Биоорганическая химия / Каминская Л.А.. Биоорганическая химия. Справочник-Словарь основных терминов и понятий
.pdfВ составе ДНК и РНК нуклеозидные |
фрагменты находятся в анти - |
|
конформации, п римидиновый |
цикл пурина находится справа от гликозидной связи. |
|
Только такое положение позволяет образовать комплементарную пару (см. формулы нуклеотидов). Между азотистыми основаниями возникают тривида взаимодействий:
1. «Поперечное», участвуют комплементарные пары двух цепей. Возникает «циклический» перенос электронов между двумя азотистыми основаниями (Т –А , У – Ц), образуется дополнительная π - электронная система, которая обеспечивает дополнительное взаимодействие и защищает азотистые основания от нежелательных химических воздействий. Между аденином и тимином устанавливаются две водородные связи,а между гуанином и цитозином – три водородные связи.
2. «Вертикальное» (stacking), за счет укладывания в «стопки», участвуют азотистые основания одной цепи. «Стэкинг -взаимодействие » имеет даже большее значение в стабилизации структуры, чем взаимодействие в комплементарных парах.
3. Взаимодействие с водой играет существенную роль в поддержании пространственного строения двойной спирали, которая принимает максимально компактную структуру для уменьшения поверхности контакта с водой и направляет гидрофобные гетероциклические основания вовнутрь спирали.
В связываниинуклеиновой кислоты с белком принимают участие несколько видов взаимодействия:электростатическое,водородные связи,гидрофобное .
По результатам рентгеноструктурного анализа путем компьютерного моделирования построены реальные трехмерные модели ДНК, рибосом, информосом инуклеиновых кислот вирусов.
Гистоновые белки ДНК обладают выраженными основными свойствами и отличаются высокой степенью эволюционной консервативности. По соотношению двух основных аминокислот лизин/ аргинин их подразделяют на 5 классов: Н1, Н2А,
Н2В,Н3, Н4.
С момента открытия структуры ДНК человечество получило инструмент к развитию нового научно-практического направления биотехнологии, которые развиваются на стыке биологии и химии и позволяют синтезировать различные белки путем рекомбинации генов (гормоны инсулин, эритропоэтин, иммунные белки и другие) ( см.Нуклеиновые кислоты).
Декстран (С6Н10О5)n. Природный декстран – разветвленное высокомолекулярное соединение, молекулярная масса которого достигает
нескольких десятком миллионов. |
|
|
|
|
В |
молекулах декстранов |
глюкозные |
остатки связаны в |
основную цепь |
а-1,6- |
гликозиднымисвязями, |
а в местах |
ветвлениясвязями |
в положениях |
а-1,4,а |
-1,3 иа -1,2. На рисунке фрагмент декстрана (указаны только связи а-1,6) |
|||
71
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
H |
CH2 |
O |
H |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
H |
H |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
OH |
O |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
OH |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
H |
OH |
|
CH2 |
O |
H |
|
|
|
|
||||
|
|
H |
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
H |
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
H |
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
OH |
OH |
O |
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
H |
OH |
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
CH2 |
O |
H |
||||||
|
|
|
|
|
|
H |
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
H |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
H |
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
OH |
OH |
O |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
H |
OH |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
Синтезируется из сахарозы с помощью некоторых микроорганизмов или ферментов, выделенных из этих микроорганизмов. Декстраны, синтезируемые разными видами штаммами микроорганизмов,отличаются по строению и свойствам
В |
результате |
кислотного гидролиза, |
ферментного |
гидролиза или |
||||||||
ультразвуковой |
обработки |
происходит |
частичная деполимеризации и образуется |
|||||||||
«клинический» декстран |
|
, |
применяемый |
в качестве |
кровезаменителя. |
Препарат |
||||||
полиглюкин - 6%раствор |
со средней М= 60 |
000 , рН 4,5-6,5 получают из сахарозы |
||||||||||
при участии штамма бактерийLeuconostoc |
mesenteroides |
Препарат реополиглюкин |
||||||||||
содержит |
полимер |
более |
низкой |
молекулярной |
массы, |
М=30 000-40 000, |
||||||
10% раствор, |
рН |
4,0 |
- |
6,5. |
Применяют оба препарата с профилактической и |
|||||||
лечебной целью при ожоговом, травматическом, послеоперационном шоке. Сульфоэфиры декстрана (сульфаты декстрана) обладают действием аналогичным гепарину
Делокализация (лат –де-не |
, localis- местный, |
локализация -связанность |
|||||
с определенным местом). |
Образовани е |
общей π - |
|
электронной |
системы, так |
||
называемая « размытость |
» электронной |
плотности, |
|
захватывающая |
участок |
||
сопряжения.Условие делокализации-наличие |
сопряжения. |
|
|
||||
Делокализованная |
связь. |
Ковалентная |
|
связь, |
в |
которой |
|
π –электроннаяплотность |
не локализована между двумя соседними р-орбиталями, |
||||||
а распределяется по всей |
π -орбитальной |
системе. |
Только сопряжение создает |
||||
возможность делокализации.
