Неомыляемые липиды (стероиды)

	К стероидам относятся вещества, в основе которых лежит характерная полициклическая система углеводорода циклопентан­пергидрофенантрена (стеран), состоящая из трех шестичленных и одного пятичленного циклов.
	Холестерин – производное холестана. За счет OH группы при атоме С-3 он проявляет свойства, характерные спиртам, а за счет двойной связи – алкенам. Холестерин был впервые выделен из желчных камней. Он входит в состав клеточных мембран, нервной ткани, присутствует в крови и желчи. Холестерин входит в состав клеточной мембраны. Гидроксильная группа холестерина обращена к водному слою, а жёсткая гидрофобная часть молекулы погружена во внутренний гидрофобный слой мембраны. В крови 2/3 холестерина находится в сложных эфиров с жирными карбоновыми кислотами форме и 1/3 - в виде свободного холестерина. Эфиры холестерина служат формой его депонирования в некоторых клетках (печени, коры надпочечников, половых желёз). Холестерин является предшественником в биосинтезе стероидных гормонов, желчных кислот, витамина D3.
	Холевая кислота– основная из четырех желчных кислот, выделенных из желчи человека. Натриевые и каливые соли желчных кислот действуют как детергенты, участвуя в процессе эмульгирования жиров и их переваривания.
Тестостерон Эстрон	Половые гормоны – группа биорегуляторов стероидной природы, определяющие развитие половых желез, появление вторичных половых признаков. Делятся на андрогены и эстрогены, основными представителями которых являются тестостерон и эстрон. Андрогены рассматриваются как мужские половые гормоны, так как определяют развитие мышечной массы (анаболическое действие), а эстрогены, как женские, хотя и те и другие производятся особями обоих полов, но в разной концентрации.
Холекальциферол (вит. D3) В жире морских рыб и животных, а также в липидах кожи человека содержится 7-дегидро-холестерин, который при облучении УФ-светом превращается в витамин D3. Витамины группы D регулируют обмен Са и Р.
Ретинол	Каротеноиды –тетратерпеноиды, органические пигменты хлоропластов и хромопластов растительных клеток. Витамин А (ретинол) –является фактором роста, его недостаток в организме вызывает высыхание роговицы, куриную слепоту, общее истощение. Окисление ретинола в ретиналь и его последующая изомеризация является пусковым механизмом, обеспечивающем возбуждение палочек сетчатки глаза. β-Каротин – красно-оранжевый пигмент, содержащийся в овощах и фруктах, но не синтезируемый животной клеткой. β-Каротин является провитамином А, образуя две молекулы ретинола при ферментативном расщеплении.
β-Каротин

 

Тема 4. Строение, реакционная способность и биологическое значение гетерофункциональных соединений (α-, β-, γ-гидроксикислот, кетокислот ти фенокислот).

АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ

Одним из наиболее распространенных классов органических соединений являются гетерофункциональные соединения, которые содержат в своей структуре различные функциональные группы. Важными представителями являются окси- и оксокислоты. Данные соединения принимают участие в метаболических процессах организма: пировиноградная, щавелевоуксусная, лимонная и яблочная кислоты – участники цикла Кребса; молочная кислота – продукт расщепления глюкозы, а так же она накапливается в мышцах при интенсивной работе вследствие недостатка кислорода, что вызывает восстановление пировиноградной кислоты под действием кофермента НАДН; β-гидроксимаслянная кислота – накапливается в организме больных сахарным диабетом и является предшественником ацетоуксусной кислоты и т.д. Гидрокси- и оксокислоты содержаться в плодах и ягодах (лимонная кислота – цитрусовые, виноград, крыжовник), кисломолочных продуктах (молочная кислота) и продуктах кисломолочного брожения (пировиноградная кислота). Производные гидрокси- и оксокислот являются основой для создания лекарственных препаратов. Например, γ-гидроксимаслянная кислота обладает слабовыраженным наркотическим эффектом, а ее соли используются как снотворные и анестезиологические средства; салициловая кислота проявляет антиревматическое, жаропонижающее и противогрибковое действие, её производное – ацетилсалициловая кислота (аспирин) является анальгетиком и противовоспалительным средством. Преобразование гетерофункциональных соединений в организме, участие в обменных и окислительно-восстановительных процессах обусловлено строением и химическими свойствами данных соединений. Таким образом, умение интерпретировать структуру гидрокси- и оксокислот, прогнозировать их химические свойства и качественно определять наличие данных соединений в различных медико-биологических жидкостях является необходимым для формирования целостного подхода к пониманию метаболических процессов организма и развитию навыков практического определения биологически активных веществ.

