Строение и функции гетерополисахаридов соединительной ткани

Биозный фрагмент	Биологическая роль
Гиалуроновая кислота	Гликозаминогликан, входящий в состав соединительной, эпителиальной и нервнойтканей. Является одним из основных компонентов внеклеточного матрикса, содержится во многих биологических жидкостях (слюне, синовиальной жидкости). Гиалуроновая кислота является главным компонентом синовиальной жидкости, отвечающим за её вязкость, является основным компонентом биологической смазки. Гиалуроновая кислота — важный компонент суставного хряща, в котором присутствует в виде оболочки каждой клетки (хондроцита). Входит в состав клеток кожи, участвуя в регенерации ткани.
Хондроиитнн сульфат	Хондроитин сульфаты являются специфическими компонентами хряща. Вырабатываются хрящевой тканью суставов, входят в состав синовиальной жидкости. Хондроитинсульфат обладает тропностью к хрящевой ткани, инициирует процесс фиксации серы в процессе синтеза хондроитин-серной кислоты, что, в свою очередь, способствует отложению кальция в костях. Стимулирует синтез гиалуроновой кислоты, укрепляя соединительнотканные структуры: хряща, сухожилий, связок. Оказывает анальгетическое и противовоспалительное действие, является хондропротектором, способствует активной регенерации хряща.
Гепарин	Гепари́н—серосодержащий гликозаминогликан; впервые выделен из печени. В клинической практике известен как антикоагулянт, то есть как вещество, препятствующее свёртыванию крови. Применяется для профилактики и терапии тромбоэмболических заболеваний, при операциях на сердце и кровеносных сосудах, для поддержания жидкого состояния крови в аппаратах искусственного кровообращения и гемодиализа, а также для предотвращения свертывания крови при лабораторных исследованиях. Синтезируется в тучных клетках, скопления которых находятся в органах животных, особенно в печени, лёгких, стенках сосудов.

Тема 6. Классификация, строение и значение биологически важных гетероциклических соединений

АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ

Гетероциклические соединения – структурные компоненты биологически активных веществ и лекарственных препаратов. Они входят в состав аминокислот (триптофан, гистидин), нуклеиновых кислот, витаминов (никотиновая кислота, цианкобаламин), ферментов и коферментов (НАД, ФАД) и других биологически активных веществ (гемоглобин, хлорофилл, АТФ). Большое количество лекарственных препаратов содержит в своем составе ядра гетероциклов: анальгетики (амидопирин, анальгин), противотуберкулезные средства (тубазид, фтивазид), антибиотики (пенициллинового и цефалоспоринового рядов) и т.д. Гетероциклические соединения также входят в состав метаболитов, например, мочевая кислота – продукт превращения пуринових оснований в организме. При нарушении обмена веществ, накопление гетероциклических соединений может стать причиной различных патологических состояний, например, соли мочевой кислоты образуют камни в почках. Механизмы превращения гетероциклических соединений в организме обусловлены химическими свойствами данных соединений, которые в свою очередь, определяются структурой гетероциклов. Таким образом, умение интерпретировать структуру гетероциклов, прогнозировать их химические свойства и качественно определять присутствие данных соединений в различных медицинских и биологических растворах являются необходимыми для формирования общего понимания биологических превращений в организме и развития навыков практического определения биологически важных веществ.

ЦЕЛИ ОБУЧЕНИЯ

ОБЩАЯ ЦЕЛЬ:

Уметь интерпретировать строение и свойства гетероциклических соединений как структурных компонентов биологически активных веществ и лекарственных препаратов. Достижение этой цели обеспечивается решением конкретных задач.

КОНКРЕТНЫЕ ЦЕЛИ:

УМЕТЬ:

1. Интерпретировать строение гетероциклических соединений.

2. Анализировать химические свойства пяти- и шестичленных гетероциклических соединений с учетом количества и природы гетероатомов и ароматичности соединений.

3. Трактовать биологическое значение гетероциклических соединений как структурных единиц нуклеиновых и аминокислот, витаминов, лекарственных препаратов.

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ВОПРОСЫ

1. Классификация гетероциклических соединений по общему количеству атомов в цикле (пяти- и шестичленные), по количеству и природе гетероатомов (Приложение 16).

2. Электронное строение и ароматический характер основных представителей гетероциклических пяти- (пиррол) и шестичленных (пиридин) соединений.

3. Строение и химические свойства пятичленных гетероциклов с одним гетероатомом: пиррола, фурана, тиофена; с двумя: имидазол, пиразол, тиазол. Биологически активные производные (тетрапиррольные соединения, гистидин, амидопирин, анальгин, тиамин (витамин В₁- тиамина гидрохлорид).

4. Строение и химические свойства шестичленных гетероциклов с одним гетероатомом: пиридина и с двумя: пиримидина, и его производных – урацил, тимин, цитозин. Биологически активные производные (никотинамид (витамин РР), пиридоксин (витамин В₆)).

5. Строение конденсированного гетероциклического соединения – пурина, и его производных – аденина, гуанина и мочевой кислоты.

6. Медико-биологическое значение гетероциклических соединений

Основная литература

1. Губський Ю.І. Біоорганічна хімія: Підручник. – Вінниця: Нова книга, 2004. – С.172-216

.

Решение обучающих задач

Задание 1.

В основу каких биологически важных соединений входит имидазол?

Эталон решения:

Имидазол – структурный фрагмент витамина В₁₂ и некоторых алкалоидов. Скелет имидазола лежит в основе незаменимой аминокислоты гистидина, входящей в состав многих белков. Имидазольный цикл в структуре гистидина обладает амфотерными свойствами, что определяет роли гистидина как центра кислотно-основного катализа в составе активных центров многих гидролитических ферментов. Известным биологически активным производным имидазола является гистамин – биогенный амин, выполняющий функции тканевого гормона, его концентрация в межклеточной жидкости резко возрастает при развитии воспалительного процесса. Гистамин принимает участие в регуляции секреции желудочного сока, регулирует проницаемость капилляров и проникновение воды в ткани.

 

Гистидин	Гистамин

Задание 2.

Укажите гетероциклическое соединение, в состав которого входят только атомы азота пиридинового типа:

А. Пиррол

В. Имидазол

С. Индол

D. Пиримидин

Е. Пурин

Эталон решения:

1. В структуре гетероциклических соединений различают два типа азота: пиррольного типа (как в молекуле пиррола) и пиридинового типа (как в молекуле пиридина):

Азот пиррольного типа	Азот пиридинового типа

Соединения, содержащие атом азота пиррольного типа проявляют свойства слабой кислоты, например пиррол или индол. Соединения, содержащие атом азота пиридинового типа являются слабыми основаниями, например пиридин и пиримидин. Соединения, содержащие атомы азота обоих типов амфотерны (имидазол)

2. Запишем структурные формулы приведенных гетероциклов:

Пиррол	Имидазол	Индол	Пиримидин	Пурин

Очевидно, что молекула пиримидина содержит только атомы азота пиридинового типа.

Ответ: D. Пиримидин

 

 

НАБОР ЗАДАНИЙ ДЛЯ КОНТРОЛЯ САМОПОДГОТОВКИ

Задание 1.

В составе многих витаминов представлены гетероциклические структуры. Какой гетероцикл образует витамин В₆:

А. Тиофен

В. Тиазол

С. Пиррол

D. Пиридин

Е. Пиримидин

Задание2.

В основе структуры антипирина и амидопирина лежит скелет гетероциклического соединения:

А. Пиразол

В. Индол

С. Тиазол

D. Имидазол

Е. Пиримидин

 

Задание3.

Пятичленным гетероциклом с двумя различными гетероатомами является:

А. Пиразол

В. Пурин

С. Фуран

D. Имидазол

Е. Индол

 

Задание 4.

В ходе лабораторной работы студент должен подтвердить кислотные свойства пиррола. Укажите реагент, позволяющий это осуществить:

A. CH₃COOH

B. HCl

C. Калий

D.SO₂Cl₂

E. H₂/Ni

 

Задание 5.

Аминокислота гистидин входит в состав многих белков и имеет в своей структуре гетероциклический радикал. Укажите, ядро какого гетероцикла входит в состав этого радикала:

A. Индол

B. Пиримидин

C. Пиразол

D. Имидазол

E. Пиррол

Задание 6.

Какой пятичленный азотсодержащий гетероцикл вы знаете?

А. Тиофен

В. Фуран

С. Пиррол

D. Пиридин

Е. Бензол

Задание7.

Как называется следующее гетероциклическое соединение?

А. Пурин

В. Пиримидин

С. Индол

D. Имидазол

Е. Бензол

Задание 8.

Какой пятичленный серосодержащий гетероцикл вы знаете?

А. Тиофен

В. Фуран

С. Пиррол

D. Пиридин

Е. Бензол

 

Задание 9.

В составе витамина В₁ обнаруживается пятичленный гетероцикл, который содержит гетероатомы азота и серы. Как он называется:

А. Тиофен

В. Тиазол

С. Пиррол

D. Пиридин

Е. Пиримидин

Задание 10.

Лекарственные препараты, обладающие снотворным и противосудорожным действием– фенобарбитал, веронал, являются производными барбитуровой кислоты. Скелет какого гетероциклического соединения лежит в ее основе:

А. Пиррол

В. Пиразол

С. Индол

D. Пурин

Е. Пиримидин

 

Задание 11.

Мочевая кислота является конечным продуктом метаболизма пуринов в организме человека. Скелет какого гетероциклического соединения лежит в основе структуры мочевой кислоты:

А. Пиррол

В. Пиразол

С. Индол

D. Пурин

Е. Пиримидин

 

Задание 12.

Пиррол, фуран и тиофен относятся к гетероциклическим соединениям. Какие признаки используются для классификации этих соединений? Структурным фрагментом каких биологически важных соединений является пиррол?

 

Ответы: 1 – D, 2 – А, 3 – С, 4 – C, 5 – D, 6 – C, 7 – C, 8 – A, 9 – B, 10 – Е, 11 –D.

Приложение 16.