на восстанавливающем конце остаток эритрита (а не какого-либо другого полиола) следует, что в полисахариде существует связь 3Г-4Г. Наличие таких Углеводы Издательство "Наука" - страница 3 фрагментов,

содержащих два, три и четыре остатка глюкозы, показывает на присутствие в цепи последовательностей из 2-ух, 3-х и 4 остатков типа 3Г, расположенные попорядку. С другой стороны, то, что все Углеводы Издательство "Наука" - страница 3 продукты деградации низкомолекулярны, свидетельствует об отсутствии в полисахариде длинноватых последовательностей из таких неокисляемых остатков. Образование свободного эритрита показывает на существование частей …-4Г-4Г-…, но в отличие от последовательностей …-3Г-3Г-… не позволяет Углеводы Издательство "Наука" - страница 3 сделать никаких заключений об их длине. Определение выходов приобретенных фрагментов всех типов дает возможность оценить относительное содержание соответственных частей в начальном полисахариде, а их обилие показывает на отсутствие обычный регулярности в чередовании разных остатков Углеводы Издательство "Наука" - страница 3 в цепи.

Таким макаром, деградация по Смиту позволяет выяснить очень почти все о ближнем порядке в структуре полисахарида, включая последовательности из нескольких моносахаридных звеньев. Но о далеком порядке мы можем сказать Углеводы Издательство "Наука" - страница 3 еще меньше, чем в случае частичного гидролиза агарозы. Вправду, отысканные сегменты цепей могут быть сгруппированы в блоки, могут чередоваться по определенному (довольно сложному) закону, могут, в конце концов, распределяться по цепи хаотически. Обо Углеводы Издательство "Наука" - страница 3 всех этих свойствах далекого порядка мы остаемся в незнании.

Два разобранных примера частичного расщепления полисахаридных цепей по информативности соответствующих для всего цикла способов фрагментации такового типа. С помощью их можно Углеводы Издательство "Наука" - страница 3 выяснить почти все либо практически все о ближнем порядке в структуре и кое-что либо практически ничего о далеком порядке. Все же, применение к одному полисахариду различных способов фрагментации, в особенности таких, которые обеспечивают расщепление Углеводы Издательство "Наука" - страница 3 различных связей, очень значительно обогащает информацию, получаемую каждым из этих способов порознь. К примеру, если из последовательности …-А-А-Б-В-Г-Д-А-А-Д-Г-Г-Б Углеводы Издательство "Наука" - страница 3-… одним способом были получены куски А-А-Б-В-Г, В-Г-Д, Д-Г-Г-Б, а другим – кусок Г-Д-А-А-Д-Г, то в совокупы эти данные определяют всю Углеводы Издательство "Наука" - страница 3 додекасахаридную последовательность, т.е. дают сведения о четкой структуре уже достаточно значимого сектора цепи.

Мы еще ничего не произнесли о методах определения конфигурации гликозидных связей моносахаридных остатков

в полисахаридных цепях. Меж тем этот вопрос часто Углеводы Издательство "Наука" - страница 3 оказывается камнем преткновения во всем структурном анализе полисахаридов.

Выяснение конфигурации гликозидных связей – это по существу задачка мономерного анализа, потому что относится не к характеристике структуры цепей, а к детализации Углеводы Издательство "Наука" - страница 3 структуры отдельных звеньев. Все же известными на данный момент способами мономерного анализа эта задачка не решается. Дело в том, что все эти способы по собственной сущности деструктивны и непременно включают расщепление гликозидных связей. А при Углеводы Издательство "Наука" - страница 3 всех узнаваемых методах расщепления гликозидных связей, используемых в мономерном анализе полисахаридов (не считая ферментативного гидролиза, см. ниже), информация о конфигурации этой связи пропадает.

