Билет №17

1. Многоатомные спирты (этиленгликоль, глицерин, инозит). Образование хелатных комплексов как качественная реакция на диольный фрагмент. Двухатомные фенолы. Система гидрохинон-хинон. Фенолы как антиоксиданты (ловушки свободных радикалов). Полиамины (этилендиамин, путресцин, кадаверин).

Двухатомные спирты, т.е. спирты, содержащие две гидроксильные группы, имеют общее название диолы, или гликоли; трехатомные спирты называют триолами. Представителями таких спиртов являются этиленгликоль и глицерин соответственно. Общее название многоатомных спиртов – полиолы. В состав многих природных соединений входят в виде фрагментов двухатомные фенолы – пирокатехин, резорцин, гидрохинон.

Этиленгликоль (этандиол-1,2) - высокотоксичная жидкость, используется в технике для приготовления антифризов – жидкостей с низкой температурой замерзания.

Глицерин (пропантриол-1,2,3) - нетоксичная вязкая жидкость сладкого вкуса, входит в состав большинства липидов. Применяется как компонент мазей для смягчения кожи.

К спиртам высшей атомности относятся пентиты и гекситы, т.е. соответственно пяти- и шестиатомные спирты с открытой цепью. Накопление гидроксильных групп в молекуле ведет к появлению сладкого вкуса. Представители пентитов и гекситов - ксилит и сорбит - заменители сахара для больных диабетом.

Многоатомный циклический спирт миоинозит относится к витаминоподобным соединениям (витамины группы В) и является структурным компонентом сложных липидов – фосфатидилинозитов. В растениях широко распространена фитиновая кислота, представляющая собой гексафосфат миоинозита. Кальциевая или смешанная кальций-магниевая соль фитиновой кислоты, называемая фитином, улучшает состояние нервной системы при заболеваниях, связанных с недостатком фосфора в организме.

В природе встречается множество производных циклогексанового ряда, среди которых важную роль играют шестиатомные спирты – инозиты. В связи с наличием в их молекулах асимметрических центров инозиты существуют в виде нескольких стереоизомеров, из которых наиболее распространен миоинозит. Молекула миоинозита имеет стабильную конформацию кресла, в которой пять из шести групп ОН находятся в экваториальных положениях.

Многоатомные спирты, содержащие гидроксильные группы у соседних атомов углерода, при взаимодействии с гидроксидами тяжелых металлов, например гидроксидом меди (II) в щелочной среде, образуют внутрикомплексные, так называемые хелатные, соединения. Такие соединения обычно хорошо растворимы в воде и интенсивно окрашены, поэтому реакция используется как качественная. При взаимодействии этиленгликоля или глицерина с гидроксидом меди (II) возникает интенсивно синее окрашивание в результате образования гликолята меди (II) или глицерата меди (II).

Эта качественная реакция характерна для многоатомных спиртов с открытой цепью и некоторых циклических спиртов, в которых гидроксильные группы достаточно сближены.

Хиноны - сильные окислители. Принимая два электрона и два протона, они восстанавливаются в соответствующие гидрохиноны.

Окислительно-восстановительная система хинон-гидрохинониграет важную роль в организме. По отношению к большинству органических субстратов эта система выступает в роли окислителя.

Образующиеся in vivo пероксидные радикалы сравнительно малоактивны, поэтому они реагируют довольно избирательно, атакуя, например, лишь связи С – Н в аллильном фрагмента и связи О – Н в некоторых фенолах. В последнем случае образуются малоактивные радикалы, неспособные вступать в реакцию с новой молекулой RH, и цепной процесс прерывается. Поэтому фенолы, в частности α-токоферол, играют в пероксидном окислении роль антиоксидантов.

Из полиаминов аиболее известны тетраметилендиамин, или путресцин H₂N(CH₂)₄NH₂, и пентаметилендиамин, или кадаверин H₂N(CH2)₅NH₂. Их долгое время считали трупными ядами, т.е. веществами, образующимися при декарбоксилировании диаминокислот и обусловливающими ядовитость гниющих белков. В настоящее время выяснено, что ядовитые свойства белкам при гниении придают другие вещества.

2. Омыляемые липиды: простые (воски, жиры и масла) и сложные (фосфолипиды, сфинголипиды, гликолипиды). Природные высшие жирные кислоты (пальмитиновая, стеариновая, олеиновая, линолевая, линоленовая, арахидоновая).

Липиды составляют большую и достаточно разнородную по химическому составу группу входящих в состав живых клеток органических веществ, растворимых в малополярных органических растворителях (эфире, бензоле, хлороформе и др.) и нерастворимых в воде. В общем виде они рассматриваются как производные жирных кислот. Омыляемые липиды – это липиды, которые при щелочном гидролизе дают соли высших карбоновых кислот.

Особенность строения липидов – присутствие в их молекулах одновременно полярных (гидрофильных) и неполярных (гидрофобных) структурных фрагментов, что придает липидам сродство как к воде, так и к неводной фазе. Липиды относятся к бифильным веществам, что позволяет им осуществлять свои функции на границе раздела фаз.

