|
Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии |
|
|
Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии |
Классификация и номенклатура аминокислотСтр 1 из 6Следующая ⇒
Классификация и номенклатура аминокислот Общая формула всех аминокислот: Исключение:
В зависимости от кислотно-основных свойств выделяют:
НЕЗАМЕНИМЫЕ АМИНОКИСЛОТЫ:
ПОЛУНЕЗАМЕНИМЫЕ: ЧАСТИЧНОЗАМЕНИМЫЕ: Стереоизомерия α -аминокислот
Все аминокислоты (кроме глицина) имеют асимметрический атом углерода и существуют в виде двух энантиомеров:
Способы получения аминокислот 1. Гидролиз белков (in vitro). 2. Аминирование α –галогенкарбоновых кислот:
3. Синтез Штреккера:
4. Восстановление производных α -кетокислот (восстановительное аминирование):
Химические свойства 1. Кислотность-основность
неионизированная форма цвиттер-ион
Кислотно-основные свойства аминокислот количественно характеризуют значениями рКа кислотной группы (в том числе и боковых радикалов) и рI – изоэлектрической точкой (см. учебник Н.А. Тюкавкиной «Биоорганическая химия»). Изоэлектрическая точка соответствует значению рН, при котором концентрация диполярных ионов максимальна, а минимальные концентрации катионной и анионной форм равны. В изоэлектрической точке суммарный заряд молекулы равен 0.
Три группы аминокислот дают разные равновесные системы: - нейтральные – три формы
катион цвиттер-ион анион
- кислые (анионогенные) содержат в радикале дополнительно карбоксильную группу и образуют равновесные системы из 4-х форм:
- основные (катионогенные) содержат в радикале дополнительно NН2- группу и образуют равновесные системы из 4-х форм:
Аминокислоты – амфолиты:
2. Нуклеофильные и электрофильные свойства аминокислот.
б) Реакции по карбоксильной группе
в) Реакции по другим группам: - гидроксилирования – введение в боковой радикал аминокислоты гидроксильной группы.
- окисления SH-связей
- карбоксилирования – введение карбоксильной группы
- иодирования – введение атомов иода с образованием иодтиронинов – гормонов щитовидной железы:
3. Качественные реакции аминокислот. а) Реакция с нингидрином:
б) Биуретовая реакция
в) Ксантопротеиновая реакция (на Фен, Тир, Tрп, Гис):
г) реакция на серусодержащие аминокислоты:
4. Образование пептидов:
Синтез пептидов осуществляют в несколько стадий:
- защита NH2-группы в первой аминокислоте алкилированием - защита СООН-группы во второй аминокислоте этерификацией - активация СООН-группы в первой фосфорилированием - синтез пептида - снятие защитных групп
Иначе возможно образование смесей пептидов. Например:
Из 3 разных аминокислот получается трипептидов из 4 разных аминокислот – тетрапептидов из 20 разных аминокислот – полипептидов Гидролиз белков
Строение белка. Первичная структура пептидов и белков — это
Вторичная структура белка — это более высокий уровень структурной организации, в котором закрепление конформации происходит за счет Третичная структура белка — это
Четвертичная структура белка — это
Денатурация белков - это разрушение их природной (нативной) пространственной структуры с сохранением первичной структуры.
Обратимая денатурация -
Необратимая денатурация -
Признаки необратимой денатурации:
Функции белков:
Тема: Углеводы
Классификация на основе продуктов гидролиза: 1. Моносахариды 2. Олигосахариды 3. Полисахариды Классификация моносахаридов I. По числу атомов углерода: II. По типу карбонильной группы: - триозы - альдозы - тетрозы - кетозы - пентозы - гексозы
Альдотриоза Кетотриоза Альдопентоза Кетогексоза
Оптическая изомерия
Число оптических изомеров х = 2n, где n - число асимметрических центров.
