Характеристика отдельных представителей монокарбоновых кислот ,

Медико-биологическое значение

Предельные( насыщенные) кислоты

Внимание: высшие карбоновые кислоты, содержащие более 12 атомов углерода,

рассматриваются в теме «Липиды»

Муравьиная кислота – получила свое название от красных муравьев ( formica rufa ), в организме которых была найдена еще в 17 в. Обнаружена в листьях крапивы( отсюда жалящее действие), в хвое, в некоторых фруктах., в организме гусениц.

Для организма человека токсична ( ядовита ) по нескольким причинам: является восстановителем, соединяется с аминогруппами в процессе реакции формилирования и способна разлагаться с выделением СО - оксида углерода(2), который необратимо связывается с ионами железа в гемоглобине.

Безводная муравьиная кислота- прозрачная, бесцветная жидкость с резким запахом, по запаху можно спутать с уксусной кислотой, на кожу действует разъедающее до образования ожогов, пузырей. Применяется для изготовления лекарственного средства для наружного применения под названием «муравьиный спирт»( spiritus acidi formici ). Состав: кислоты муравьиной 1 часть, спирта этилового 70% 10 частей. Применяют для для растираний при невралгиях, миозитах.

Уксусная кислота в виде уксуса известна с глубокой древности. По рассказам Плиния, египетская царица Клеопатра для поддержания красоты пила напиток, полученный растворением жемчуга в уксусе ( кстати, основу жемчуга составляет карбонат кальция СаСО₃, доля органических соединений в морском жемчуге- до 14%, а в пресноводном- до 95%, много гуанина- основания нуклеиновых кислот ).

.Безводная кислота затвердевает при Т=16⁰ в кристаллы, похожие на лед, поэтому ее называют «ледяной уксусной кислотой» Чистая уксусная кислота представляет собой бесцветную прозрачную жидкость с резким запахом, вызывающая ожоги при концентрации более З0 %, а прием вовнутрь вызывает тяжелейшие ожоги пищевода, которые требуют последующей хирургической операции по его восстановлению

Уксусная кислота распространена во всем растительном и животном мире в свободном состоянии, в виде эфиров и тиоэфиров. Микроорганизмы, грибы, дрожжи обладают способностью превращать углеводы в уксусную кислоту путем уксуснокислого брожения, так получают фруктовый( яблочный) уксус – слабый раствор уксусной кислоты. Поэтому уксусная кислота присутствует в сыре, кислом молоке.

В клетках всех тканей человека уксусная кислота представлена ацетилкоэнзимом А. Этого соединения нет в зрелых эритроцитах.

В уксус превращается молодое вино. Этанол, попадающий в организм человека в составе лекарственных спиртовых настоек, алкогольных напитков, также превращается в уксусную кислоту или ее активную форму- АцетилКоА. ( CН ₃СОS КоА ) через промежуточное соединение ацетальдегид, который также как и этанол обладает высокой токсичностью для человека.

С ₂Н₅ ОН + НАД ⁺ ——( фермент алкогольдегидрогеназа)—> СН ₃СНО + НАДН + Н ⁺

этаналь

СН ₃СНО + Н₂ О+ НАД ⁺—( ферм. альдегиддегидрогеназа)—> СН ₃СООН + НАДН + Н ⁺

уксусная кислота

СН ₃СНО + НАД ⁺ + Н S КоА—( ферм. альдегиддегидрогеназа)—> CН ₃СОS КоА +

НАДН + Н ⁺

АцетилКоА образуется в аэробных клетках организма человека из глюкозы, аминокислот и высших карбоновых кислот. АцетилКоА участвует в реакциях цикла Кребса, который объединяет все виды обмена веществ единое целое и создает предпосылки для синтеза АТФ.

Фторуксусная кислота СН₂ F СООН - структурный аналог уксусной кислоты, блокирует реакции цикла Кребса и является поэтому высоко токсичным соединением для организма человека и животных. Физиологическое действие проявляется в поражениях нервной системы и нарушении сердечной деятельности вплоть до летального исхода. Фторацетат калия является токсическим началом ряда ядовитых растений, произрастающих в Африке.( присутствие галогенов в биологически активных природных соединениях – весьма редкое явление! ) Бариевая соль фторуксусной кислоты- одно из самых активных средств в борьбе с грызунами, а 5 мг кислоты на 1 кг массы растений полностью уничтожает тлю, поразившую эти растения.

Масляная кислота ( н- бутановая кислота)

Представляет собой жидкость, обладающую резким запахом, а в разбавленном состоянии- неприятным запахом пота. В виде глицеринового эфира содержится в коровьем молоке, сливочном масле, образуется как промежуточный продукт в процессе биохимических реакций окисления карбоновых кислот с большим числом атомов углерода. Получается в различных бактериальных процессах брожения из углеводов( маслянокислое брожение) и содержится в продуктах питания( квашеная капуста, лимбургский сыр), небольшие количества выделяются в составе пота человека.