Омыляемые липиды делят на простые (двухкомпонентные), если продуктами их гидролиза являются спирты и карбоновые кислоты, и сложные (многокомпонентные), когда в результате их гидролиза кроме этого образуются и другие вещества, например фосфорная кислота и углеводы. К простым липидам относятся воски, жиры и масла, а также церамиды, к сложным – фосфолипиды, сфинголипиды и гликолипиды.

Воски – сложные эфиры высших жирных кислот и высших одноатомных спиртов. Воски образуют защитную смазку на коже человека и животных и предохраняют растения от высыхания. Они применяются в фармацевтической и парфюмерной промышленности при изготовлении кремов и мазей. Примером служит цетиловый эфир пальмитиновой кислоты (цетин) - главный компонент спермацета.Спермацет выделяется из жира, содержащегося в полостях черепной коробки кашалотов. Другим примером является мелиссиловый эфир пальмитиновой кислоты - компонент пчелиного воска.

Жиры и масла – САмая распространенная группа липидов. Большинство из них принадлежит к триацилглицеринам – полным эфирам глицерина и ВЖК, хотя также встречаются и принимают участие в обмене веществ моно- и диацилглицерины. Жиры и масла (триацилглицерины) – сложные эфиры глицерина и высших жирных кислот.

В организме человека триацилглицерины играют роль структурного компонента клеток или запасного вещества («жировое депо»). Их энергетическая ценность примерно вдвое больше, чем белков или углеводов. Однако повышенный уровень триацилглицеринов в крови является одним из дополнительных факторов риска развития ишемической болезни сердца.

Твердые триацилглицерины называют жирами, жидкие – масслами. Простые триацилглицерины содержат остатки одинаковых кислот, смешанные – различных.

В составе триацилглицеринов животного происхождения обычно преобладают остатки насыщенных кислот. Такие триацилглицерины, как правило, твердые вещества. Напротив, растительные масла содержат в основном остатки ненасыщенных кислот и имеют жидкую консистенцию.

Ниже приведены примеры нейтральных триацилглицеринов и указаны их систематические и (в скобках) обычно употребляемые тривиальные названия, основанные на названиях входящих в их состав жирных кислот.

Некоторые сложные липиды трудно классифицировать однозначно, так как они содержат группировки, позволяющие отнести их одновременно к различным группам. Согласно общей классификации липидов сложные липиды обычно делят на три большие группы: фосфолипиды, сфинголипиды и гликолипиды.

В группу фосфолипидов входят вещества, отщепляющие при гидролизе фосфорную кислоту, например глицерофосфолипиды и некоторые сфинголипиды. В целом фосфолипидам свойственно достаточно высокое содержание ненасыщенных кислот.

Глицерофосфолипиды являются главными липидными компонентами клеточных мембран. По химическому строению глицерофосфолипиды представляют собой производные L-глицеро-З-фосфата.

L-Глицеро-З-фосфат содержит асимметрический атом углерода и, следовательно, может существовать в виде двух стереоизомеров.

Природные глицерофосфолипиды имеют одинаковую конфигурацию, являясь производными L-глицеро-З-фосфата, образующегося в процессе метаболизма из фосфата дигидроксиацетона.

Среди глицерофосфолипидов наиболее распространены фосфатиды – сложноэфирные производные L-фосфатидовых кислот.

Фосфатидовые кислоты – это производные L-глицеро-З-фосфата, этерифицированные жирными кислотами по спиртовым гидроксильным группам.

Как правило, в природных фосфатидах в положении 1 глицериновой цепи находится остаток насыщенной, в положении 2 – ненасыщенной кислоты, а один из гидроксилов фосфорной кислоты этерифицирован многоатомным спиртом или аминоспиртом (X – остаток этого спирта). В организме (рН ~7,4) оставшийся свободным гидроксил фосфорной кислоты и другие ионогенные группировки в фосфатидах ионизированы.

Примерами фосфатидов могут служить соединения, в составе которых фосфатидовые кислотыэтерифицированы по фосфатному гидроксилу соответствующими спиртами:

• фосфатидилсерины, этерифицирующий агент – серин;

• фосфатидилэтаноламины, этерифицирующий агент – 2-аминоэтанол (в биохимической литературе часто, но не вполне правильно называемый этаноламином);

• фосфатидилхолины, этерифицирующий агент – холин.

Эти этерифицирующие агенты взаимосвязаны между собой, поскольку фрагменты этаноламина и холина могут образовываться в ходе метаболизма из фрагмента серина путем декарбоксилирования и последующего метилирования при помощи S-аденозилметионина (SAM).

Ряд фосфатидов вместо аминосодержащего этерифицирующего агента содержит остатки многоатомных спиртов - глицерина, миоинозита и др. Приведенные ниже в качестве примера фосфатидилглицерины и фосфатидилинозиты относятся к кислым глицерофосфолипидам, поскольку в их структурах отсутствуют фрагменты аминоспиртов, придающие фосфатидилэтаноламинам и родственным соединениям нейтральный характер.