Кето-енольная таутомерия
Конформация моносахаридов
1C C1 β C1 α
Вывод: Мутаротация - изменение угла вращения плоскополяризованного света с течением времени до постоянного значения (связано с установлением равновесия между всеми возможными формами). В кристаллическом состоянии моносахариды находятся только в циклической форме. В зависимости от условий кристаллизации выделяются в α - или β -форме.
Гомополисахариды
Крахмал – основной запасной полисахарид растений, синтезируется в процессе фотосинтеза и откладывается в клетках в виде зерен. Крахмал содержится в клубнях картофеля (20%), зернах кукурузы (68%), пшеницы (70%), риса (80%). Крахмал амилоза амилопектин
a-Амилоза имеет число звеньев 200-1000, a (1®4)-гликозидные связи, неразветвленную структуру. М = до 500 тыс.
Амилопектин в отличие от амилозы имеет разветвленное строение. Главная и ответвленные цепи содержат a(1®4)-гликозидные связи, а в точках ответвления a(1®6)-гликозидные связи. Декстраны – полисахариды, построенные из остатков a-Д-глюкопиранозы, соединенных a(1→ 6), а в местах разветвления a(1→ 4), a(1→ 3) и a(1→ 2)-гликозидными связями. Обладают антигенными свойствами, используются как заменители плазмы крови (полиглюкин). Являются компонентами налета на зубах. Целлюлоза – структурный полисахарид растений, выполняет опорные функции, обладает большой механической прочностью. Целлюлоза содержится в древесине (50-70%), хлопке (до 100%).
Хитин состоит из остатков N-ацетил-Д-глюкозамина, соединенных b(1→ 4)-гликозидными связями. Опорная и механическая функции в животных организмах (роговые оболочки насекомых, ракообразных и т.п.).
Пектовая кислота состоит из остатков Д-галактуроновой кислоты, соединенных a(1→ 4)-гликозидными связями. Обладает противоязвенным действием (плантаглюцид из подорожника). Содержится в плодах и овощах, используется для изготовления желе, мармелада.
Гетерополисахариды
Гиалуроновая кислота построена из повторяющихся дисахаридных фрагментов, каждый из которых в свою очередь состоит из b-D-глюкуроновой кислоты и b-D-N-ацетилглюкозамина.
Гепарин – состоит из повторяющихся дисахаридных фрагментов, содеращих Д-глюкозамин, L-идуроновую и Д-глюкуроновую кислоты с типом сочленения внутри дисахарида a(1→ 4), а между дисахаридами a(1→ 4) и b(1→ 4). Аминогруппа сульфатирована или ацилирована, также сульфогруппа находится в положении 6 глюкозамина и в положении 2 идуроновой кислоты.
Хондроитинсульфаты представляют собой О-сульфированные в положениях 4 и 6 производные хондроитина (хондроитин-4-сульфат и хондроитин-6-сульфат), которые изомерны гиалуроновой кислоте, но вместо глюкозамина содержат b-D-N-ацетилгалактозамин и этерифицированную остатком серной кислоты ОН-группу при С4 или С6.
Тема: Нуклеиновые кислоты В состав нуклеиновых кислот входят: - углевод (рибоза или - гетероциклическое азотистое основание (пуриновое или - фосфатная группа. Углевод:
Пиримидиновые основания:
Пуриновые основания:
Входят в состав: РНК ДНК
Метилированные производные: Гидрированные производные:
Нуклеозиды ( N-нуклеозиды) Исключение: Тимин + Дезоксирибоза = Тимидин (dT) Тимин + Рибоза = Риботимидин
Цитозин + Рибоза = Цитидин (С) Цитозин + Дезоксирибоза = Дезоксицитидин (dC)
Аденин + Рибоза = Аденозин (A) Аденин + Дезоксирибоза = Дезоксиаденозин (dA)
Лекарственные препараты на основе нуклеозидов
Нуклеотиды (фосфаты нуклеозидов)
Роль АТФ
Макроэргическая связь
Лекарственные препараты на основе нуклеотидов:
Нуклеотиды, входящие в состав нуклеиновых кислот
Аденозин-5’-фосфат (5’-адениловая кислота) Гуанозин-5’-фосфат (5’-гуаниловая кислота)
Дезоксицитидин-5’-фосфат Тимидин-5’-фосфат (5’-дезоксицитидиловая кислота) (5’-тимидиловая кислота)
Гидролиз нуклеотидов: ДНК устойчивы к щелочному гидролизу. РНК гидролизуются в мягких условиях (в щелочной среде) до нуклеотидов.