Валериановые кислоты С₄ Н₉ СООН ( 4 изомера)

Изовалериановая- 3-метилбутановая кислота- в значительных количествах содержится в корне валерианы, а виде эфиров- в различных эфирных маслах. Соли и эфиры этой кислоты называют изовалераты.

СН₃ – СН – СН ₂ – СООН

СН₃

Препараты валерианы уменьшают возбудимость центральной нервной системы, усиливают действие снотворных препаратов, обладают спазмолитическим действием. Их применяют при нервном возбуждении, бессоннице, неврозах, спазмах желудочно-кишечного тракта.

Непредельные монокарбоновые кислоты

Пропеновая ( акриловая ) кислота СН ₂=СН— СООН - первый представитель ряда

Непредельных кислот – бесцветная жидкость с резким запахом, полимеризуется

при хранении. В организме человека в биохимических реакциях не встречается. Характерны все реакции карбоновых кислот и алкенов: Вступает в реакции присоединения воды, галогеноводородов и аммиака ( присоединение происходит против правила Марковникова )

Используется в производстве полимеров – полиакрила, полиакрилонитрила, полиакриламида и их сополимеров с другими мономерами. Полимеры могут обладать свойствами каучуков или напоминают по внешнему виду стекло – органическое стекло, используются как основа при проведении электрофореза белков в полиакрилатном геле.

Метилпропеновая ( метакриловая ) кислота

СН ₂=С- СООН используется широко в производстве пластмасс: органического

| стекла, в составе сополимеров для зубных протезов,

СН ₃ пломбировочного материала в стоматологии. По химическим

свойствам напоминает акриловую.

Кротоновая (2-бутеновая ) кислота - при комнатной температуре кристаллическое соединение, растворима в воде( 7, 6 г / 100 г при Т=20⁰, 65, 5 г при 40⁰ ).

СН₃ - СН =СН - СООН

Существует в 2 формах: транс – изомер принято называть кротоновой, а цис-изомер – изокротоновой. Образует все функциональные производные карбоксильной группы; по двойной связи присоединяет водород, галогены, галогеноводороды ( последние против правила Марковникова).

В клетках в условиях in vivo важное значение имеет реакция гидратации активной формы кротоновой кислоты, участвует фермент крононаза). Реакция идет в соответствии с распределением электронной плотности в молекуле( посмотрите устойчивость промежуточных σ -комплексов в лекции 4, раздел «Механизм реакции

АЕ» ), образуется активная форма 3- гидроксибутановой кислоты.

СН₃ -СН =СН – СОSКоА + Н₂ О ——> СН₃ -СН -СН ₂– СОSКоА

ОН

По такой же схеме происходит гидратация активных форм любых 2, 3 – непредельных кислот, которые образуются как в процессе синтеза., так и метаболизма высших карбоновых кислот в организме человека. животных, в клетках микроорганизмов.

R-СН ₂ -СН =СН – СОSКоА + Н₂ О ——> R- СН₂ -СН ( ОН ) -СН ₂– СОSКоА

Дикарбоновые кислоты

Гомологический ряд насыщенных дикарбоновых кислот С _n Н ₂_n-2 О ₄

Дикарбоновые кислоты- твердые кристаллические соединения, растворимые в воде, обладают более сильными кислотными свойствами по сравнению с монокарбоновыми кислотами, содержащими одинаковое число атомов углерода.( табл.1). Сравните значения рК _а пар кислот: уксусная- щавелевая, пропановая – малоновая, бутановая- янтарная)

Химические свойства карбоновых кислот в реакциях S _N не отличаются от свойств монокарбоновых кислот: они образуют производные с участием одной или двух карбоксильных групп: сложные эфиры, амиды, соли.

Имеются свои особые свойства, связанные с влиянием карбоксильных групп на атомы углерода скелета.

Щавелевая кислота(этандиовая, оксалат) НООС-СООН- простейшаядикарбоновая насыщенная кислота, сильная кислота. В виде солей распространена в растениях. Соли носят название оксалаты. Нерастворимая кальциевая соль оксалат кальция содержится в оболочках клеток и внутри клеток лишайников, грибов, водорослей, папоротников. Кислая калиевая соль( кисличная соль ) содержится в щавеле и кислице, в других видах растений встречаются оксалаты натрия и магния. У человека и животных в составе мочи и других биологических жидкостей находят небольшие количества щавелевой кислоты, особенно при приеме больших доз витамина С.

Избыток щавелевой кислоты в моче называется оксалурия и является признаком развития мочекаменной болезни, которая характеризуется отложением соли оксалата кальция в почках, суставах, протоках слюнных желез. Образование щавелевой кислоты в организме человека связано с нарушением обмена аминокислоты глицина ( 2- аминоуксусной кислоты ).

