Восстановление пвк in vivo

Обновлено: 11.01.2025

1.ГЕТЕРОФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ, ИХ ОСОБЕННОСТИ И РОЛЬ В ПРОЦЕССАХ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ.

Гетерофункциональные соединения содержат в молекуле две и более различных функциональных групп. Эти соединения являются биологически важными соединениями, участниками многих процессов, происходящих в живых организмах, а также лекарственными препаратами.

К гетерофункциональным соединениям относятся аминоспирты, оксикислоты, аминокислоты, оксокислоты, витамины, гормоны, коферменты и др.

Аминоспирты содержат ОН и NH 2 группы, например,

2-аминоэтанол (коламин), входит в состав фосфолипидов.

Гидроксикислоты (оксикислоты) содержат ОН и СООН группы, например,

2-гидроксипропановая (молочная) кислота. Образуется в процессе анаэробного гликолиза.

Оксокислоты (кетокислоты) содержат С=О и СООН группы. Например,

2-оксопропановая (пировиноградная) кислота. Пировиноградная кислота образуется при окислении молочной кислоты, является промежуточным продуктом обмена углеводов.

Аминокислоты содержат NH 2 и COOH группы. Например,

2-аминопропановая кислота (аланин). Аланин входит в состав пептидов и белков.

В алифатическом ряду все приведенные функциональные группы обладают электроноакцепторным характером и, сдвигая электронную плотность на себя, способствуют повышению реакционной способности каждой из функциональных групп. Например, в оксокислотах электрофильность каждого из двух карбонильных атомов углерода возрастает под влиянием отрицательного индуктивного эффекта другой функциональной группы, что приводит к повышению реакционной способности:

Так как индуктивный эффект затухает через 3-4 связи, то важным обстоятельством является взаимное расположение функциональных групп в углеродной цепи. Функциональные группы могут находиться у одного и того же атома углерода (a-расположение) или у разных (b-, g-, d- и т.д. расположение):

Каждая из функциональных групп сохраняет собственную реакционную способность, которая усиливается под влиянием другой. Кроме того, у гетерофункциональных соединений могут появляться специфические химические свойства.

2. ГИДРОКСИКИСЛОТЫ. СТРОЕНИЕ, ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

Гидроксикислоты дают все реакции характерные для карбоксильной, гидроксильной групп и реакции, характерные только для гидроксикислот.

I . Свойства по карбоксильной группе.

Диссоциация . Гидроксикислоты, как правило, являются более сильными кислотами, чем обычные кислоты с тем же числом атомов углерода. Это связано с электроноакцепторным влиянием группы ОН, что приводит к повышению устойчивости образующегося карбоксилат-иона. Чем ближе ОН- группа располагается к карбоксильной группе, тем сильнее данная кислота.

Образование солей . Гидроксикислоты, подобно обычным кислотам, образуют соли со щелочами и солями более слабых кислот. Соли молочной кислоты называются лактаты.

Реакции нуклеофильного замещения у sp 2 -гибридизованного атома углерода.

II . Свойства по гидроксильной группе. Образование солей

Образование простых эфиров

Образование сложных эфиров

Важное биологическое значение имеют реакции окисления гидроксикислот, которые in vivo протекают при участии кофермента НАД + и ферментов дегидрогеназ:

3. РАЗЛИЧИЕ В ХИМИЧЕСКИХ СВОЙСТВАХ a-, b-, g-ГИДРОКСИ- И АМИНОКИСЛОТ.

a-, g-Гидрокси- и аминокислоты при нагревании вступают в реакции нуклеофильного замещения у sp 2 -гибридизованного атома углерода в карбоксильной группе. В зависимости от взаимного расположения функциональных групп эти реакции могут протекать как внутримолекулярно, так и межмолекулярно. В результате реакций образуются циклические сложные эфиры или амиды. Так как определяющим фактором в этих реакциях становится термодинамическая устойчивость образующегося цикла, то конечный продукт, как правило, содержит шести- или пятичленный цикл (устойчивые конформеры).

При нагревании a-оксикислот образуется циклический сложный эфир – лактид, содержащий две сложноэфирные связи:

При нагревании a-аминокислот образуется циклический амид – дикетопиперазин, содержащий две амидные связи.

g-Гидрокси и g-аминокислоты, как кислоты с более удаленным расположением функциональных групп, при нагревании претерпевают дегидратацию за счет идущей внутримолекулярно реакции S N между карбоксильной группой и нуклеофилом (OH– или NH 2 – группой). Из гидроксикислот при этом получаются сложные внутренние циклические эфиры – лактоны, из аминокислот – внутренние циклические амиды – лактамы.