Строение полинуклеотидной цепи:
Вторичная структура Это пространственная организация полинуклеотидной цепи (Уотсон, Крик, 1953 г): - двойная спираль, образованная водородными связями между тимином и аденином, цитозином и гуанином.
Тема: Липиды
Липиды – природные органические соединения, не растворимые в воде, но жирорастворимы (бензин, петролейный эфир, диэтиловый эфир, ацетон, хлороформ, сероуглерод, метанол, этиловый спирт). Они являются производными высших жирных кислот и способны утилизироваться живыми организмами.
Липиды омыляемые неомыляемые
простые сложные терпены стероиды
Простые липиды - сложные эфиры высших жирных кислот и глицерина (или полициклических спиртов) – жиры (триглицериды), воски (сложные эфиры высших жирных кислот и высших спиртов), стериды (сложные эфиры высших жирных кислот и полициклических спиртов стеролов. Сложные липиды – имеют многокомпонентные молекулы, отдельные части которой соединены связями разного типа: - фосфолипиды (остатки высших жирных кислот, глицерина или другого многоатомного спирта, фосфорной кислоты и азотистых оснований той или иной природы); - гликолипиды (включают многоатомный спирт, высшие жирные кислоты, углевод); - диольные липиды (простые и сложные эфиры двухатомных спиртов с высшими спиртами и высшими жирными кислотами, содержащие в ряде случаев фосфорную кислоту, азотистое основание и углевод); - орнитолипиды (построены из остатокв высших жирных кислот, аминокислоты орнитина (или лизина) и включают в некоторых случаях двухатомные спирты). Функции липидов 1. Энергетическая (1 г жира - 2. Тепловая (плохо проводят тепло, 3. Защитная (предохраняет органы от 4. Функция питания. 5. Строительная (для 6. Распространение в природе: - Растения (семена, плодовая мякоть) - Животные (соединительные, подкожные, жировые ткани).
Классификация липидов
1. Нейтральные липиды ( 2. Фосфолипиды ( 3. Сфинголипиды ( К липидам относят и ряд других биологически важных природных соединений с биологической активностью, которые похожи по физико-химическим свойствам, но различаются по структуре – жирорастворимые витамины А, Д, Е, К и их предшественники – стероиды. Определяющим признаком в классификации является природа связывающего звена между гидрофильным и гидрофобным участком липидной молекулы: Гидролиз (
Жиры – сложные эфиры высших жирных кислот и глицерина (триглицериды, триацилглицериды). Высшие жирные карбоновые кислоты Насыщенные Ненасыщенные
Масляная С3Н7СООН Олеиновая С17Н33СООН Капроновая С5Н11СООН Линолевая С17Н31СООН Пальмитиновая С15Н31СООН Линоленовая С17Н29СООН Стеариновая С17Н35СООН Арахидоновая С19Н31СООН
Номенклатура высших жирных кислот
Стеариновая – октадекановая Пальмитиновая – гексадекановая Лауриновая – додекановая Миристиновая – тетрадекановая Олеиновая – 9-октадеценовая (18: 1; 9) Линолевая - 9, 12-октадекадиеновая (18: 2; 9, 12) Линоленовая – 9, 12, 15-октадекатриеновая (18: 3; 9, 12, 15) Химические свойства 1. Гидролиз –
2. Степень ненасыщенности отражается в количественной характеристике – иодное число -
3. Гидрогенизация жиров ( 3-10 атм
4. Омыление характеризует степень испорченности жира и отражается числом омыления -
Воска (наиболее просто построены) C15H31–CO-OC16H33 - цетилпальмитат ( C15H31–CO-OC30H61 - мирицилпальмитат ( Фосфолипиды - сложные эфиры глицерина с высшими жирными кислотами, содержащие остаток фосфорной кислоты и связанные с нею добавочные группы – азотистые основания, аминокислоты, глицерин.