Мы уже упоминали, что гликозидный центр Углеводы Издательство "Наука" - страница 3 заносит больший вклад в величину удельного вращения углеводов. Потому из величины удельного вращения полисахарида можно сделать некие заключения о конфигурации гликозидных связей входящих в него моносахаридных остатков. Но, так как удельное вращение – величина аддитивная Углеводы Издательство "Наука" - страница 3*, такие заключения безизбежно носят усредненный характери, т.е. ничего не молвят о том, какие конкретно остатки имеют α- либо β-конфигурацию. Только в обычных и последних случаях оптическая активность полисахарида позволяет сделать Углеводы Издательство "Наука" - страница 3 более определенные выводы. Вправду, по величине удельного вращения можно довольно уверенно сделать заключение о доминировании гликозидных связей с такой-то конфигурацией в полисахаридах, построенных из однотипных моносахаридных остатков с одной конфигурацией гликозидных связей.

Совершенно по Углеводы Издательство "Наука" - страница 3-другому смотрится задачка определения конфигурации гликозидных связей в олигосахаридах, в особенности в низших олигосахаридах, получаемых при тех либо других методах фрагментации полисахаридных цепей. Дело в том, что при малом Углеводы Издательство "Наука" - страница 3 количестве гликозидных связей (в дисахаридах, к примеру, такая связь только одна) удельное вращение уже позволяет с еще большей определенностью судить о конфигурации этих связей. Не считая того, в ди-, три-, а при удаче Углеводы Издательство "Наука" - страница 3 и в тетрасахаридах можно

найти конфигурацию гликозидных центров при помощи спектроскопии ПМР, подобно тому, как это делается в низших гликозидах.

По-видимому, универсальный (гипотетичный) способ определения конфигурации гликозидных связей в полисахаридах можно представить Углеводы Издательство "Наука" - страница 3 для себя последующим образом. Это должен быть таковой способ расщепления гликозидных связей, который приводил бы количественно к производным моносахаридов, подобно кислотному гидролизу. Но с той, но, различием, что структура этих производных Углеводы Издательство "Наука" - страница 3 должна зависеть от конфигурации расщепляемой гликозидной связи начального остатка. Тогда мы имели бы способ мономерного анализа, который сразу давал бы информацию и о природе каждого мономерного звена, и о конфигурации его гликозидной связи. К огорчению Углеводы Издательство "Наука" - страница 3, ничем схожим на такое безупречное решение углеводная химия пока не располагает (хотя препятствий принципного нрава к разработке подобного способа не видно). Лучшее доступное на данный момент приближение к эталону – это окисление Углеводы Издательство "Наука" - страница 3 ацетатов полисахаридов хромовым ангидридов в уксусной кислоте. Сущность этого способа состоит в последующем.

Глюкопиранозильный остаток, гидроксилы которого защищены от окисления ацетилированием, при обработке хромовым ангидридом в уксусной кислоте претерпевает окисление Углеводы Издательство "Наука" - страница 3, при котором гликозидная связь преобразуется в сложноэфирную. Остаток моносахарида преобразуется при всем этом в остаток кетоальдоновой кислоты. В эту реакцию вступают только гликозильные остатки, у каких водород при гликозидном центре аксиален (см. схему на Углеводы Издательство "Наука" - страница 3 с. 97). Потому из 2-ух вероятных аномеров моносахаридного остатка снутри полисахаридной цепи окислению подвергается только один. Если дальше таковой окисленный полисахарид подвергнуть мономерному анализу, то по исчезновению тех либо других моносахаридов Углеводы Издательство "Наука" - страница 3 из гидролизата (по сопоставлению с начальным полисахаридом) можно судить о том, что конкретно эти остатки в полисахаридной цепи имели «окисляемую» конфигурацию (с аксиальным водородом при С-1), а сохранившиеся – «неокисляемую» (с экваториальным водородом при С-1).