(циклический сложный эфир)

(циклический сложный амид)

Продукты реакций межмолекулярного и внутримолекулярного взаимодействий, сохраняя свойства сложных эфиров или амидов, способны гидролизоваться с образованием исходных соединений.

Особое свойство a-гидроксикислот заключается в их легкой способности разлагаться при нагревании в присутствии минеральных кислот с образованием карбонильных соединений и муравьиной кислоты.

У b-гидрокси и b-аминокислот между двумя функциональными группами появляется СН-кислотный центр, что предопределяет протекание реакций внутримолекулярного элиминирования воды или, соответственно, аммиака.

a, b-ненасыщенная кислота

4. ЛИМОННАЯ КИСЛОТА, СТРОЕНИЕ, СВОЙСТВА. СОЛИ ЛИМОННОЙ КИСЛОТЫ.

Лимонная (2-гидроксипропан-1,2,3-трикарбоновая) кислота в больших количествах содержится в плодах цитрусовых растений, а также винограде, крыжовнике. Соли лимонной кислоты называют цитратами и используют для консервирования и хранения донорской крови («цитратная кровь»).

Биосинтез лимонной кислоты происходит при взаимодействии щавелевоуксусной кислоты и ацетилкофермента А (первая стадия цикла трикарбоновых кислот). Реакция протекает по механизму А N и является реакцией альдольной конденсации.

При последующей дегидратации лимонной кислоты как b-гидроксикарбоновой кислоты получается цис-аконитовая кислота, которая далее гидратируется с образованием изолимонной кислоты по механизму А Е .

Разложение лимонной кислоты при нагревании в присутствии серной кислоты происходит по типу разложения a-гидроксикарбоновых кислот.

5. ОКСОКИСЛОТЫ. КИСЛОТНЫЕ СВОЙСТВА И РЕАКЦИОННАЯ СПОСОБНОСТЬ.

Оксокислотами называют гетерофункциональные соединения, содержащие в молекуле одновременно карбоксильную и кетонную (или альдегидную) группы. В соответствии с этим различают кетонокислоты и альдегидокислоты.

Простейшим представителем альдегидокислот является глиоксиловая кислота НООС—СНО. Она содержится в недозрелых фруктах, но по мере созревания ее количество уменьшается. Глиоксиловая кислота обычно существует в виде гидрата НООС—СН(ОН) 2 .

Важную роль в биохимических процессах играют следующие кетонокислоты:

кислота (ЩУК) a-кетоглутаровая кислота

При переаминировании a-кетонокислот образуются соответствующие a-аминокислоты.

Как гетерофункциональные соединения кетонокислоты проявляют свойства карбоновых кислот (реакции S N и кетонов (реакции A N ), а также особые свойства.

Пировиноградная кислота является одним из промежуточных продуктов молочнокислого и спиртового брожения углеводов, ее соли называют пируватами.

ПВК легко декарбоксилируется при нагревании с разбавленной Н 2 SO 4 .

In vivo эта реакция протекает в присутствии фермента декарбоксилазы и соответствующего кофермента. Образующийся “активный ацетальдегид” далее окисляется в в ацетилкофермент А.

«Кетоновые» или «ацетоновые» образуются in vivo в процессе метаболизма высших жирных кислот. Процесс образования кетоновых тел активируется при сахарном диабете и голодании.

6. ТАУТОМЕРИЯ. ТАУТОМЕРНЫЕ ФОРМЫ АЦЕТОУКСУСНОГО ЭФИРА.

Таутомерия — вид динамической изомерии, при которой изомеры могут переходить друг в друга, находясь одновременно в растворе в состоянии подвижного термодинамического равновесия. Такие соединения могут прореагировать полностью как в одной, так и в другой форме. Таутомерия расширяет реакционную способность природных соединений. В таутомерных формах в растворе существуют моносахариды, пептиды, пуриновые и пиримидиновые основания, другие соединения.

Большое теоретическое значение в связи с вопросами таутомерии и двойственной реакционной способности имеет ацетоуксусный эфир (этиловый эфир ацетоуксусной кислоты). В соответствии со строением ацетоуксусного эфира (вещества, имеющего кетонную группу), протекают реакции нуклеофильного присоединения (A N ). Однако при взаимодействии с натрием, гидроксидом натрия или при ацилировании в определенных условиях образуются производные b-гидроксикротоновой кислоты, т.е. соединения с енольной группой.