Под действием серной кислоты или при быстром нагревании in vitro наблюдается разложение щавелевой кислоты

серная кислота

НООС-СООН ————> СО + СО₂ + Н₂ О

НООС-СООН ——нагревание —> НСООН + СО₂

Токсичность щавелевой кислоты связана с ее сильными кислотными, восстановительными свойствами и возможным разложением с выделением СО, который необратимо связывается с ионом железа в составе гемоглобина.

Малоновая кислота(пропандиовая, малонат) НООС-СН₂-СООН содержится в свекольном соке, в организме человека образуется в цитоплазме в связанном с белками –ферментами виде как нормальный продукт в процессе биосинтеза высших карбоновых кислот (см. реакцию образования малонилКоА, приведенную выше).

Однако обнаружен еще один патологический путь образования малоновой кислоты при усиленном окислении липидов мембран клеток, который получил название «перекисное окисление липидов», или сокращенно «ПОЛ». Этот очень важный для понимания жизнедеятельности процесс изучается подробно в курсе биохимии. Малоновая кислота токсична для организма человека и животных. Она имеет структурное сходство с янтарной кислотой( см. последующий раздел), поэтому малоновая кислота блокирует тот участок реакций цикла Кребса., на котором происходит превращение янтарной кислоты в фумаровую. Нарушение цикла Кребса сопровождается снижением или

прекращением выработки АТФ.

В биохимии малоновую кислоту называют « конкурентным ингибитором» реакции окисления янтарной кислоты в цикле Кребса.

В условиях in vitro малоновая кислота легко декарбоксилируется при нагревании, что связано с взаимным влиянием близко расположенных карбоксильных групп.

нагревание

НООС-СН₂-СОООН ———> СН₃- СООН + СО ₂

уксусная кислота

Янтарная кислота (бутандиовая, сукцинат) НООС-СН₂ -СН₂ –СООН, хорошо растворима в воде, биоактивное вещество

Выделена из янтаря. Обнаружена в клетках растений, в тканях всех животных, содержится в митохондриях. Один из компонентов реакций цикла Кребса. Превращение in vivo янтарной кислоты в фумаровую является примером обратимой реакции дегидрирования ( окисления) с участием активированных атомов водорода СН2- кислотного центра и стереоспецифичной реакции. поскольку образуется только один изомер, имеющий транс-строение.

фермент

НООС-СН₂- СН₂ - СОООН + ФАД < ———> ФАДН₂ + НООС-СН = С Н -СООН

транс-бутендиовая фумаровая

Сложная молекула флавинадениндинуклеотида( ФАД )является окислителем ( аналогично молекуле НАД ⁺), содержит в своем составе рибофлавин - витамин В₂.

Эту реакцию тормозит( ингибирует) малоновая кислота, в составе которой также две карбоксильные группы, но только один -СН2- кислотный центр.

Скелет янтарной кислоты имеют другие биоактивные соединения: яблочная, щавелевоуксусная кислоты, аминокислота аспарагиновая.

Все перечисленные кислоты превращаются друг в друга, обеспечивая энергетический и пластический обмен в клетке:

янтарная ↔ фумаровая ↔ яблочная ↔ щавелевоуксусная ↔ аспарагиновая.

| ……последовательность реакций цикла Кребса…………|

В клетках животных и человека янтарная кислота вместе с аминоуксусной кислотой ( глицином ) необходимы для синтеза сложной гетероциклической системы- гема., который состоит из 4 циклов пиррола.

Соль янтарной кислоты –сукцинат натрия- применяется как препарат, обладающий общим стимулирующим действием и выпускается в нескольких лекарственных формах: «Сукцинат Кардиа» - для профилактики нарушения сердечной деятельности, «Сукцинат Геронто» - для пожилого возраста, «Сукцинат Бэби» - для детей.

Глутаровая кислота (пентандиовая) НООС-СН ₂-СН ₂-СН ₂- СООН, растворима в воде.Содержится в свекольном соке.Скелет глутаровой кислоты имеют биологически активные соединения, участвующие в различных видах обмена: в цикле Кребса – α –кетоглутаровая, лимонная, аминокислота глутаминовая, в синтезе холестерина – 3-гидрокси - 3- метилглутаровая.

В растениях обнаружена трикарбоновая кислота- трикарбаллиловая-3-карбоксипентандиовая, ввиде кальциевой соли найдена в свекольном соке.

НООС- СН₂ –СН- СН₂ –СООН

СООН

Ее производными являются гидроксикислоты: лимонная и изолимонная.

⇐ Предыдущая 9 10 11 12 131415 16 17 18 Следующая ⇒