Фосфолипиды
Фосфатидилхолины Фосфатидилэтаноламины Фосфатидилсерины (лецитины) (кефалины)
У большинства природных фосфоглицеринов остатки насыщенных жирных кислот С16–С18 находятся при заместителе С1, а при С2 – остатки ненасыщенной кислоты, содержащей от 1 до 4 двойных связей.
При полном гидролизе 1 моль фосфолипида образуются:
Синтез в организме:
Сфинголипиды – в их состав входит остаток спирта сфингозина (реже дигидро- или дегидросфингозинов).
Сфинголипид
Церамиды Сфингомиелины
Гликосфинголипиды содержат кроме сфингозидного остатка еще один или несколько углеводных фрагментов. В аномально больших количествах накапливаются в миелиновых оболочках нервов, сером и белом веществе мозга при некоторых заболеваниях, сопровождающихся нарушениями липидного обмена.
Гликосфинголипиды Цереброзиды Ганглиозиды
Цереброзиды – при полном гидролизе распадаются на сфингозин, жирную кислоту и моносахарид (Д-галактозу и реже Д-глюкозу) в соотношении 1: 1: 1.
В зависимости от типа монозы их подразделяют на:
Ганглиозиды – олигосахариды, агликоном которых являются церамиды, но сахарная часть сложнее (олигосахариды могут содержать до 4 остатков преимущественно галактозы). Обязательно наличие хотя бы одного остатка сиаловой кислоты, как правило, ацетилнейраминовой (5-амино-2-оксо-4, 6, 7, 8, 9-пентаоксинановой кислоты, или нонулозаминовой кислоты).
Тема: Стероиды - неомыляемые липиды
В основе стероидов – остов стерана (или гонана) -циклопентанпергидрофенантрена, т.е. полностью гидрированного фенантрена, конденсированного с циклопентаном).
Классификация стероидов (в зависимости от числа углерода в алифатических заместителях) Эстрогены (С18) - эстран ( Андрогены (С19) - андростан ( Кортикостероиды (С21) - прегнан ( Желчные кислоты (С24) - холан ( Стерины (С27) - холестан (
Природным соединениям отвечают такие структуры, в которых атом Н или СН3-группа находятся над плоскостью чертежа. Для обозначения конфигурации других заместителей применяют α, β –систему:
все заместители и атомы Н, расположенные по ту же сторону скелета, что и атом Н или СН3–группа при С13, обладают β -конфигурацией; для всех остальных - α -конфигурация.
транс-Декалин цис-Декалин
При транс-сочленении циклогексановых колец атом Н при С5 имеет α -конфигурацию, а при цис-сочленении - β -конфигурацию.
С помощью указания конфигурации атома водорода при С5 сочленение колец А и В определяется однозначно. Кольца В и С всегда Для большинства стероидов транс-сочленение характерно и для колец Боковая цепь при С17 имеет
Желчные кислоты
Холевая кислота Дезоксихолевая кислота
Таурохолевая кислота Гликохолевая кислота
Стерины Зоостерины (стерины животных) Фитостерины (стерины растений) Микостерины (стерины грибов) Фукостерины (стерины водорослей)
Холестерин
Функции холестерина в организме: 1. Биогенетическая – предшественник всех других стероидов. 2. Гормональная - 3. Структурная – участвует в построении мембран. Концентрация в организме 150-250 мг/дл крови (норма). Избыток ведет к сердечно-сосудистым заболеваниям (атеросклероз). Техническое применение: Жидкие кристаллы (часы, дисплеи для ЭВМ). 90% жидких кристаллов имеют в основе холестерин с привитой цепочкой жирных кислот.