Специальные исследования показали, что ацетоуксусный эфир находится в растворе в виде двух форм: “кето” и “енольной”, находящихся в термодинамическом равновесии. Атом водорода метиленовой группы, находящейся между двумя карбонильными группами, обладает подвижностью, поэтому протон С –Н кислотного центра может присоединиться к основному центру кислорода карбонильной группы.

7. ХАРАКТЕРНЫЕ РЕАКЦИИ НА ЕНОЛЬНЫЙ ФРАГМЕНТ

Ацетоуксусный эфир как енол дает с хлоридом железа (III) характерное фиолетовое окрашивание. Если к этому окрашенному раствору прибавить по каплям бром, то енольный таутомер, присоединяя бром по двойной связи, переходит в бромпроизводное, и окраска исчезает. Однако через некоторое время окраска вновь появляется, так как нарушенное равновесие восстанавливается, и кетонный таутомер частично переходит в енольную форму. Опыт можно повторить несколько раз, пока все взятое количество ацетоуксусного эфира не прореагирует с бромом.

Восстановление( гидрирование ) пировиноградной кислоты приводит к образованию молочной кислоты, реакция обратима. В условиях in vitro образуется рацемическая смесь двух стереоизомеров, а в условиях in vivo c участием фермента только один

СН₃ - С(О) –СООН + НАДН + Н + <————> СН –СН ( ОН ) – СООН + НАД +

пировиноградная кислота молочная кислота

Реакция декарбоксилирования возможна in vitro и in vivo.

уксусный альдегид

Кето-енольная таутомерия пировиноградной кислоты изучена в теме «Изомерия». Напомним биологическую роль фосфоенолпирувата- макроэргической соединения, который образуется в процессе гликолиза.

Реакция карбоксилирования in vivo с участием СН- кислотного центра( аналогична реакции карбоксилирования уксусной кислоты)

щавелевоуксусная кислота

Пировиноградная кислота образуется в клетках растений , животных и человека при обмене глюкозы в процессе гликолиза и из аминокислоты аланина и является одним из важнейших метаболитов, участвующих в обмене веществ.

Из пировиноградной кислоты in vivo вновь могут образоваться глюкоза и аминокислота аланин

Ацетоуксусная кислота ( 3-оксобутановая, ß – кетомасляная ), сироп, смешивается с водой в любых отношениях.. Все ß – кетокислоты чрезвычайно неустойчивы и легко декарбоксилируются при малейшем нагревании, а in vivo - при снижении рН крови( повышении кислотности среды). При этом образуется нейротоксичное соединение- ацетон. Ацетоуксусную кислоту в биохимии относят к « кетоновым телам», которые образуются при нарушении обмена глюкозы( инсулинзависимом сахарном диабете, голодании).

NB! Два биоактивных соединения в норме образуют кетоновые тела : 3-гидроксибутановая кислота( ß -гидроксимасляная), 3- оксобутановая( ацетоуксусная). Третье кетоновое тело ацетон свидетельствует о развитии патологических процессов.

Щавелевоуксусная кислота ( оксобутандиовая, оксоянтарная, ЩУК) Получила свое название в связи с тем, что ее скелет можно условно разделить на две части ( фрагменты щавелевой и уксусной кислот)

СН- кислотный центр

НООС – С - СН₂ -СООН

фрагмент щавелевой | | фрагмент уксусной

кислоты О кислоты

Существует в кетоновой и енольной формах. Енольные формы - кристаллические вещества, более устойчивы, существуют в виде двух изомеров : цис- и транс.

В растворе в интервале значений рН 6-10 образуется дианион( диссоциация по обеим группам), который на 82-88% находится в оксо-форме, на 7-10% в енольной форме

Строение енольной формы Пространственные изомеры енольной формы

НООС – С = СН—СООН

| НО- С - СООН НО - С - СООН

НООС — С -Н Н- С – СООН

транс-гидроксифумаровая цис-гидроксималеиновая

кислота кислота

Восстановление ЩУК приводит к образованию яблочной( 2-гидроксибутандиовой , гидроксиянтарной кислоты.).

При декарбоксилировании ЩУК образуется пировиноградная кислота. Максимальная скорость реакции при рН=5,0 - 6,5.

