posobia2 / Лекции по биоорганической химии (2011 г

Глубина пероксидного окисления липидов зависит в первую очередь от состава липидов: с увеличением степени ненасыщенности жирных кислот, входящих в состав липидов, скорость окисления возрастает. Пероксидное окисление липидов приводит к повреждению клеточных мембран, структурными элементами которых являются липиды. Антиоксидантами по отношению к ненасыщеным липидам являются витамины группы Е – токоферолы, которые ингибируют процесс пероксидного окисления. Антиокислительная функция токоферолов определяется наличием подвижного атома Н и способностью реагировать с активными радикалами с образованием малоактивных радикалов, стабилизированных р, -сопряжением.

111

ЛЕКЦИЯ № 9

Поли- и гетерофункциональные соединения. Биологически активные гетероциклические соединения. Таутомерия

Соединения, содержащие одну функциональную группу, называют монофункциональными, соединения с несколькими одинаковыми функциональными группами – полифункциональными, соединения с разными функциональными группами – гетерофункциональными. Большинство органических молекул, участвующих в процессах жизнедеятельности и являющихся родоначальниками различных групп лекарственных препаратов, относятся к поли- и гетерофункциональным соединениям.

К наиболее распространенным представителям полифункциональных соединений относятся многоатомные спирты, фенолы, многоосновные карбоновые кислоты, диамины.

Многоатомные спирты представляют собой бесцветные, вязкие жидкости, сладкие на вкус (этиленгликоль –яд), неограниченно растворимые в воде (этиленгликоль, глицерин) или бесцветные сладкие кристаллические вещества, хорошо растворимые в воде (ксилит, сорбит, маннит и др.). Наличие в молекулах этих соединений нескольких гидроксильных групп обусловливает проявление ими типичных химических свойств одноатомных спиртов. В реакции эти соединения в зависимости от условий вступают одной или всеми гидроксильными группами. В то же время наличие в одной молекуле нескольких электроноакцепторных групп ОН приводит к усилению кислотных свойств этих соединений:

112

Качественной реакцией на многоатомные спирты является взаимодействие со свежеполученным гидроксидом меди(II), приводящее к образованию внутрикомплексных солей, имеющих интенсивный синий цвет.

Этиленгликоль используется для изготовления антифризов, для получения полимеров, глицерин – для получения взрывчатых веществ, лекарственных препаратов, полимеров, как компонент смазок, кремов, парфюмерных и косметических препаратов, медицинских мазей, как мягчитель для тканей, кожи, бумаги.

Ксилит, сорбит получают восстановлением моносахаридов:

Ксилит, сорбит обладают желчегонным и послабляющим действием, организмом человека не усваиваются. Применяются вместо сахара в производстве кондитерских изделий для больных диабетом и ожирением.

113

Многоатомные фенолы – пирокатехин, резорцин, гидрохинон, пирогаллол входят в состав многих природных соединений. Эти соединения широко используются для получения лекарственных препаратов, взрывчатых веществ, красителей, как аналитические реагенты, как восстановители в фотографии.

Многоатомные фенолы, подобно фенолу, являются слабыми ОНкислотами, имеющими несколько констант диссоциации. Для них, как и для фенола, характерна реакция с FeCl3, приводящая к образованию окрашенных продуктов: пирокатехин дает зеленую окраску, резорцин – темно-фиолетовую, гидрохинон – черно-фиолетовую. Как и фенол, многоатомные фенолы легко вступают в реакции электрофильного замещения – подвергаются галогенированию, нитрованию, ацилированию. На воздухе легко окисляются, особенно легко происходит окисление пирокатехина и гидрохинона с образованием, соответственно, 1,2-бензохинона и 1,4-бензохинона.

Хиноны содержат своеобразную систему сопряженных связей, называемую хиноидной группировкой. Она состоит из двух двойных

114

связей в цикле и двух карбонильных групп. Соединения, содержащие хиноидную группировку, широко распространены в природе и могут выступать в качестве стимуляторов роста, антибиотиков, участвовать в окислительно-восстановительных процессах, сопровождающих дыхание.

Окислительно-восстановительные свойства системы хинонгидрохинон играют важную роль в организме. По отношению к большинству органических субстратов эта система выполняет роль окислителя:

Принимая электроны от субстрата, замещенный хинон in vivo (в организме) превращается в соответствующий гидрохинон, который, в свою очередь, передавая электроны (через цитохромную систему) кислороду, обратно превращается в хинон.