Тема: ТЕРПЕНЫ Одним из основоположников химии терпенов Ружичка сформулировал «Изопреновое правило» (1920 г), которое гласит: - терпены образуются в результате полимеризации изопрена по типу «голова к хвосту». Все терпены можно рассматривать как полимеры изопрена:
Все терпеновые углеводороды имеют общую формулу: По числу изопреновых фрагментов терпены подразделяют на:
1. Монотерпены, из-за своей легкой летучести и запаха, особенно ценны для промышленности душистых веществ. Их подразделяют на следующие группы:
а) Алициклические монотерпены
б) Моноциклические терпены - в основе структура ментана (1-метил-4-изопропи-лциклогексана):
в) Бициклические терпены
2. Сесквитерпены (от лат. sesqui - полтора). Они бывают ациклическими, моно-, би- и трициклическими.
Дитерпены Спирт - фитол в настоящее время применяется в качестве предшественника в промышленном синтезе витаминов Е и К1.
В организмах млекопитающих фитол подвергается α –расщеплению под действием фитанат-α -оксидазы. Нарушение этого процесса, связанного с передающейся по наследству болезнью Рефсума и обусловленного отсутствием фитанат-α -оксидазы, приводит к накоплению в сыворотке крови и тканях фитановой кислоты.
Тритерпены В растениях находятся в виде гликозидов – сапонинов, углеводная часть которых - остаток олигосахарида, соединенный по С-3. Сапонины - поверхностно-активные вещества, поэтому при встряхивании их растворов образуется устойчивая пена, похожая на мыльную. Они способны вызывать гемолиз эритроцитов. Наиболее важным тритерпеном является сквален С30Н50.
Сквален содержится почти во всех живых организмах и является ключевым соединением в биосинтезе тритерпенов и стероидов.
Тетратерпены (каротиноиды) Тетратерпены присутствуют во всех фотосинтезирующих организмах, в растениях участвуют в процессе фотосинтеза. Ликопин выделяют из томатной пасты с помощью хроматографии на колонке; β -каротин, изомер ликопина, содержится в моркови.
Каротиноиды, имеющие хотя бы одно β –кольцо, являются предшественниками витамина А.
Превращение ретинола в 11-цис-ретиналь имеет огромное значение в зрительном процессе. О значении витамина А можно судить по тому, что отсутствие его в рационе подопытных животных приводит к их гибели.
Ликопинемия -
Каротинемия –
Тема: Химия для медицины Лекарственные вещества (ЛВ) – индивидуальные вещества растительного, животного, микробного или синтетического происхождения, обладающие фармакологической активностью. Лекарственные средства (ЛС) – неорганические или органические соединения, обладающие фармакологической активностью, и полученные путем синтеза из растительного сырья, минералов, крови, плазмы крови, органов, тканей человека или животных, а также с применением биотехнологий.
Лекарственная форма (ЛФ) – придаваемое ЛС удобное для применения состояние, при котором достигается необходимый фармакологический эффект. Лекарственный препарат (ЛП) – дозированные ЛС в определенной ЛФ, готовые к применению.
Основные этапы поиска лекарств:
1. Замысел. - Идея создания нового ЛВ при совместной работе фармакологов и химиков-синтетиков.
2. Синтез предварительно отобранных структур. Идет и отсев нестабильных соединений, очень трудоемкого и дорогого синтеза, или невозможного синтеза.