декарбоксилирование и окисление

янтарная кислота

Значение величин рК_а биологически активных кислот цикла Кребса,

Это пилотный ролик из серии об органических реакциях.

Наведите курсор на ячейку элемента, чтобы получить его краткое описание.

Чтобы получить подробное описание элемента, кликните по его названию.

H +

Li +

K +

Na +

NH₄ +

Ba 2+

Ca 2+

Mg 2+

Sr 2+

Al 3+

Cr 3+

Fe 2+

Fe 3+

Ni 2+

Co 2+

Mn 2+

Zn 2+

Ag +

Hg 2+

Pb 2+

Sn 2+

Cu 2+

OH -

F -

Cl -

Br -

I -

S 2-

HS -

SO₃ 2-

HSO₃ -

SO₄ 2-

HSO₄ -

NO₃ -

NO₂ -

PO₄ 3-

CO₃ 2-

CH₃COO -

SiO₃ 2-

Растворимые (>1%)

Нерастворимые (

Спасибо! Ваша заявка отправлена, преподаватель свяжется с вами в ближайшее время.

Вы можете также связаться с преподавателем напрямую:

Скопируйте эту ссылку, чтобы разместить результат запроса " " на другом сайте.

Изображение вещества/реакции можно сохранить или скопировать, кликнув по нему правой кнопкой мыши.

Этим вы поможете сделать сайт лучше.

К сожалению, регистрация на сайте пока недоступна.

На сайте есть сноски двух типов:

Подсказки - помогают вспомнить определения терминов или поясняют информацию, которая может быть сложна для начинающего.

Дополнительная информация - такие сноски содержат примечания или уточнения, выходящие за рамки базовой школьной химии, нужны для углубленного изучения.

Среди биологически активных соединений большую роль играют различные карбоновые кислоты и их производные. К важнейшим производным карбоновых кислот относятся оксикислоты, имеющие одну или несколько гидроксильных групп (-OH), оксокислоты, содержащие кетогруппу (>C=O). Такие кислоты являются важнейшими клеточными метаболитами, образующимися из углеводов и белков, идущими в организме на образование своих углеводов и окисление для получения энергии. Ряд гидрокси- и оксокислот являются метаболитами цикла трикарбоновых кислот (ЦТК, цикла Кребса) – центрального метаболического пути клетки.

По теме занятия студент должен:

знать следующий материал:

- систематические и тривиальные названия, структурные формулы гидрокси- и оксокислот (см. приложение к теме VII), наиболее важных для понимания метаболических процессов в организме, возможности их реакционной способности и направления химических реакций;

- важнейшие химические реакции гидрокси- и оксокислот in vitro (поведение при нагревании) и in vivo (участие в химических реакциях цикла Кребса);

- виды изомерии, характерные для гидрокси- (оптическая) и оксокислот (кето-енольная таутомерия);

уметь составлять пары: название – формула и формула – название для гидрокси- и оксокислот; сравнивать кислотные свойства гидрокси- и оксокислот; составлять уравнения реакций важнейших реакций кислот in vivo (формулами); записывать стереоизомеры гидроксикислот (энантиомеры в виде проекций Фишера) и таутомерные формы оксокислот;

Вопросы для подготовки

1. Гидроксикарбоновые кислоты: моно-, ди-, трикарбоновые, физические свойства, биологическое значение. Сравнение кислотных свойств с карбоновыми кислотами.

б. моногидроксидикарбоновые: 2-гидроксибутандиовая (D и L- яблочная, малат);

в. моногидрокситрикарбоновые: лимонная, изолимонная.

Химические свойства: реакции дегидратации, окисления, образования эфиров.

3. Химические свойства: реакции нуклеофильного присоединения к карбонильной группе, восстановления, декарбоксилирования, кето-енольная таутомерия.

4. Качественные реакции обнаружения молочной и пировиноградной кислот.

5. Биологическое значение гидрокси- и оксокарбоновых кислот. Состав «кетоновых тел».

Задачи и упражнения

1. Сравните кислотные свойства карбоновых кислот и объясните различия:

- янтарная и яблочная; - уксусная и гликолевая;

- молочная и пропановая; - молочная и пировиноградная.

2. Сравните кислотные свойства карбоновых кислот:

а) 1) уксусная, 2) пировиноградная, 3) молочная;

б) 1) яблочная, 2) янтарная, 3) щавелевоуксусная;

г) 1) яблочная, 2) щавелевоуксусная, 3) бутановая.