ЦЕЛИ ОБУЧЕНИЯ

ОБЩАЯ ЦЕЛЬ:

Уметь интерпретировать структуру и свойства гетерофункционалных соединений как участников метаболических процессов и компонентов лекарственных препаратов. Достижение данной цели обеспечивается решением конкретных целей.

КОНКРЕТНЫЕ ЦЕЛИ:

УМЕТЬ:

1. Интерпретировать структуру гетерофункционалных соединений.

2. Анализировать химические свойства гидрокси- и оксокислот исходя из наличия гидрокси- и карбонильних групп и их положения(α, β, γ) в структуре.

3. Интерпретировать понятие ассиметричный атом углерода (хиральный центр), понятия оптической изомерии, D- и L- номенклатуры оптических изомеров.

4. Трактовать биологическое значение гетерофункциональных соединений как компонентов цикла трикарбоновых кислот, основу продуктов окислительно-восстановительных реакций организма и лекарственных препаратов.

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ВОПРОСЫ

1. Классификация гетерофункциональных соединений согласно наличию, положению и количеству функциональных групп: карбоксильных, гидроксильных и карбонильных (Приложения 9, 10).

2. Реакции нуклеофильного замещения по карбоксильной группе.

3. Реакции нуклеофильного замещения по гидроксильной группе (получение аспирина) и реакции нуклеофильного присоединения по карбонильной группе.

4. Окислительно-восстановительные реакции окси- и оксокислот. Реакции дегидратации оксикислот и реакции декарбоксилирования оксокислот.

5. Стереоизомерия оксикислот. D- и L-номенклатура

6. Медико-биологическое значение гетерофункциональных соединений и их производных (Приложение 11).

Основная литература

 

1. Губський Ю.І. Біоорганічна хімія: Підручник. – Вінниця: Нова книга, 2004. – С.153-166

Решение обучающих задач

Задание 1.

Предложите схему синтеза молочной кислоты из 2-хлорпропановой кислоты. Обладает ли полученная кислота оптической активностью? Какой продукт образуется при нагревании молочной кислоты? Напишите схему реакции.

Эталон решения:

Гидроксикислоты получают из галогенкарбоновых кислот в результате обработки их щелочью с последующим взаимодействием образующейся соли гидроксикислоты с кислотой:

Благодаря наличию в молекуле асимметрического атома углерода она может существовать в виде двух оптически активных энантиомеров:

Так как молочная кислота относится к α-гидроксикислотам, то она при нагревании образует устойчивый шестичленный циклический диэфир-лактид:

 

Задание 2.

Какое соединение образуется при нагревании 3-гидроксибутановой кислоты? Объясните, почему при нагревании этой кислоты невозможна внутри- и межмолекулярная этерификация?

Эталон решения:

3-гидроксибутановая кислота относится к β-гидроксикислотам, для этих кислот при нагревании или под действием минеральных кислот характерны реакции дегидратации с образованием α-, β-ненасыщенных кислот:

Внутри- или межмолекулярная этерификация в этом случае невозможна, так как она привела бы к образованию неустойчивого четырех- или восьмичленного цикла (лактона и лактида соответственно).

Направленность реакции определяется большей подвижностью атома водорода в α-положении по сравнению с γ-положением.

 

Задание 3.

Приведите схему реакции декарбоксилирования ацетоуксусной (3-оксобутановой) кислоты.

Эталон решения:

Декарбоксилирование – реакция характерная для оксокислот. In vitro она протекает при нагревании кислоты над твердым гидроксидом натрия, in vivo - по действием ферментов декарбоксилаз. Декарбоксилирование ацетоуксусной кислоты протекает по схеме:

Продуктом реакции декарбоксилирования является ацетон.

 

НАБОР ЗАДАНИЙ ДЛЯ КОНТРОЛЯ САМОПОДГОТОВКИ

 

Задание 1.

Молочная кислота является продуктом анаэробного окисления глюкозы. Укажите класс гетерофункциональных соединений, к которому она относится:

A. Карбонильные соединения

B. Гидроксикислоты

C. Оксокислоты

D. Высшие жирные кислоты

E. Аминокислоты

 

Задание 2.

Приведенная оксикислота является продуктом метаболизма жирных кислот. Укажите название данной кислоты:

A. Пировиноградная

B. Ацетоуксусная

C. Молочная

D. Щавелевоуксусная

E. β-Гидроксимаслянная

 

Задание 3.