3. Скрининг. - Фармакологический скрининг и доклинические испытания. 4. Клиническая проверка. - Проводится только для БАВ, которые прошли все этапы фармакологического скрининга. Клинические испытания проводятся на разных уровнях:
5. Промышленная технология. – Разработка технологии производства нового ЛВ и наиболее рациональной ЛФ. Подготовка нормативной документации, включающей способы контроля качества самого ЛВ и его ЛФ. Внедрение ЛВ в промышленное производство и отработка всех стадий его получения в заводских условиях. 6. Продажа ЛВ. – Большую роль играет реклама, которая влияет на объемы продаж и даже на сроки жизни самого ЛВ. 7. Новый замысел. – Он возникает, если к промышленному препарату нужны новые свойства, новая ЛФ или он не нашел широкого практического применения. Поиск новых ЛВ осуществляется различными путями. Ведущее направление - исследования в области модификации структуры известных природных БАВ. Например, в молекуле фолиевой кислоты (витамин В6, из листьев шпината, играет важную роль в метаболизме НК и клеточных белков у микроорганизмов) ключевым фрагментом является пара-аминобензойная кислота:
Препарат, попадая в клетку, дегидратирует рецептор и создает вокруг него новую границу раздела, предотвращая при этом электролитический контакт рецептора с нервной системой и реализуется обезболивающий эффект.
В связи с одинаковыми размерами пара-аминобензойную кислоту можно заменить на пара-аминобензолсульфокислоту, амид которой является родоначальником группы ЛВ, обладающих антибактеральной активностью – сульфаниламиды.
Природные пенициллины применяют для лечения пневмонии, гонореи, сифилиса, раневых и гнойных инфекций, ангин различной этиологии. Полусинтетические аналоги имеют более широкий спектр антибактериального действия – активны против грамположительных бактерий, устойчивы к действию кислот и лактамаз. ЛП пенициллинов отличаются друг от друга и продолжительностью действия, и эффективностью при различных путях введения. Например, Na-ую и K-ую соль бензилпенициллина вводят в/м и подкожно в 3-6 приемов. Новокаиновая соль при в/м введении действует 12-18 часов, бензатинбензилпенициллин действует 1-2 недели.
Некоторые закономерности зависимости «строение-активность»: 1. Ненасыщенные соединения более фармакологически активны, чем насыщенные. 2. Введение галогенов повышает активность 3. Наличие кислорода зависит от типа функциональной группы, в которую он входит. Так, -ОН, -СНО, С=О -С6Н4-ОН -СООН
4. Наличие азота также зависит от типа функциональной группы, в которую он входит. -NO2 Например, нитроглицерин используется в качестве гипотензивного, спазмолитического средства. В организме он превращается в нитрат-ионы, которые восстанавливаются гемоглобином крови в монооксид азота:
-NH2 - -NR2 - - CO-NH- (карбоксамидная) – 5. Введение в молекулу алкильных радикалов, разветвления их цепей ведет к изменениям в активности. Например, - удлинение алифатической цепи до 6 атомов углерода усиливает активность; - замещение водородов в группах NH2-, OH-, COOH – снижает активность.
6. Ацилирование влияет на активность и токсичность, и может привести к полному изменения фармакологической активности.
Токсична, Безопасная LD50 = мг/кг. суточная доза - г.
7. Пространственное строение также влияет на фармацевтическую активность. (+) R-энантиомер обладает снотворным действием, а (-) S-энантиомер вызывает тератогенность.
L-тироксин в 4 раза активнее Д-тироксина; L-адреналин в 17 раз активнее энантиомера;
Классификация и номенклатура аминокислот Общая формула всех аминокислот: Исключение:
В зависимости от кислотно-основных свойств выделяют:
НЕЗАМЕНИМЫЕ АМИНОКИСЛОТЫ:
ПОЛУНЕЗАМЕНИМЫЕ: ЧАСТИЧНОЗАМЕНИМЫЕ: Стереоизомерия α -аминокислот
Все аминокислоты (кроме глицина) имеют асимметрический атом углерода и существуют в виде двух энантиомеров:
|
Последнее изменение этой страницы: 2019-06-19; Просмотров: 124; Нарушение авторского права страницы
а) Реакции по аминогруппе
Гистидин Гистамин
Растительное масло + H2/Ni, Cu 170-180°С Жир (маргарин)