3. Напишите уравнения особых химических реакций гидроксикислот:

3.1. реакция элиминирования (внутримолекулярная дегидратация)

3.2. реакции окисления, образование кетокислот

4. Запишите уравнения особых химических реакций оксокислот:

- стереоспецифическая реакция восстановления in vivo, образование D- или L- гидроксикарбоновых кислот.

4.1. реакции восстановления, образования гидроксикислот:

4.3. Реакция окисления пировиноградной кислоты in vivo с образованием ацетил КоА

4.4 Кето-енольная таутомерия оксокислот: пировиноградной, ацетоуксусной, щавелевоуксусной. Строение и биологическая роль фосфорного эфира пировиноградной кислоты – макроэргического соединения.

5. Составьте уравнения реакций, соответствующих превращениям in vivo, которые изучаются в курсе биохимии:

6. Запишите уравнения химических реакций:

1) термическое разложение пировиноградной кислоты;

2) гидратация фумаровой кислоты и образование L- и D–яблочных кислот;

3) термическое разложение 3-оксобутановой кислоты.

7. Запишите качественные реакции:

1. обнаружение фенола в растворе (применение соли хлорида железа (III));

2. обнаружение молочной кислоты (с участием фенолята железа).

8. Запишите структурные формулы кислот в последовательности реакций цикла Кребса. Назовите все полученные соединения в соответствии с номенклатурой ИЮПАК:

Тесты

1. В состав «кетоновых тел» входят соединения:

1. уксусная кислота 2. ацетон

3. яблочная кислота 4. 2-гидроксипропановая

а) 1, 2, 3 б) 2, 3, 4 в) 4 ,5, 6

г) 2, 5, 6 д) 2, 3, 6

2. К гидроксикарбоновым кислотам относятся кислоты:

а) молочная, пировиноградная; б) молочная, яблочная;

в) пировиноградная, малоновая; г) янтарная, молочная;

д) щавелевоуксусная, яблочная.

3. К оксокарбоновым кислотам относятся кислоты:

а) пировиноградная, щавелевоуксусная;

б) яблочная, щавелевоуксусная;

в) янтарная, лимонная;

г) молочная, малоновая;

д) лимонная, пировиноградная.

4. Дикарбоновыми кислотами являются:

а) лимонная, янтарная, щавелевая;

б) щавелевоуксусная, янтарная, яблочная;

в) лимонная, яблочная, щавелевая;

г) щавелевая, янтарная, молочная;

д) молочная, янтарная, бутановая.

5. Выберите гидрокситрикарбоновую кислоту:

а) янтарная б) фумаровая в) лимонная

г) пировиноградная д) молочная

6. Какую кислоту получают при дегидратации яблочной кислоты:

а) малоновую б) фумаровую в) янтарную

г) пировиноградную д) молочную

7. Какие две кислоты превращаются друг в друга в окислительно-восстановительной реакции:

а) молочная и малоновая

б) пировиноградная и щавелевоуксусная

в) молочная и пировинограданая

г) яблочная и янтарная

д) фумаровая и яблочная

8. Сравните кислотные свойства карбоновых кислот:

1) уксусная 2) пировиноградная 3) молочная

а) 1 >2 > 3 б) 1 > 3 > 2 в) 2 > 3 > 1

г) 2 > 1 >3 д) 3 >1 >2 e) 3 > 2 > 1

9. Какое вещество образуется при окислении пировиноградной кислоты in vivo:

а) молочная кислота б) малоновая кислота

в) ацетоуксусная кислота г) ацетил-КоА

д) уксусный альдегид

10. Сравните кислотные свойства карбоновых кислот:

1) яблочная 2) янтарная 3) щавелевоуксусная

а) 1 >2 > 3 б) 1 > 3> 2 в) 2 > 3 > 1

г) 2 > 1 > 3 д) 3 >1 > 2

Ответы к теме V

1г; 2б; 3а; 4б; 5в; 6б; 7в; 8в; 9г; 10д.

Папиллярные узоры пальцев рук - маркер спортивных способностей: дерматоглифические признаки формируются на 3-5 месяце беременности, не изменяются в течение жизни.

Механическое удерживание земляных масс: Механическое удерживание земляных масс на склоне обеспечивают контрфорсными сооружениями различных конструкций.

Поперечные профили набережных и береговой полосы: На городских территориях берегоукрепление проектируют с учетом технических и экономических требований, но особое значение придают эстетическим.

Читайте также: