Курс лекций по биоорганической химии. Курс лекций по биоорганической химии учебное пособие для студентов 1 курса очного обучения
 Скачать 4.37 Mb.
|
  Морфин в медицине применяется как наркотический анальгетик:
Кодеин по характеру действия близок морфину, но его болеутоляющее действие выражено слабее:
Весьма опасным наркотическим препаратом является производное морфина- героин- диацетил морфин( обе гидроксигруппы ацетилированы -образовали сложные эфиры с уксусной кислотой  Особую опасность героина связывают с его утроенным биологическим воздействием: первая фаза как диацетильное производное , вторая - после гидролиза как моноацетильное соединение и третья фаза после полного гидролиза в качестве морфина . 137.3. Группа тропана Представителями этой группы являются атропин и кокаин. В различных видах пасленовых., особенно в красавке, белене, дурмане, скополии содержится ряд родственных алкалоидов, в основе которых лежит кольцевая система нортропана, который построен из пиперидинового и пирролидинового циклов.    7____1____2  8 NН 3_________ 6 5 4 Цикл 1-8-5-6-7 - пятичленный- цикл пирролидина, цикл 1-8-5-4-3-2 – шестичленный, цикл пиперидина. Атом азота – общий для двух циклов. Сочетание двух циклов приводит к образованию третьего- семичленного. Атропин Атропин - кристаллы горького цвета , плохо растворимы в воде, хорошо в этаноле. Сложный эфир тропина( в 3 – положении находится ОН-группа) и троповой кислоты. СН2 – СН- СООН Троповая кислота | | ОН С6 Н5 Атропин расширяет зрачки( мидриатическое действие), подавляет деятельность потовых и слюнных желез. Используют при обследовании глаз. Кодеин Кокаин C 17 Н21 N O4 выделен впервые из листьев Соса ( произрастает в Перу и Боливии) в 1860г. Ниманом. Содержание алкалоида до 1,3 %. Обладает сильным местным анестезирующим действием. Организм быстро привыкает к кокаину и не может в дальнейшем обходиться без него- возникает разновидность наркомании – кокаинизм. Анестезирующее действие связано с наличием « анестезиофорной» группировки ( аналогичная присутствует в анестезине и новокаине) | :>N – ( C )n –O – C - C6 H5 | | | О Анестезиофорная группа Каждый медик должен хорошо знать и помнить о токсическом действии алкалоидов на организм человека. симптомах отравления и приемах экстренной медицинской помощи. 13.8. ВИТАМИНЫ Витамины — низкомолекулярные органические соединения разнообразной химической природы, полностью или частично незаменимые для человека или животных, необходимые для участия в обмене веществ , и не используемые в энергетических и пластических целях. Витамины необходимы для организма, их отсутствие несовместимо с жизнью. Витамины могут быть составными частями( коферментами) каталитических белков ферментов( энзимов) или выполнять функции внутриклеточных регуляторов. В зависимости от физико-химических свойств витамины делят на водорастворимые ( аскорбиновая кислота, никотинамид.)и жирорастворимые ( витамин А ) Всего известно около 20 витаминов и витаминоподобных веществ, необходимых организму человека. Нехватка витаминов в организме человека носит название «гиповитаминоз», а полное отсутствие-«авитаминоз» ( Подробно свойства, строение витаминов, механизмы действия, участие в обмене веществ изучается в курсе биохимии) ВИТАМИН С (АСКОРБИНОВАЯ КИСЛОТА) Структура. Аскорбиновая кислота — лактон L- гулоновой кислоты, синтезируется in vivo из глюкозы в клетках животных и растений.{Напоминаем, лактон- это циклический сложный эфир). Человек, некоторые приматы и морские свинки потеряли способность синтезировать аскорбиновую кислоту. Существует в двух формах: восстановленной (АК) и окисленной (дегидроаскорбиновой кислотой, ДАК), которые обратимо переходят друг в друга в окислительно-восстановительных реакциях. - 2Н Дигидроаскорбиновая кислота < ———> Дегидроаскорбиновая кислота ( АК ) + 2Н ( ДАК )   сильная слабая кислотные группы . . Бесцветные кристаллы, растворимые в воде, имеет резкий кислый вкус. Водный раствор имеет кислую среду, с величиной рН около 3. В восстановленной форме содержит две енольные гидроксигруппы, обладающие кислотными свойствами, но действует как одноосновная кислота. Значения рКа 4.04 и 11.1( одна группа- сильная кислота, сильнее уксусной, а другая очень слабая). АК вместе с ДАК образует окислительно-восстановительную пару с редокс-потенциалом +0,139 В растворе аскорбиновая кислота может окисляться кислородом воздуха, пероксидом водорода, перманганатом калия, железом(+3) и другими окислителями. АК + Н2О2 ———> ДАК + 2 Н2О ДАК легко восстанавливается цистеином, глутатионом, сероводородом ( реакции обратимы ) ДАК + 2 R-SН ———> АК + R-S –S –R При кулинарной обработке пищи в присутствии окислителей и кислорода воздуха часть витамина С разрушается. В слабощелочной среде происходят разрушение лактонового кольца и потеря биологической активности. Одним из конечных продуктов обмена ДАК в организме является щавелевая кислота. Суточная потребность человека в витамине С составляет 50—75мг. Аскорбиновая кислота является природным антиоксидантом, она подавляет реакции свободно-радикального окисления. : инактивирует активные формы кислорода О2• , Н2О2, НО• в водной фазе Нарушение обмена. Недостаточность аскорбиновой кислоты приводит к развитию скорбута- цинги (отсюда название «аскорбиновая кислота»- антискорбутная). Главные проявления цинги - нарушение образования коллагена в соединительной ткани, что проявляется разрыхлением дёсен, расшатыванием зубов, нарушением целостности капилляров и подкожными кровоизлияниями. Возникают отёки, боль в суставах, анемия. Причина анемии связана с нарушением обмена железа и витамина фолиевой кислоты, в которых участвует витамин С. Источники витамина С — свежие фрукты, овощи, зелень
. ВИТАМИН РР (НИКОТИНОВАЯ КИСЛОТА, НИКОТИНАМИД)  Название витамина связано с его биологическими функциями и возникновением одного из самых первых симптомов, свидетельствующих о нехватке этого соединения в организме – «предотвращающий пеллагру» - pellagra preventing – PP( итал – pellagra- шершавая кожа ). Никотиновая кислота обладает меньшим физиологическим действием. В клетках превращается в амид в результате реакции амидирования. Никотиновая кислота обладает слабыми амфотерными свойствами, акцепторная карбоксильная группа снижает основные свойства пиридинового атома азота., образует соли при растворении в щелочах. Биологические функции. Никотиновая кислота в организме в составе НАД+ и НАДФ+ участвует в окислительно- восстановительных реакциях в клетках животных, человека, микроорганизмов, растений. Витамина РР много в растительных продуктах, в рисовых и пшеничных отрубях, дрожжах, в печени и почках крупного рогатого скота и свиней. Витамин РР может образовываться из триптофана, что снижает потребность в витамине РР при увеличении количества триптофана в пище и увеличивает биологическую ценность аминокислоты. Схема превращения в коферменты НАД+ и НАДФ+ + АТФ Никотинамид ——> никотинамидмононуклеотид ————> НАД+ никотинамиддинуклеотид Суточная потребность в этом витамине составляет для взрослых 15-25мг, для детей — 15 мг. Нарушение обмена. Авитаминоз витамина РР приводит к заболеванию «пеллагра» , для которого характерны 3 основных признака: дерматит, диарея и деменция («три Д»). Пеллагра проявляется в виде симметричного дерматита на участках кожи, доступных действию солнечных лучей, расстройств желудочно-кишечного тракта (диарея) и воспалительных поражений слизистых оболочек рта и языка. Одним из первых признаков является отечный язык с бороздками - «географический язык». Расстройства ЦНС проявляются в виде головной боли, головокружений, повышенной раздражимости, в тяжелых случаях в виде деменции (потеря памяти, галлюцинации и бред). Формулы кофермента НАД+ и НАДФ+ и механизм реакций окисления посмотрите в лекции 4 «Механизмы биоорганических реакций». Структурные формулы есть в Приложении. ВИТАМИН А Структура. Название витамин А объединяет 3 вещества: ретинол, ретиналь и ретиноевую кислоту. Все три соединения относятся к соединениям с сопряженной системой двойных связей ( Просмотрите лекцию 1, чтобы обновить знания о свойствах сопряженных систем)  У витамины А есть предшественники – каротиноиды (провитамин А). Самый известный из них β-кароти, представляющий собой удвоенную молекулу витамина А ( по числу атомов углерода). В слизистой оболочке кишечника и печени каротин под действием фермента превращаются в две молекулы ретинола, который потом окисляется в ретиналь и ретиноевую кислоту. При заболеваниях печени, кишечника активность фермента снижается, может возникнуть недостаточность витамина А.):  Источники витамина: Каротиноиды (провитамин А) содержатся в растительных продуктах: моркови, красном перце, зеленом салате, помидорах, плодах рябины, шиповнике. Витамин А содержится только в животных продуктах: печени крупного рогатого скота и свиней, яичном желтке, молочных продуктах; особенно богат этим витамином рыбий жир. Биологическая роль. Действие в организме (вещества, указанные в рамках — компоненты пищи).  