Описанный Углеводы Издательство "Наука" - страница 3 способ установления конфигурации гликозидных связей довольно эффективен и обширно применяется на данный момент в структурных исследовательских работах за неимением наилучшего. В нем, но, заложено принципное несовершенство



Дело в том, что Углеводы Издательство "Наука" - страница 3 конформация моносахаридного звена в ацетилированной полисахаридной цепи обычно закреплена не агрессивно, так что даже при значимой предпочтительности одной конформации данного звена (к примеру, с экваториальным водородом при С-1) оно в растворе может принимать Углеводы Издательство "Наука" - страница 3, по последней мере краткосрочно, и обратную конформацию (с аксиальным водородом при С-1). При всем этом «неокисляемое» звено, не меняя конфигурацию гликозидной связи, преобразуется в «оксиляемое» (см. схему). Из-за этого строгая Углеводы Издательство "Наука" - страница 3 избирательность



реакции нарушается, и результаты такового анализа приходится трактовать не в точных определениях «да»-«нет», а в более усмотрительных: «преобладает»-«имеется в маленьком количестве». Более того, в определенных случаях анализ полисахаридов этим способом приводит Углеводы Издательство "Наука" - страница 3 и к прямо неверным заключениям: по видимому, вследствие значимых конформационных искажений звеньев за счет воздействия всей полисахаридной цепи в целом.

Разглядим очередной путь исследования структуры полисахаридов, претераевающий в текущее время бурное развитие и Углеводы Издательство "Наука" - страница 3 представляющийся только многообещающим: спектроскопию ЯМР на ядрах 13С. Природный углерод состоит из 3-х изотопов: 12С, 13С и 14С. Главный компонент 12С и радиоактивный изотоп 14С не дают сигнала в диапазонах ЯМР, но ядра Углеводы Издательство "Наука" - страница 3 13С, имеющие полуцелый

спин, дают таковой сигнал. Содержание изотопа в природном углероде не много (1,1%). С одной стороны, это событие на техническом уровне значительно осложняет спектроскопию на этих ядрах, а с Углеводы Издательство "Наука" - страница 3 другой – приводит к резкому упрощению картины спектров по сопоставлению со спектрами резонанса на протонах.

Дело в том, что в обыденных органических молекулах ядра 12С и 13С размещаются во всех вероятных положениях по Углеводы Издательство "Наука" - страница 3 закону варианта. Потому возникновение 2-ух ядер 13С в примыкающих положениях молекулы – событие маловероятное (вероятностью 0,0121%). В итоге спин-спиновые взаимодействия 13С-13С фактически не оказывают воздействия на картину спектров ЯМР 13С, т.е. каждое такое Углеводы Издательство "Наука" - страница 3 ядро дает в диапазоне синглет (спин-спиновые взаимодействия с примыкающими протонами подавлены благодаря спекиальной технике съемки спектров).

Не считая того, величины хим сдвигов ядер 13С и различия меж этими величинами значительны по сопоставлению Углеводы Издательство "Наука" - страница 3 с величинами хим сдвигов протонов. Потому ЯМР-спектр на ядрах 13С представляет собой набор довольно отлично разрешенных синглетов, что резко упрощает интерпретацию диапазона. Величина хим сдвига определяется, как обычно, всем окружением Углеводы Издательство "Наука" - страница 3 данного ядра. В моносахаридах нет эквивалентных (в смысле хим окружения) положений углеродных атомов. В итоге, к примеру, 13С ЯМР-спектр глюкозы состоит из 6 отлично разрешенных синглетов, отвечающих 6 атомам углерода. Более того, спект Углеводы Издательство "Наука" - страница 3 сбалансированной консистенции α- и β-D-глюкопираноз (уравновешенная по мутаротации D-глюкоза) представляет собой итог наложения 2-ух независящих спектров аномеров, т.е. состоит из 12 сигналов.

При всем этом в особенности принципиально, что Углеводы Издательство "Наука" - страница 3 присоединение гликозильного остатка к одному из атомов кислорода приводит к резкому (до 10 м.д.) изменению хим сдвига соответственного ядра 13С, что позволяет определять положение межмономерных связей в полисахаридных цепях. Понятно, что основанный на таковой спектроскопии Углеводы Издательство "Наука" - страница 3 способ обладает колоссальными способностями для исследования полисахаридных структур. Разберем в качестве примера диапазон агароподобного полисахарида одной из бардовых водных растений*.



Участок цепи, отражающий главные особенности структуры этого полисахарида, представлен на схеме, а Углеводы Издательство "Наука" - страница 3 его диапазон – на рис.6.