Дикарбоновые кислоты – органические соединения, содержащие две карбоксильные группы. Дикарбоновые кислоты представляют собой кристаллические вещества, растворимые в воде. Первая константа диссоциации дикарбоновых кислот выше, чем у соответствующих монокарбоновых кислот, что особенно заметно у низших гомологов. Дикарбоновые кислоты проявляют все свойства монокарбоновых кислот, образуя как моно-, так и дипроизводные. При достаточной удаленности карбоксильных групп молекулы дикарбоновых кислот могут подвергаться дегидратации с образованием циклических ангидридов. Особенно легко этот процесс идет, если образуется стабильный пятиили шестичленный цикл:

115

Диамины – органические соединения, содержащие в молекуле две аминогруппы. В природе чаще всего встречаются пента- и тетраметилендиамины Н2N(CH2)nNH2, где n = 5 и 4, содержащиеся в продуктах гнилостного распада белков – соответственно, кадаверин и путресцин. Эти диамины образуются при ферментативном декарбоксилировании ,соответственно, лизина и орнитина:

Кадаверин найден в спорынье, мухоморе, сыре, пивных дрожжах. Путресцин используется как исходное соединение для синтеза физиологически активных полиаминов – спермидина и спермина.

Аминоспирты классифицируют по расположению аминогруппы относительно гидроксильной группы:

116

-Аминоспирты. Молекулы этих соединений содержат амино- и гидроксильную группу у одного и того же атома углерода. Такие соединения обычно очень неустойчивы и стабилизируются путем отщепления воды либо аммиака:

гидроксильная группа содержатся у соседних атомов углерода:

-Аминоспирты. В молекулах этих соединений атомы углерода, связанные с аминогруппой и гидроксильной группой, разделены одним атомом углерода:

NH2 CH2 CH2 CH2 OH

3-аминопропанол-1

Наибольшее биологическое значение имеют -аминоспирты – коламин и холин. Они и их производные являются структурными компонентами многочисленных биологически активных соединений: фосфолипидов, биогенных аминов, лекарственных препаратов.

Коламин может быть легко синтезирован из этиленоксида или этиленимина:

117

Холин-основание можно синтезировать из этиленоксида, действуя на него триметиламином или из коламина путем алкилирования галогеналканами:

Холин физиологически активен и играет в организме человека и животных важную роль. Он понижает кровяное давление, участвует в регуляции жирового обмена, транспорте жиров, в метаболизме углеводов и белков.

Важную биологическую роль играет ацетилхолин (сложный эфир холина и уксусной кислоты), являющийся нейрогормоном. Он участвует в передаче нервных импульсов к клеткам нервных узлов и мускульным волокнам. Ацетилхолин в организме быстро гидролизуется под действием фермента ацетилхолинэстеразы до холина и уксусной кислоты. Его синтезируют из холина и ангидрида уксусной кислоты:

118

В организме ацетилхолин синтезируется из свободного холина и ацетилкофермента А:

В медицинской практике широко используются производные - аминоспиртов:

Димедрол используется в качестве противоаллергического препарата, обладает слабым снотворным действием. Эфедрин используется как сосудорасширяющее средство.

Большое значение имеют также другие представители гетерофункциональных соединений – аминофенолы, содержащие в своей структуре остаток двухатомного фенола – пирокатехина (катехола или 1,2-диоксибензола). Группу биогенных аминов, являющихся производными пирокатехина (катехола) и осуществляющих регуляцию функций эндокринных желез и передачу нервных импульсов, называют катехоламинами. Катехоламины рассматривают как гормоны и нейромедиаторы. К биогенным катехоламинам относятся дофамин, L- норадреналин и L-адреналин.

119

Основная функция дофамина – медиатор центральной нервной системы. Нарушение синтеза дофамина в мозгу обнаружено при болезни Паркинсона. Адреналин участвует в регуляции сердечной деятельности, обмена углеводов. L-Адреналин – гормон мозгового слоя надпочечников человека и животных (D-энантиомер в 15 раз менее активен). Взаимодействуя с адренорецепторами, вызывает сужение мелких кровеносных сосудов, повышение артериального давления, усиление работы сердца, расслабление мускулатуры бронхов и кишечника. Связываясь со специфическими рецепторами гликогенсодержащих клеток, стимулирует фермент аденилатциклазу, ответственный за синтез циклического аденозинмонофосфата. Последний, в свою очередь, активирует каскад ферментативных реакций, приводящих, в частности, к расщеплению гликогена и повышению содержания глюкозы в крови. Адреналин также стимулирует распад триглицеридов (жиров) в тканях и усиливает катаболические процессы. При эмоциональных переживаниях, особенно в стрессовых ситуациях, усиленной мышечной работе, охлаждении, понижении уровня сахара содержание адреналина в крови резко возрастает, что обеспечивает адаптацию организма к новым условиям.

Биосинтез этих катехоламинов осуществляется из фенилаланина через тирозин по схеме:

120