Денатурация белка. Потеря природных (нативных) свойств белка. Макроструктура белка является весьма чуткой к изменению условий среды, в которой существует белок.
72
В белковой молекуле существует постоянное равновесие между силами, формирующими третичную (четвертичную) и силами отталкивания, которые возникают внутри самой молекулы и при взаимодействии с окружающей средой. При нарушении этого равновесия изменяются четвертичная, третичная и даже вторичная структура( кроме первичной). Денатурация может быть обратимой и необратимой.
Часто видимым следствием денатурации белка является осаждение белка из раствора. Общими факторами денатурации являются:
а ) Изменение температуры. Повышение температуры приводит к необратимой денатурации, большинство белков организма человека теряют свою активность при температуре выше 500С, а белки кровидаже при 43 – 450С. На этом основаны стерилизация медицинских препаратов и пастеризация пищевых продуктов.
При снижении температуры денатурация является обратимой.
Биологический белковый материал можно сохранять долго при низких температурах (кровь, образцы тканей, растворы белковых гормонов, препараты γ- глобулинов, стволовые клетки).
б) Изменение рН среды. При изменении рН среды изменяется характер ионизации кислотных и основных групп в радикалах, характер ионного взаимодействия и количество водородных связей, пространственное строение белка и организация его активных участков. В организме человека поддерживается кислотно-основный гомеостаз. Значение рН крови равное 7,4 обеспечивает необходимую организму биологическую активность всех белковых молекул.
в) Действие окислителей и восстановителей. Изменяется соотношение восстановленных тиольных групп и дисульфидных связей, что вызывает перестройку третичной структуры белка. Свободные тиольные группы белков содержатся и в активных участках ферментов, участвуют в химических реакциях (образование тиополуацеталей происходит в процессе окисления биоактивных альдегидов в карбоновые кислоты). см( .Реакции нуклеофильного присоединения»).
Лекарственные препараты, обладающие свойствами восстановителей,
используются в медицине для поддержания структуры белка( |
аскорбиновая кислота - |
витамин С,раствор тиосульфата натрия). |
|
г) Ионы тяжелых металлов (свинца, меди, ртути, цинка), |
которые образуют соли |
с тиольными группами на поверхности белковой молекулы. Попадание в желудочнокишечный тракт солей тяжелых металлов и затем всасывание их в кровь вызывает тяжелые последствия. Различают хроническое воздействие и острое отравление.
Заболевание «сатурнизм», связанное |
с накоплениемионов |
свинца |
в |
организме |
|
человека, |
сопровождается тяжелыми патологическизменениями |
со стороны |
|||
центральной нервной и кровеносной |
системы. В связи с |
токсическим |
действие |
||
свинца запрещено этилирование бензина. |
|
|
|
||
д) Присутствие различных поверхностно-активных веществ, детергентов, которые влияют на гидрофобное взаимодействие в молекуле белка. Гидролиз
фосфолипидов в составе мембраны сопровождается образованием поверхностно-
73
активных веществ, и это вызывает потерю свойств мембраны( изменение «текучести» мембраны ).
е) Действие веществ,.которые конкурируют за образование водородных связей, например, мочевины. Высокое и низкое содержание мочевины в крови способствует изменению свойств белков крови и внутриклеточных белков, особенно в составе белков мембран нейронов.
ж) Действие электролитов, которые разрушают гидратную оболочку белка (процесс« высаливания»). На этом основаны рекомендации полоскать горло солевыми растворами во время заболевания и в профилактических целях. Уже в древние времена знали, что засыпание солью (возникает сильнейшая боль!) огнестрельной или резаной раны в условиях боя предотвращает развитие гангрены.
3) Физические воздействия (ультразвук, лазерное излучение, электрокоагуляция). Используется в медицинских целях в косметологии, лечении кожных, стоматологических болезней, в хирургии применяют лазерные скальпели для бескровных операций.