Витамин А повышает иммунитет множеством различных способов, что увеличивает сопротивляемость организма к инфекциям. Витамин А - антиоксидант, способствует инактивации свободных радикалов. Он необходим для предотвращения сердечно-сосудистых и других дегенеративных заболеваний. Ретиноевая кислота стимулирует транскрипцию генов и биосинтез различных белков и влияет на рост и дифференцировку клеток, стимулирует эмбриональное развитие и рост организма, обеспечивает его репродуктивную функцию (способствует выработке половых гормонов). Ретинол и ретиналь участвуют в зрительном процессе. Светочувствительный аппарат глаза — сетчатка. В сетчатке происходит преобразование энергии света в химическую Нарушение обмена витамина А. Гиповитаминоз А. Ранний признак — нарушение сумеречного зрения: гемералопия или «куриная» слепота. Дефицит витамина А повышает заболеваемость простудными болезнями, вызывает появление морщин, угрей, сухость и шелушение кожи, ломкость волос и ногтей. Ороговение эпителия слёзного канала вызывает его закупорку и сухость роговой оболочки глаза – ксерофтальмию. Ксерофтальмия приводит к развитию конъюнктивита, отёка, изъязвления и размягчения роговой оболочки, т.е. к кератомаляции (поражение роговицы, характеризующееся ее некрозом и расплавлением). Ксерофтальмия и кератомаляция при отсутствии лечения ведут к полной потере зрения. У детей при авитаминозе А наблюдается остановка роста костей. Прекращение роста костей черепа приводит к повреждению тканей ЦНС, а также к повышению давления спинномозговой жидкости. Опасно превышение нормы поступления в организм - гипервитаминоз А .Острый гипервитаминоз возникает через несколько часов послеоднократного приема сверхвысоких доз витамина. У детей отмечается анорексия, ринит, повышение внутричерепного давления. У взрослых появляются лихорадка, головная боль, сонливость, шелушение кожи, тошнота и рвота. Хронический гипервитаминоз А развивается при приеме витамина в течение 3-6 месяцев . У детей наблюдаются сухость и зуд кожи, выпадение волос на голове, отсутствие аппетита, повышенная возбудимость, увеличение печени, боли и ограничение подвижности в суставах . У взрослых также отмечается сухость и шелушение кожи, нередки жалобы на головную боль, бессонницу, боли в суставах и костях;. Употребление в большом количестве моркови, манго, содержащих много каротина, не сопровождается развитием гипервитаминоза А, но приводит к появлению оранжево-желтого окрашивания кожи (ксантоз) и возможны нарушения функции печени. Стадии зрительного процесса на сетчатке глаза  1. В мембране светочувствительных клеток сетчатки 11-цис-ретиналь соединяется с белком опсином, образуя родопсин; 2 в родопсине под действием кванта света 11-цис-ретиналь фотоизомеризуется в транс-ретиналь; 3. Родопсин распадается на транс-ретиналь и опсин, что приводит к деполяризации мембраны и возникновению нервного импульса, распространяющегося по нервному волокну; 4 транс-ретиналь при участии ретинальизомеразы превращается в 11-цис-ретиналь (Реакция идет через стадии: транс-ретиналь → транс-ретинол → цис-ретинол → цис-ретиналь). Для проверки усвоения темы рекомендуем выполнить задания: 1. Составьте схему превращения( используйте структурные формулы природных стереоизомеров) Назовите тип каждой реакции L- тирозин —(1)——> L- тирамин —(2)——> L-(N- метил)тирамин Какой витамин in vivo участвует в реакции( 1) ? Какая аминокислота является источником метильной группы в реакции метилирования ( 2) in vivo ? 2. Какая качественная реакция позволяет различить эфедрин и адреналин( норадреналин) ? 3. Запишите структурные формулы соли анабазина с хлороводородной кислотой: а) 1 моль кислоты б) 2 моль кислоты 4. Составьте схему последовательного гидролиза героина. Подумайте, какая сложноэфирная группа гидролизуется легче : фенольная ? спиртовая ? ( Надо вспомнить индуктивный и мезомерный эффекты , распределение электронной плотности и механизм реакции гидролиза) 5. Запишите две формулы АК( восстановленная форма). Уберите протон из разных гидроксигрупп –образуются два различных аниона АК. . В каком случае получится более длинная сопряженная система ?( Известно, что чем длиннее сопряженная система, тем устойчивее анион, тем сильнее кислотные свойства ). Совпадают ли Ваши рассуждения с фактами кислотности обеих гидроксигрупп? ДУЭТ БИООРГАНИЧЕСКОЙ ХИМИИ И МЕДИЦИНЫ ( УГТУ-УПИ, г. Екатеринбург- Свердловск) |