В состав полисахарида заходит четыре типа моносахаридных остатков (А-Г), различающихся по структуре либо по окружению в цепи. Эти остатки содержат 25 химически различимых атомов углерода, в Углеводы Издательство "Наука" - страница 3 диапазоне же имеется 18 верно разрешенных сигналов. Таким макаром, большая часть углеродных атомов дает личные сигналы,

хотя наименьшая часть из их – сигналы с перекрывающимися хим сдвигами. Анализ диапазона указывает (отнесения сигналов представлены на Углеводы Издательство "Наука" - страница 3 рисунке), что каждому из 4 моносахаридных звеньев соответствует, по последней мере, один сигнал, характерный углеродным атомам этого остатка, а углеродные ядра остатка А дают даже четыре сигнала, не перекрывающиеся ни с одним Углеводы Издательство "Наука" - страница 3 из сигналов других остатков и, как следует, соответствующие только для него. Таковой отлично разрешенный диапазон позволяет конкретно установить природу моносахаридных остатков входящих в состав подобного полисахарида, положение межмономерных связей и конфигурацию гликозидных связей. Более того Углеводы Издательство "Наука" - страница 3, по диапазону можно измерить относительное содержание разных типов остатков в цепи.

Еще больше любопытно то, что хим сдвиг определенных ядер 13С в моносахаридных остатках зависит не только лишь от структуры Углеводы Издательство "Наука" - страница 3 самого остатка, да и от структуры других звеньев, связанных с ним гликозидной связью. Так, остатки Б и Г (см. с. 99), взятые изолированно, представляются химически эквивалентными. Но 1-ый из их гликозилирован в положении 3 остатков 3,6-ангидро Углеводы Издательство "Наука" - страница 3-L-галактозы (А), а 2-ой – остатков 2-О-метил-3,6-ангидро-L-галактозы (В). В связи с этим хим сдвиги ядер С-3 остатков Б и Г оказываются разными (82,2 и 82,7 м.д. соответственно). Такая чувствительность Углеводы Издательство "Наука" - страница 3 положения сигналов в диапазоне 13С ЯМР к окружению моносахаридного звена открывает захватывающие способности для определения последовательности остатков в цепи.

Таким макаром, спектроскопия ЯМР на ядрах 13С позволяет не только лишь определять природу Углеводы Издательство "Наука" - страница 3, тип связи, конфигурацию гликозидных остатков, входящих в состав биополимера, т.е. решать задачку мономерного анализа, да и устанавливать ближний порядок в расположении этих остатков в цепи, т.е. получать информацию, извлекаемую Углеводы Издательство "Наука" - страница 3 обычно из способов фрагментации. Принципно принципиально, что таковой анализ является неразрушающим. Потому весь полисахарид, использованный для съемки диапазона, ворачивается к исследователю в постоянном виде. В свете произнесенного можно считать, что в ближнем будущем Углеводы Издательство "Наука" - страница 3 этот способ исследования станет одним из ведущих для исследования полисахаридных структур и принудит традиционные

Деструктивные способы существенно уступить свои позиции.

Мы разглядели несколько способов структурного анализа полисахаридов. Они далековато не исчерпывают Углеводы Издательство "Наука" - страница 3 всего арсенала инструментов исследования в этой области, но охарактеризовывают многие принципиальные принципы такового исследования. В смысле способностей выяснения близкого порядка моносахаридных звеньев в цепях и их далекого порядка, также оценки общего Углеводы Издательство "Наука" - страница 3 плана построения макромолекулы эти способы информативны далековато не в одинаковой мере. Если, как мы лицезрела, для свойства близкого порядка эти способы полностью применимы, то с вопросами далекого порядка дело обстоит еще наименее благополучно. В сути Углеводы Издательство "Наука" - страница 3, все эти способы (заметим снова, главные способы структурного анализа полисахаридов) позволяют выяснить о далеком порядке сильно мало, по последней мере в общем случае. Это, но, не эквивалентно бессилию современной Углеводы Издательство "Наука" - страница 3 науки перед неувязкой установления структуры сложных полисахаридов. Есть несколько действенных подходов к определению общей схемы построения цепей и далекого порядка звеньев, хотя и носящих более личный нрав, чем разобранные выше способы. Вот один из примеров Углеводы Издательство "Наука" - страница 3.