Менее распространены по сравнению со сложноэфирными глицерофосфолипидами липиды с простой эфирной связью, в частности плазмалогены. Они содержат остаток ненасыщенного спирта, связанный простой эфирной связью с атомом С-1 глицеро-3-фосфата, как, например, плазмалогены с фрагментом этаноламина – L-фосфатидальэтаноламины. Плазмалогены составляют до 10% всех липидов ЦНС.

Сфинголипиды представляют собой структурные аналоги глицерофосфолипидов, в которых вместо глицерина используется сфингозин. Другим примером сфинголипидов служат рассмотренные выше церамиды.

Важную группу сфинголипидов составляют сфингомиелины, впервые обнаруженные в нервной ткани. В сфингомиелинах гидроксильная группа у С-1 церамида этерифицирована, как правило, фосфатом холина (реже фосфатом коламина), поэтому их можно отнести и к фосфолипидам.

Как можно судить по названию, гликолипиды включают углеводные остатки (чаще D-галактозы, реже D-глюкозы) и не содержат остатка фосфорной кислоты. Типичные представители гликолипидов – цереброзиды и ганглиозиды – представляют собой сфингозинсодержащие липиды (поэтому их можно считать и сфинголипидами).

В цереброзидах остаток церамида связан с D-галактозой или D-глюкозой β-гликозидной связью. Цереброзиды (галактоцереброзиды, глюкоцереброзиды) входят в состав оболочек нервных клеток.

Ганглиозиды – богатые углеводами сложные липиды – впервые были выделены из серого вещества головного мозга. В структурном отношении ганглиозиды сходны с цереброзидами, отличаясь тем, что вместо моносахарида они содержат сложный олигосахарид, включающий по крайней мере один остаток V-ацетилнейраминовой кислоты.

Высшие жирные кислоты (ВЖК). Многие высшие карбоновые кислоты были впервые выделены из жиров, поэтому они получили название жирных. Биологически важные жирные кислоты могут быть насыщенными и ненасыщенными. Их общие структурные признаки:

• являются монокарбоновыми;

• содержат неразветвленную углеродную цепь;

• включают четное число атомов углерода в цепи;

• имеют цис-конфигурацию двойных связей (если они присутствуют).

В природных кислотах число атомов углерода колеблется от 4 до 22, но чаще встречаются кислоты с 16 или 18 атомами углерода. Ненасыщенные кислоты содержат одну или несколько двойных связей, имеющих цис-конфигурацию. Ближайшая к карбоксильной группе двойная связь обычно расположена между атомами С-9 и С-10. Если двойных связей несколько, то они отделены друг от друга метиленовой группой СН₂.

Правилами ИЮПАК для ВЖК допускается использование их тривиальных названий.

В настоящее время также применяется собственная номенклатура ненасыщенных ВЖК. В ней концевой атом углерода, независимо от длины цепи, обозначается последней буквой греческого алфавита ω (омега). Отсчет положения двойных связей производится не как обычно от карбоксильной группы, а от метильной группы. Так, линоленовая кислота обозначается как 18:3 ω-3 (омега-3).

Сама линолевая кислота и ненасыщенные кислоты с иным числом атомов углерода, но с расположением двойных связей также у третьего атома углерода, считая от метильной группы, составляют семейство омега-3 ВЖК. Другие типы кислот образуют аналогичные семейства линолевой (омега-6) и олеиновой (омега-9) кислот. Для нормальной жизнедеятельности человека большое значение имеет правильный баланс липидов трех типов кислот: омега-3 (льняное масло, рыбий жир), омега-6 (подсолнечное, кукурузное масла) и омега-9 (оливковое масло) в рационе питания.

Из насыщенных кислот в липидах человеческого организма наиболее важны пальмитиновая С₁₆ и стеариновая С₁₈, а из ненасыщенных - олеиновая С_18:1, линолевая С_18:2, линоленовая и арахидоновая С_20:4.

Следует подчеркнуть роль полиненасыщенных линолевой и линоленовой кислот как соединений, незаменимыхдля человека («витамин F»). В организме они не синтезируются и должны поступать с пищей в количестве около 5 г/день. В природе эти кислоты содержатся в основном в растительных маслах.

3. Приведите проекционную формулу стереоизомера природной основной α-аминокислоты. Назовите её по заместительной номенклатуре ИЮПАК с учётом конфигурации.

Лизин: H₂N – (CH₂)₄ – CH – COOH

|

NH₂

COOH COОH

H₂N Н Н NH₂

(CH₂)₄NH₂ (CH₂)₄NH₂

L-2,6-диаминобутановая кислота D-2,6-диаминобутановая кислота (природная форма)

4. Приведите пример реакции ацилирования пропантиола. Укажите механизм.

Реакция идёт по механизму нуклеофильного замещения.

5. Приведите строение трипептида, включающего валин, серин и глутаминовую кислоту.

CH₂ – O – C(O) – CH(NH₂) – CH(CH₃)₂

|

CH – O – C(O) – CH(NH₂) – CH₂ – OH

|

CH₂ – O – C(O) – CH(CH₂) – CH₂ – CH₂ – COOH