Десмозин. Специфические структуры, сшивки между радикалами лизина двух, трёх или четырёх пептидных цепей эластина. Три остатка лизина окисляются до альдегидов, а затем происходит их соединение с четвёртым остатком лизина с образованием замещённого пиридинового кольца (пиридиниевой системы, в которой атом азота несет положительный заряд). (см. Нуклеофильное присоединение. Азометин.)
|
|
|
|
|
|
|
|
H |
|
|
H |
O |
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
N |
|
|
C |
|
|
|
C |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(CH2)3 |
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
NH |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
NH |
|||||||
|
|
|
H |
H |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
H |
H |
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
CH |
|
C |
2 |
C |
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
C |
2 |
C |
2 |
|
CH |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
CO |
|
|
|
|
|
|
N |
|
|
|
|
|
CO |
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(CH2)4 |
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
H |
|
|
|
|
|
|
|
O |
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
N |
|
CH |
|
|
C |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
Десмозин
Диаграмма распределения электронной плотности. Структурная формула с указанием направления смещения электронной плотности под влиянием действующих эффектов. (см.Индуктивный эффект;Мезомерный эффект)
74
Диализ. Способность молекул растворителя и ионов небольшого размера мигрировать через мембрану. Раствор белка или другого полимера помещают в целлофановый мешочек и погружают в воду, буферный или другой подходящий для опыта раствор. Диализ белков проводят в таком растворе, который предотвращает денатурацию. Крупные молекулы задерживаются мембраной, а мелкиемолекулы или ионы мигрируют через мембрану до установления подвижного равновесия. Если часто обновлять раствор в диализаторе, белок можно полностью освободить от адсорбированных ионов и молекул, кроме тех, которые связаны с белком электростатически.
Диастереомеры (диастереоизомеры.) Понятие из стереоизомерии. Изомеры (две или более молекулы, которые являются стереоизомерами, но не зеркальными по отношению друг к другу, не энантиомерами). Молекула содержит два или более двух хиральных центров. Примеры: Dглюкоза- , D-манноза, D-галактоза – диастереомеры.
Дикаин (см.Анестетики).
Дикарбоновые кислоты гомологического ряда Сn Н2n |
-2 О4. Содержат две |
|||||
карбоксильные группы. Твердые кристаллические |
соединения, |
растворимые в воде, |
||||
обладают |
более |
сильными |
кислотными |
свойствами |
по |
сравнению |
с монокарбоновыми |
кислотами, |
содержащими одинаковое число атомов углерода. |
||||
(см. Приложение). |
В гомологическом ряду |
кислотные |
свойства |
убывают |
||
(в отношении диссоциации первой карбоксильной группы). Химические свойства карбоновых кислот в реакциях S N не отличаются от свойств монокарбоновых кислот: они образуют сложные эфиры, амиды, соли с участием одной или двух
карбоксильных групп. |
|
Имеются свои особые свойства, связанные с влияниемкарбоксильных |
групп на |
атомы углерода скелета и друг друга (см. щавелевая, малоновая, |
янтарная, |
глутаровая кислоты). |
|
Динуклеотид. Состоит из двух молекул нуклеотидов, содержит дифосфатную ангидридную макроэргическую связь, являющуюся связующим звеном между: двумя нуклеозидами. В клетках организма человека распространены НАД+
(никотинамидадениндинуклеотид), ФАД (флавинадениндинуклеотид) (см.коферменты НАД+,НАДФ+,)
Дисахариды. Олигосахариды, |
содержащие |
два моносахаридных |
остатка, |
связанных гликозидной связью. Дисахариды |
классифицируют по |
составу |
|
и способности к реакции окисления (редуцирующие и нередуцирующие свойства). Восстанавливающие, редуцирующиеэто лактоза, мальтоза, изомальтоза, целлобиоза. Невосстанавливающие -сахароза , трегалоза. При переваривании ряда полисахаридов в качестве промежуточных соединений образуются дисахариды: из крахмала - мальтоза , из целлюлозыцеллобиоза. Дисахариды - наиб олее
распространенные и важные в биологическом плане представители олигосахаридов.
75
Их состав, типы гликозидных связей, способность к окислению представлены в таблице 2.
Эмпирическая формула сахарозы, лактозы, маннозы, целлобиозы одинаковая С12Н22О11.В кислой среде они гидролизуются с образованием моносахаридов.
