Полифункциональные производные органических соединений. Учебное пособие

По-видимому, главным источником биотина для жи- вотных и человека является бактериальная микрофлора же- лудочно-кишечного тракта. В яичном белке содержится ве- щество, получившее название авидина, которое образует с биотином нерастворимый в воде и биологически неактивный комплекс. Поэтому, если животное кормить большим количе- ством сырого яичного белка, то оно заболеет, обнаруживая типичные признаки недостаточности биотина. Авидин полу- чен в кристаллическом виде и представляет собой гликопро- теид.

Имеющиеся данные о роли биотина в обмене веществ у микроорганизмов показывают, что этот витамин принимает участие в превращениях некоторых аминокислот (аспараги- новой кислоты, серина и треонина). Биотин входит в состав активной группы ферметов, катализирующих процесс кар- боксилирования жирных кислот, т.е. присоединения СО2, ко- торое сопровождается удлинением углеродной цепочки жир- ной кислоты.

Инозит, так же как и биотин, является важным факто- ром роста для дрожжей. Недостаток инозита в диете крыс и мышей вызывает у них остановку роста и выпадение шерсти. Среди ряда изомеров инозита биологической активностью обладает лишь мио-инозит:

ОН H

Мио-инозит, соединяясь с шестью молекулами фос- форной кислоты, бразует инозитфосфорную кислоту, которая в виде своей кальций-магниевой соли носит название фитина. Последний чрезвычайно широко распространен в растениях. Особенно много фитина содержится в отрубях и в хлопчат- никовом жмыхе, из которого фитин получают заводским пу- тем.

151

O PO (OH)2

Инозитфосфорная кислота

Пара-аминобензойная кислота. Этот витамин необ-

ходим для роста и обеспечения выживаемости молодых жи- вотных. Пара–аминобензойная кислота является важным фактором роста для многих микроорганизмов, в том числе и для тех, которые населяют кишечник животных и способны к синтезу ряда витаминов, усваиваемых в той или иной мере организмом хозяина. С этим непрямым способом ее действия, по-видимому, и связано ее стимулирующее влияние на рост молодых животных и птиц. В растениях и животных тканях пара-аминобензойная кислота главным образом связана с белками, полипептидами и аминокислотами, а также содер- жится в виде ацетильного производного. Весьма важным со- единением, в состав которого входит пара-аминобензойная кислота, является водорастворимый витамин, получивший название фолиевой кислоты.

COOH

NH2

пара-аминобензойная кислота

Фолиевая кислота. Такое название было дано потому что, этот витамин был выделен из листьев (латинское folium). Физиологическое действие фолиевой кислоты особенно хо- рошо изучено на различных животных и некоторых микроор-

ганизмах (Lactobacillus casei, streptococcus faecalis), для кото-

152

рых она является важным фактором роста. Недостаток фо- лиевой кислоты в пище цыплят и индюшат вызывает задерж- ку роста, анемию и слабое развитие оперения; у обезьян ави- таминоз проявляется в заболевании тяжелой формой лейко- пении (недостаток в крови белых кровяных телец). Фолиевая кислота оказывает благоприятное терапевтическое действие при лечении некоторых тяжелых форм анемии человека.

Основными источниками фолиевой кислоты являются различные листовые овощи, печень, дрожжи. Из всех плодов и овощей наиболее богата фолиевой кислотой земляника и, вероятно, этим объясняется известное с давних пор ее благо- приятное действие при малокровии.

153

8.3.Понятие об антивитаминах

Впроцессе исследования химической природы и био- логического действия витаминов было установлено, что су- ществует целый ряд веществ, инактивирующих витамины и оказывающих на организм действие, противоположное дей- ствию последних. Такие вещества получили название анти- витаминов. Витаминная недостаточность в живом организме может развиваться не только в тех случаях, когда витамины не поступают с пищей, но и под действием антивитаминов.

Антивитамины, занимая место витаминов, образуют «недеятельные ферменты». В результате этого обмен веществ нарушается, что может привести к гибели живых организмов. Так, сульфаниламидные препараты (стрептоцид, норсулфазол

идр.) содержат структурные аналоги пара-аминобензойной кислоты, но в противоположность ей подавляют жизнедея- тельность некоторых бактерий. Пара-аминобензойная кисло- та является важным фактором роста для некоторых микробов. Угнетающее действие на них стрептоцида и других сульфа- ниламидных препаратов объясняется тем, что эти препараты, весьма сходные с пара-аминобензойной кислотой, вступают вместо нее в соединение с ферментом или другим веществом, с которым в процессе обмена обычно реагирует пара- аминобензойная кислота.

В частности, сульфаниламид убивает бактерии, вклю- чаясь в синтез необходимой им фолиевой кислоты. При этом сульфаниламид, занимая место пара-аминобензойной кисло-

154

ты, образует «ложную кислоту», которая не способна участ- вовать в обменных процессах:

Сравните структуру ложной фолиевой кислоты с ра- нее написанной формулой витамина Вс. Точно так же аналог никотиновой кислоты – пиридин-3-сульфокислота – угнетает рост некоторых бактерий, причем угнетающее действие мо- жет быть снято никотиновой кислотой:

В настоящее время обнаружен ряд аналогов рибофла- вина, биотина, фолиевой кислоты, аскорбиновой кислоты, токоферолов, являющихся антивитаминами, которые могут отрицательно влиять на обменные процессы.

Характерной особенностью подобных антивитаминов является то, что их угнетающее действие сказывается лишь на тех организмах, для нормального роста и жизнедеятельно- сти которых необходим соответствующий витамин. Так, мик- роорганизмы для роста которых необходим тиамин, угнета- ются чрезвычайно малыми количествами пириамина; на мик- робов, которые нуждаются лишь в пиримидиновой или тиа- золовой части молекулы тиамина, пиритиамин действует в 10 раз слабее, а на бактерии, совершенно не нуждающихся в тиамине или его компонентах, пиритиамин оказывает лишь очень слабое угнетающее действие.

Кроме антивитаминов, являющихся структурными аналогами соответствующих витаминов, открыты антивита- мины, представляющие собой белки, специфически связы- вающие данный витамин. Таким антивитамином белковой

155

природы является авидин, содержащийся в белке яиц и спе- цифически реагирующий с биотином, в результате чего по- следний теряет свою биологическую активность.

В связи с большой ролью антивитаминов в изучении биологического действия витаминов, а также в связи с тем, что многие антивитамины угнетают рост болезнетворных микробов, исследование химических аналогов витаминов ве- дется чрезвычайно энергично.

156

9. ЗАДАНИЯ ДЛЯ КОЛЛОКВИУМА

Тема «Ферменты, Витамины, Жиры, Аминокислоты, Белки»

Вариант № 1

1.Что такое ферменты. Классификация ферментов по их функциям в живой системе. Привести примеры трансфе- раз.

2.Охарактеризуйте роль витаминов как биокатализа- торов. В какие двухкомпонентные системы они входят?

3.Приведите основные этапы деградации глицерина в живой клетке до ацетил Кофермента А.

4.Написать две возможные биполярные структуры для лизина (α,ε-диаминокапроновая кислота). Привести реакцию гидролитического дезаминирования лизина.

5.Какие типы связей реализуются в третичной струк- туре белка? Приведите примеры.

Вариант № 2

1.Что такое ферменты. Классификация ферментов по их функциям в живой системе. Привести примеры оксидоре- дуктаз.

2.Что такое витамины? Их классификация. Какие со- единения относятся к витаминам группы F?

3.Основные этапы деградации жирных кислот (β- окисление) в живой клетке до ацетил Кофермента А.

4.Напишите схему получения из валина (3-метил-2- аминобутановая кислота) 2-оксо-3-метилбутановой кислоты (реакцией переаминирования) путем передачи аминогруппы на кофермент (пиридоксальфосфат).

5.Дайте определение: протеинам и протеидам. Приве- дите примеры протеидов.

157

1. Приведите строение макроэргического соединения АТФ (аденозинтрифосфат). Какова роль макроэргических со- единений в живой клетке?

2.Напишите формулу 2-метил-3-фенил-1,4- нафтохинона. Как называется этот витамин и какую роль иг- рает в процессах жизнедеятельности?

3.Как синтезируется молекула тристеарилглицерина при участии стеарил Кофермента А?

4.Напишите реакцию гидролитического дезаминиро- вания аспарагиновой кислоты (2-аминобутандиовая). Приве- дите возможные биполярные структуры этой кислоты.

5.Какой процесс называют обратимая денатурация? Объясните когда происходит необратимая денатурацию.

Вариант № 6

1.Напишите составные части молекулы НАД. Сконст- руируйте саму молекулу.

2.Что такое витамины? Их классификация. Охаракте- ризуйте значение рибофлавина для организма.

3.Напишите стадию декарбоксилирования пировино- градной кислоты под действием фермента пируватдекарбок- силаза в процессе деградации глицерина.

4.Напишите примеры реакций на аминогруппу и на карбоксильную группу для изолейцина (2-амино-3- метилпентановая кислота).

5.Что такое третичная структура белка? Какие типы связей приводят к ее образованию?

Вариант № 7

1.Что такое макроэргические соединения? Рассмотри- те на примере АТФ (аденозинтрифосфата).

2.Написать формулу витамина под названием «панто- теновая кислота», который входит в состав ацетил Кофермен- та А.

159

3.Напишите схему деградации глицерина с участием ферментов дегидрогеназы, оксидазы, пируватдекарбоксилазы.

4.Напишите две возможные биполярные структуры аспарагиновой кислоты (2-аминобутандиовая). Приведите реакцию аспарагиновой кислоты со щелочью. Получите амид этой кислоты.

5.Какие типы связей приводят к возникновению вто- ричной структуры белковой молекулы? Приведите примеры.

Вариант № 8

1.Оксидоредуктазы. Строение ФАД (флавинаденин- динуклеотид), его фунуции.

2.Что такое витамины? Их классификация. Какие со- единения относятся к группе В?

3.Из глицериновой кислоты получите пировиноград- ную. Как это происходит при деградации глицерина?

4.Приведите биполярную структуру фенилаланина. Напишите реакцию восстановительного дезаминирования фенилаланина. Назовите образующуюся карбоновую кислоту.

5.Классификация белков по формуле молекул. Приве- дите примеры, охарактеризуйте их функции.

Вариант № 9

1.Двухкомпонентные ферменты. Декарбоксилазы: примеры, выполняемые функции.

2.Витамины, их классификация. Витамин В6 (пири- доксин). Его роль в живой клетке.

3.Напишите стадии деградации глицерина, на которых осуществляется процесс дегидрогенизации под действием НАД.

4.Из 2-оксо-4-метилпентановой кислоты получите лейцин реакцией переаминирования (путем передачи амино- группы с фермента (пиридоксамина) на кетокислоту). Полу- чите метиловый эфир лейцина.

160