Полифункциональные производные органических соединений. Учебное пособие

СООН

Таким образом, исходная кислота уменьшается на 2 углеродных атома, причем двууглеродный остаток уходит в виде ацетилКоА. Остаток исходной кислоты используется затем для новых циклов реакций, которые также заканчива- ются отщеплением ацетилКоА.

Процесс деградации глицерина, так же заканчивается образованием ацетилКоА:

уксусный

альдегид

Молекулы ацетилКоА являются промежуточными про- дуктами окисления жирной кислоты и глицерина (промежу- точные метаболиты), которые затем в цикле карбоновых кислот окисляются до СО2.

Разрушение ацетилкофермента А с разрывом макро-

31

CH2OP(O)(OH)2

диацилглицерин

фосфатидная кислота

Таким образом, триацилглицерины синтезируются в результате ряда последовательных реакций, в ходе которых две молекулы КоА жирной кислоты реагируют с глицерино- 3-трифосфатом с образованием фосфатидной кислоты, кото- рая далее дефосфорилируется, отщепляя фосфорный остаток, и происходит ацилирование с участием третьей молекулы кофермента А.

4. СОЕДИНЕНИЯ СО СМЕШАННЫМИ ФУНКЦИЯМИ

Большое количество важных органических соединений содержат две или более разных функциональные группы. Та- кие соединения называют соединениями со смешанными функциями. Во многих случаях химия таких соединений очень сходна с химией соответствующих монофункциональ- ных соединений, но наличие в молекуле двух разных групп вызывает появление уникальных химических и физических свойств. Основные типы бифункциональных соединений со смешанными функциями приведены в табл. 3.

Таблица 3

Бифункциональные соединения

33

Некоторые многофункциональные соединения имеют очень важное химическое и биохимическое значение и будут рассмотрены в данном разделе.

4.1. Оксокислоты

Оксокислоты относятся к карбонильнокарбоксильным соединениям и имеют в своем составе две функциональные группы – карбонильную (оксо-группа) и карбоксильную (ки- слотная функция). Различают два вида оксокислот: альдеги- докислоты и кетокислоты.

Первые представители гомологического ряда альдеги- до - и кетокислот:

α-оксокислоты

34

OO

оксоэтановая глиоксиловая

H OH

H3C O

2-оксопропановая пировиноградная

OOH

β-оксокислоты

OOH

Химические свойства: для них характерны реакции альдегидов и кетонов, карбоновых кислот (соли, амиды, нит- рилы, ангидриды, хлорангидриды, сложные эфиры) и специ- фические реакции, которые определяются взаимным влияни- ем карбонильной и карбоксильной групп.

Устойчивость оксокислот (специфические реакции): α-оксокислоты устойчивы благодаря наличию сопря-

женной системы связей:

OO

HO H

β-оксокислоты не устойчивы, они распадаются с выде- лением СО2 при слабом нагревании, приводя к образованию альдегидов или кетонов:

35

Способы получения:

- получение α-оксокислот циангидриным методом:

- получение β-оксокислот реакцией гидратации непре- дельных карбоновых кислот:

- получение любых оксокислот гидролизом дигалогено- производных карбоновых кислот:

36

Отдельные представители оксокислот

Пировиноградная кислота. В лаборатории ее полу-

чают из винной кислоты по следующей схеме:

Пировиноградная кислота одно из центральных соеди- нений, участвующих в обмене веществ: она образуется при деградации наиболее важных классов питательных веществ – жиров, углеводов, белков.

Центральную роль пировиноградной кислоты в обмене веществ (метаболизме) иллюстрирует схема на рис.1, показы- вающая ее участие в биохимических процессах.

37

Рис.1. Участие пировиноградной кислоты в биохимических

процессах

I. Спиртовое брожение. Роль пировиноградной кислоты (пиру- вата) заключается в образовании ацетальдегида путем декар- боксилирования и последующем восстановлении в этанол с участием НАД∙Н2 (фермент алкогольдегидрогеназа).

II.Образование макроэргического соединения – фосфоенолпи-

рувата.

III.Образование ацетилкофермента А.

IV. Образование уксусной кислоты (ацетат-аниона) в результате декарбонилирования (отщепления СО).

V.Образование α-аланина (α-аминопропионовой кислоты) в ре- зультате восстановительного аминирования важной амино- кислоты, входящей в состав белков.

VI. Молочнокислое брожение – восстановлением карбонильной группы с участием НАД∙Н2 образуется молочная кислота.

Все эти многостадийные реакции, протекающие в жи- вой клетке, являются каталитическими или ферментативны- ми, т.к. протекают только с участием ферментов. Механизм многостадийного ферментативного катализа очень сложен. К настоящему времени изучены ферментативные механизмы лишь немногих биохимических реакций.

В качестве примера рассмотрим ферментативное пре-

38

вращение пировиноградной кислоты в уксусный альдегид и его последующее восстановление до этанола в условиях жи- вой клетки:

Строение и механизм действия фермента пируват-

декарбоксилазы. Пируватдекарбоксилаза – это двухкомпо- нентный фермент, который состоит из белка и кофермента тиаминпирофосфата. Тиаминпирофосфат представляет со- бой эфир пирофосфорной кислоты и тиамина (витамин В1). Тиаминпирофосфат выполняет функцию кофермента не только в пируватдекарбоксилазе, но и в целом ряде фермен- тов, катализирующих реакции декарбоксилирования α- кетокислот.

В состав тиамина входят два гетероцикла: 2-метил-4- аминопиримидин (I), производное тиазола (II) и остаток пи- рофосфорной кислоты:

O O

PPP O P OH OH OH

39

Атом углерода, расположенный между положительно заряженным атомом азота и атомом серы, легко теряет про- тон с образованием стабильного делокализованного карбоа- ниона, который и играет ведущую роль в реакции декарбок- силирования.

Пиримидиновый цикл не участвует в реакциях, поэто- му упростим молекулу, обозначив его буквой А:

NH2

N

H3C N

A

Делокализованный анион пируватдекарбоксилазы можно записать в упрощенном виде:

Необходимо отметить, что в разбавленных внутрикле- точных водных растворах пировиноградная кислота, подвер- гающаяся декарбоксилированию, находится в виде аниона. Процесс декарбоксилирования протекает следующим обра- зом:

пируват

40