С 12 Н 22 О11 +Н 2О ——> С6Н12О6 +С 6Н12О6
|
Природные дисахариды |
Таблица 2 |
||
|
|
|||
|
|
|
|
|
Дисахарид |
Продукты |
Тип гликозидной |
Способность |
|
гидролиза С6Н12О6 |
связи |
дисахарида |
||
|
|
|
к окислению |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
сахароза |
а-глюкозаи β |
-фруктоза |
1-а, 2 -β |
нередуцирующий |
|
|
|
|
|
а-лактоза |
а-галактоза и -глюкоза |
а –(1,4 ) |
редуцирующий |
|
|
|
|
|
|
β-лактоза |
β– галактозаи |
глюкоза |
β -( 1,4) |
редуцирующий |
|
|
|
|
|
мальтоза |
а-глюкоза и а - глюкоза |
а –(1,4) |
редуцирующий |
|
|
|
|
|
|
целлобиоза |
β -глюкоза и |
β - глюкоза |
β -( 1,4) |
редуцирующий |
|
|
|
|
|
В растениях в составе сока присутствует дисахарид сахароза, его добывают для пищевой промышленности из сахарного тростника или сахарной свеклы (тростниковый или свекловичный сахар). В молоке животных и женском молоке находится дисахарид лактоза.
76
Донор (лат –donar - дарить, жертвовать). В органической химии атом или функциональная группа, смещающая электронную пару химической связи« от себя». Электронная плотность связи около донора уменьшена. Донор может проявлять положительный индуктивный [ +J ] и мезомерный [ +H ] эффекты
(см.Индуктивный эффект, Мезомерный эффект )
Е
Енол. Термин« енол» означает, что гидроксильная группа находится у атома углерода в sp2–гибридном состоянии. Большинство енолов являются неустойчивыми соединениями( за исключениемих производных простых и сложных эфиров) и изомеризуются в карбонильные соединения кетоны или альдегиды. см( .
таутомерия)
R –С = C –R |
R – С = C –R |
| | |
| | |
HO R |
RO R |
енол -неустойчив |
простой эфир енолаустойчив |
В эфирах енольных форм отсутствует атом водорода, с участием которого происходит изомеризация (прототропная таутомерия). Енольные формы кетокислот дают качественную реакцию аналогичную фенолу с хлоридом железа (+3)На. этом основано экспрессопределение в моче новорожденных фенилпировиноградной кислоты (2-оксо-3-фенилпропановой) при наследственном заболевании
фенилкетонурии.
Ж
Желчные кислоты. Представители стеринов класса липидов. Синтезируются в печени из холестерина Амфифильные соединения, нерастворимы в воде. Соли - растворимые в воде поверхностно-активные вещества. Участвуют в эмульгировании жиров в тонком кишечнике и активации ферментов, осуществляющих гидролиз липидов.
77
|
OH |
COOH |
OH |
COOH |
COOH |
HO |
OH |
HO |
|
HO |
OH |
|
Холиевая кислота |
Дезоксихолиевая кислота |
Хенодезоксихолиевая кислота |
||
В зависимости от места расположения гидроксигрупп различают три вида желчных кислот. Наибольшей активностью обладают« конъюгаты» холиевой кислоты - амиды , образованные аминокислотой глицином и таурином (2-аминоэтилсульфокислотой)
|
OC |
|
H |
CH2COOH |
|
|
|
H |
|
OH |
|
N |
OH |
OC |
|
N |
CH2CH2SO3H |
||
|
|
HO |
OH |
HO |
OH |
|
гликохолиевая кислота |
|
таурохолиевая кислота |
З
Заменимые аминокислоты – природные аминокислоты, входящие в состав белков, синтезируются в организме (см. незаменимые аминокислоты). Среди них две аминокислоты следует считать условно заменимыми, т.к. они синтезируются из незаменимых (тирозин из фенилаланина, цистеин – с участием метионина). см( . Аминокислоты-природные вещества)
78
И
Изолимонная кислота(изоцитрат |
). (см. Лимонная кислота) |
|||
Изомерия. Явление , заключающееся в существовании нескольких соединений |
||||
одинакового |
состава СхНyОzNp, |
но |
отличающихся по |
своим физическим |
и химическим |
свойствам (isos – греч- |
равный, одинаковый, |
подобный). Такие |
|
вещества называются изомерами. Изомерия является одной из причин существования
множестваорганических |
соединений. |
Известны |
2 основных вида изомерии: |
|
структурная и пространственная . |
Оба вида |
принципиально важны |
для |
|
проявления биологической активности у биоорга нических соединений. |
|
|||
Изомеры. Вещества, имеющие одинаковый качественный и количественный состав и молекулярную массу, но отличающиеся порядком соединения атомов или их пространственным расположением, и, вследствие этого, различными физическими и химическими свойствами. Для характеристикипространственных (стерео) изомеров используют два понятия: конфигурация и конформация.