α-Гидроксимаслянная кислота обладает слабовыраженным наркотическим эффектом, а продукт ее взаимодействия с NaOH используется как анестезиологическое средство. Укажите название класса соединений данного продукта:

A. Сложный эфир

B. Соль

C. Простой эфир

D. Амид

E. Кетон

Задание 4.

Пировиноградная кислота – гетерофункциональное соединение, для нее характерны реакции по карбоксильной и по карбонильной группе. Назовите продукт реакции восстановления пировиноградной кислоты NaBH₄:

A. Этанол

B. Пропанол

C. Пропандиол-1,3

D. Пропандиол-1,2

E. Молочная кислота

 

Задание 5.

Положение гидроксилной группы в молекуле оксикислоты (α, β, γ) определяет химические превращения, которые происходят с веществом при нагревании. Укажите название гидроксикислоты, которая в реакции отщепления воды образует приведенное соединение:

A. β-Гидроксимаслянная кислота

B. Молочнаякислота

C. γ-Гидроксимаслянная кислота

D. α- Гидроксимаслянная кислота

E. β-Гидроксипропановая кислота

 

Задание 6

Назовите следующее соединение:

А. Пировиноградная кислота

В. Яблочная кислота

С. Щавелевоуксусная кислота

D. Молочная кислота

Е. Ацетоуксусная кислота

Задание 7

Яблочная кислота содержит гидроксильную группу возле второго углеродного атома. К какому типу кислот она относится?

А. α-Гидроксикислота

В. β-Гидроксикислота

С. α-Кетокислота

D. γ-Гидроксикислота

Е. γ-Кетокислота

 

Задание 8

При нагревании β-оксимасляной кислоты произошла дегидратация. Какой продукт реакции образовался?

А. СН₃-СН₂-СН₂-СООН

В. СН₃-СН₂-СН₂-СН₃

С. СН₃-СН=СН-СН₃

D. СН₃-СН=СН-СООН

Е. СН₃-СН₂-СН₂-СН₂ОН

Задание 9

Почему для молочной кислоты характерно явление оптической изомерии?

А. Имеется ассиметрический центр

В. Имеется кислотная группа

С. Обладает гидрофильными свойствами

D. Обладает гидрофобными свойствами

Е. Содержит гидроксильный радикал

 

Задание 10

В состав кетоновых тел входит β-гидроксимаслянная кислота. Напишите схему химического превращения, протекающего при нагревании этого соединения.

Задание 11

Напишите схему реакции восстановления пировиноградной кислоты. Назовите продукт реакции.

Задание 12

Напишите цепочку превращений, назовите вещества А, В и С.

 

Эталоны ответов: 1 – B, 2 – E, 3 – B, 4 – E, 5 – В, 6 – E, 7 – A, 8 – D, 9 - A

Приложение 9.

Гидроксикислоты

Формула	Тривиальное название кислоты	Название солей и сложных эфиров
Гидроксиуксусная кислота	Гликолевая	Гликоляты
2-гидроксипропановаякислота	Молочная	Лактаты
Гидроксибутандиоваякислота	Яблочная	Малаты
3-Гидроксибутановаякислота	β-Гидроксимасляная	β-Гидроксибутират
4-Гидроксибутановаякислота	g-Гидроксимасляная	g-Гидроксибутират
2,3-дигидроксибутандиовая кислота	Винная	Тартраты
2-гидроксипропан-1,2,3-трикарбоноваякислота	Лимонная	Цитраты
2-гидроксибензойная кислота	Салициловая	Салицилаты
	Ацетилсалициловая	Ацетилсалицилаты
Примечание: Звёздочкой отмечены хиральные центры, т.е. асимметрические углеродные атомы

Приложение 10.

Альдегидо- и кетокислоты

Формула	Название кислоты	Название солей и сложных эфиров	Биологическая роль кислоты
Оксоэтановая кислота	Глиоксалевая	Глиоксилаты	Это единственная α-альдегидокислота. Встречается в недозрелых фруктах
2-Оксопропановая кислота	Пировиноградная	Пируваты	Важнейший промежуточный метаболит в живых организмах
3-Оксобутановаякислота	Ацетоксусная	Ацетоацетаты	Является продуктом метаболизма липидов; накапливается при сахарном диабете
Оксобутандиоваякислота	Щавелевоуксусная	Оксалоацетаты	Метаболит, участвующий в цикле Кребса
2-Оксопентандиоваякислота	α-Кетоглутаровая	α-Кетоглутараты	Метаболит, участвующий в цикле Кребса и в синтезе глутаминовой и γ-аминомасляной кислот

Приложение 11.