В разветвленных полисахаридах достаточно нередкий случай – размещение более лабильных к кислотному гидролизу звеньев в боковых цепях и поболее крепких – в главной цепи. Тогда при частичном гидролизе можно получить набор моносахаридов Углеводы Издательство "Наука" - страница 3 и низших олигосахаридов из боковых цепей и полимерный материал главной цепи. Таковой итог позволяет сходу установить, каково в общих чертах рассредотачивание определенных типов остатков меж главной и боковыми цепями, также, что Углеводы Издательство "Наука" - страница 3 более принципиально, получить достаточные количества полисахарида облегченной структуры (такие полимерные куски нередко именуют деградированными полисахаридами) и установить его строение, т.е. решить уже более ординарную задачку, чем установление строения нативного (неизмененного) полисахарида.

Итак, мы лицезреем Углеводы Издательство "Наука" - страница 3 уже два принципа установления структуры сложных полисахаридов: с одной стороны, путь от мономерного анализа, через расщепление на олигосахаридные блоки и реконструкцию последовательности моносахаридных остатков во все более длинноватых секторах цепей, а Углеводы Издательство "Наука" - страница 3 с другой – путь от общего представления

о макромолекуле, как о целом, через поочередную локализацию целых групп либо типов моносахаридных остатков в определенных больших элементах структуры (в главной цепи, в боковых цепях, в узлах и Углеводы Издательство "Наука" - страница 3 т.д.) и до локализации отдельных моносахаридов в определенных положениях этих цепей. Еще есть и 3-ий путь, в неких случаях дающий очень необъятную информацию о структуре. Он связан с Углеводы Издательство "Наука" - страница 3 применением ферментов, которые катализируют расщепление полисахаридных цепей.

Основная особенность ферментов, как инструментов структурного анализа полисахаридов – высочайшая, в неких случаях абсолютная, спекифичность их деяния. Ферменты, расщепляющие полисахариды (полисахаридазы), обычно полностью специфичны к конфигурации гликозидной связи (к Углеводы Издательство "Наука" - страница 3 примеру, фермент настроенный на гидролиз α-гликозидной связи, совсем не действует на β-гликозидные связи), полностью специфичны к размеру цикла моносахаридного остатка и высоко спекифичных к структуре и конфигурации самого моносахаридного звена. Не считая Углеводы Издательство "Наука" - страница 3 того, и это в особенности принципиально для установления строения полисахаридов, полисахаридазы обычно высоко избирательны к типу связей и к структуре остатков в не далеком окружении к расщепляемой гликозидной связи. Потому уже сам Углеводы Издательство "Наука" - страница 3 факт расщепления определенной связи данным ферментов часто дает много сведений о ближнем порядке остатков в этом участке цепи (пример таковой избирательности лизоцима мы уже рассматривали в другом нюансе).

Ферменты Углеводы Издательство "Наука" - страница 3, расщепляющие полисахариды, бывают 2-ух типов – эндоферменты и экзоферменты. 1-ые катализируют гидролиз неких гликозидных связей снутри полисахаридной цепи, т.е. расположенные довольно далековато от обоих ее концов. 2-ые способны вызывать гидролитическое отщепление только Углеводы Издательство "Наука" - страница 3 концевых моносахаридных остатков (в неких случаях концевых дисахаридных фрагментов). Не надо мыслить, что процесс на этом останавливается: в приобретенном укороченном полисахариде есть свое концевое звено, которое в свою очередь подвергается атаке ферментом Углеводы Издательство "Наука" - страница 3, если обладает подходящей структурой и конфигурацией.