Изоэлектрическая точка (рI) аминокислот и белков. Концентрация водородных ионов в растворе, при которой общее число положительных зарядов частицы равно общему числу отрицательных зарядов. Другое определение: изоэлектрическая точка аминокислоты или белка численно равна тому значению рН, при котором частица имеет суммарный нулевой заряд. В изоэлектрической точке отсутствует передвижение в электрическом поле.
Аминокислоты в изоэлектрической точке (рН =рΙ )
нейтральные |
кислые |
|
|
основные |
R – CH – COO- |
НООС- (СН 2) n–СН-СОО |
– |
+ NH3- (СН2)n–СН-СОО – |
|
| |
| |
|
|
| |
+NH3 |
+ NH3 |
|
|
NH2 |
У нейтральных аминокислот и белков значение рI |
близкое рН=7 (глицин 5, 9, |
|||
аланин6,02,фенилаланин |
5,88), у кислых аминокислот рI < 7 (аспарагиновая2, 87, |
|||
глутаминовая 3,22) у основных рI > 7 (аргинин 10,76,лизин9, 74). |
Значения рI белков |
|||
организма человека: |
альбумин крови 4,5, гемоглобин 6,87,пищеварительный |
|||
фермент поджелудочной железы химотрипсин |
8,5.В |
растворе солей значение |
||
изоэлектрической точки белка может изменяться из-за того, что белки адсорбируют на своейповерхности те или иные заряженныеионы .
79
Иммунохимия. |
Изучает химические |
процессы, |
с которыми связано |
||||
формирование |
невосприимчивости |
организма |
к |
инфекциям |
(иммунитет) |
||
и повышенную чувствительность организма к некоторым веществам( |
аллергические |
||||||
реакции). |
|
|
|
|
|
|
|
В основе |
развития иммунитета |
лежит |
способность |
организма |
синтезировать |
||
особые белковые вещества антитела в ответ на попадание чужеродных веществ антигенов. Антигенной активностью обладают белки, полисахариды, гликопротеины, многие химические низкомолекулярные вещества( ароматические амины, сульфаниламиды, нитропроизводные, гидразины и т.д.). Поэтому вещества разных классов, содержащих одинаковые функциональные группы, могут вызвать выработку антител, возникает непереносимость нескольких групп лекарственных препаратов. Повторное введение препарата-антигена вызывает более активный биосинтез антител, чем наблюдалось при первичном приеме. Реакция на присутствие антигена может выйти далеко за пределы физиологической нормы и вызвать патол огические проявления. Наибольшее количество антител находится в белковой фракции крови γ –глобулинах. Наличие антител предупреждает нежелательное действие антигена, антитела используются как лекарственные препараты. Основной задачей иммунохимии является выявление химической природы антигенов, механизма синтеза и структуры антител , изучение взаимодействия антигены –антитела , создание методов выделения антител и использования их в медицинской практике
Индуктивный эффект. Сме щение электронной плотности вдоль σ – связей вследствие различной электроотрицательности атомов, образующих одинарную связь. Атомы или функциональные группы могут проявлять два противоположных эффекта смещения электронной плотности.Электронодонорные, «отталкивающие» от себя электронную плотность, проявляют положительный индуктивный эффект( +I ).
Электроноакцепторные, смещающие в свою сторону, проявляют |
отрицательный |
||||||
индуктивный эффект(- I ). |
|
|
|
|
|
|
|
Донорные группы: алкильные (СН 3, С2Н5, С 3Н7 и так.далее), |
отрицательно |
||||||
заряженные- |
СОО-, О-, -S-. В гомологических рядах донорный |
эффект |
радикала |
||||
увеличивается. Акцепторные группы содержат атомы элементов с большей, |
чем |
||||||
углерод, электроотрицательностью( |
галогены, -ОН, -N Н , -SH, +NН |
3 |
, -СНО , -СООН , - |
||||
|
|
2 |
|
|
|
|
|
NО2). |
|
|
|
|
|
|
|
Индуктивный эффект обозначают стрелкой вдоль одинарной связи, |
которая |
||||||
направлена от атома с частичным положительным зарядом (б +) в |
сторону |
того |
|||||
атома, на котором возникает избыточный отрицательный заряд( |
частичный |
заряд |
|||||
б-). Распространяется на соседние |
2-3 атома по отношению к группе, вызывающей |
||||||
этот эффект,и |
по мере удаления от группы убывает. |
|
|
|
|
|
|
80