Как можно использовать полисахариды в структурных исследовательских работах? Эндоферменты – это сначала реагенты для высоко избирательной фрагментации полисахаридных цепей; при этом в отличие от кислотного гидролиза

такое избирательное расщепление позволяет Углеводы Издательство "Наука" - страница 3 делать заключение и о конфигурации разорванной гликозидной связи, и о природе самого гликозильного остатка, и часто о его не далеком окружении в цепи. Таким макаром, это очень действенный способ и получения фрагментов Углеводы Издательство "Наука" - страница 3, и определения близкого порядка моносахаридных звеньев. Гидролиз разветвленных полисахаридов экзоферментами может служить узким и специфическим способом получения деградированных полисахаридов методом избирательного отщепления боковых цепей. Для расщепления цепей, в особенности в Углеводы Издательство "Наука" - страница 3 неразветвленных полисахаридах, экзоферменты время от времени открывают уникальные способности установления регулярности, т.е. далекого порядка звеньев. Как массивным является данный инструмент, можно судить по последующему примеру.

Экзофермент, катализирующий гидролиз β-D-глюканов с Углеводы Издательство "Наука" - страница 3 13-связями, а именно ламинарина, до глюкозы (избегая серьезной номенклатуры, назовем его ламинаразой), высоко специфичен к типу гликозидных связей, т.е. расщепляет только связи 13. Потому, если изучаемый полисахарид под действием лиминаразы претерпевает полный гидролиз, можно Углеводы Издательство "Наука" - страница 3 уверенно утверждать, что он имеет регулярную структуру и построен только из β-D-глюкопиранозных звеньев, соединенных 13-связями. Другими словами, исследование полисахарида с помощью ферментативного гидролиза дает сходу сведения и о мономерном Углеводы Издательство "Наука" - страница 3 составе, включая конфигурацию и положение межмономерных связей, и о ближнем порядке звеньев, и о далеком порядке остатков в цепях. На 1-ый взор может показаться, что применительно к постоянному неразветвленному полисахариду ферментативный гидролиз Углеводы Издательство "Наука" - страница 3 дает информацию того же нрава, что и обыденный мономерный анализ с помощью метилирования (если отвлечься от конфигурации гликозидных связей). Мы на данный момент увидим, но, что это не соответствует реальности.

Допустим, мы Углеводы Издательство "Наука" - страница 3 изучаем глюкан со степенью полимеризации (числом моносахаридных остатков в цепи) 100. В итоге его анализа способом метилирования в нем были обнаружены только 13-связи и не найдено других. Но «не обнаружено» – понятие достаточно неопределенное. Его настоящий Углеводы Издательство "Наука" - страница 3 смысл можно оценить, только зная чувствительность примененных аналитических способов. В нашем случае это чувствительность обнаружения минорных компонент в консистенции производных метилированных

моносахаридов. Для имеющихся на данный момент способов анализа таких консистенций оценка нижнего Углеводы Издательство "Наука" - страница 3 предела чувствительности в 1% очень отменная. Это означает, что мы полностью могли не увидеть 1-го «аномального» звена (к примеру, 14-связи) на каждую полисахаридную молекулу. Таким макаром, вывод о серьезной регулярности строения на основании Углеводы Издательство "Наука" - страница 3 таких данных будет очень шатким. Сейчас поглядим, что даст для такового полисахарида ферментативный гидролиз.

Экзоламинараза гидролизует таковой полисахарид, поочередно отщепляя от него по одной молекуле глюкозы, начиная с невосстанавливающего конца. Если Углеводы Издательство "Наука" - страница 3 в цепи повстречается одно «аномальное» звено (к примеру, звено с 14-связью), то ферментативный гидролиз в этом месте закончится и (это очень принципиально увидеть) вся остальная часть полисахаридной молекулы остается нерасщепленной. Вправду, у Углеводы Издательство "Наука" - страница 3 такового «огрызка» цепи концевое звено аномальное и фермент перестает на него действовать, как показано на схеме шагов поочередного гидролиза полисахарида экзоферментом.



udelnie-pokazateli-obrazovaniya-othodov-proizvodstva.html
udelnij-rashod-materiala.html
udelnij-ves-novosibirskoj-oblasti-v-ekonomike-rossijskoj-federacii-v-2000-i-2008-godah-1.html