Липиды и низкомолекулярные биорегуляторы

Липиды (греч. lipos — жир) — природные жироподобные вещества, практически нерастворимые в воде, хорошо растворимые в неполярных органических растворителях.

Липиды не имеют общих структурных особенностей и в большинстве случаев представляют собой сложные эфиры высших жирных кислот с глицерином и другими спиртами специфического строения. В состав липидов также могут входить фосфорная кислота, азотистые основания или углеводы.

Липиды не являются биополимерами, однако наряду с ними выполняют чрезвычайно важные функции в организме:

– являются структурными элементами клеточных мембран (в виде комплекса с белками);

– служат энергодативным материалом для организма;

– являются запасными веществами, в форме которых депонируется метаболическое топливо;

– выполняют в организме защитную функцию;

– функционируют как биорегуляторы метаболических процессов.

 

Липиды чаще всего классифицируют по их способности к гидролизу на омыляемые (содержат сложноэфирные связи, способные гидролитически расщепляться) и неомыляемые (не содержат сложноэфирных связей и не подвергаются гидролизу).

К омыляемым липидам в свою очередь относят простые и сложые липиды. Простые липиды состоят только из остатков жирных кислот и одно-, двух- или трехатомных спиртов, образующих сложные эфиры; к ним относят воски, жиры и церамиды. В состав сложных липидов входят остатки жирных кислот и спиртов с замещенными группами, остатки фосфорной кислоты, моносахаридов. К сложным омыляемым липидам относятся, прежде всего, фосфолипиды, гликолипиды и сфинголипиды.

Неомыляемые липиды не содержат жирнокислотных остатков, соединенных сложноэфирной связью, поэтому в щелочной среде они не гидролизуются с образованием жирных кислот и не образуют мыла. К данной группе липидов относят стероиды и терпены, а также жирорастворимые пигменты, витамины.

Жиры.

Животные жиры и растительные масла имеют единую химическую природу. Их молекулы представляют собой триацилглицерины – сложные эфиры трёхатомного спирта глицерина и высших алифатических кислот. Кислоты, выделенные из жиров, часто так и называют жирными кислотами. Номенклатура жиров основана на названии кислот, входящих в их состав с указанием номера глицеринового атома углерода, с которым соединён остаток кислоты, например:

 

 

Как запасные вещества триацилглицерины обладают рядом преимуществ перед углеводами и белками. Они не растворимы в воде и клеточном соке и, следовательно, не влияют на физико-ашические свойства цитоплазмы; до омыления ни в какие реакции в водной среде не вступают.

Триацилглицерины выполняют, кроме того, энергодативные функции, восполняя около 45 % суммарной потребности организма в энергии.

В составе природных триацилглицеринов обнаружено несколько десятков различных жирных кислот. Однако в жирах организма около 85 % составляют: олеиновая С₁₇Н₃₃СООН, пальмитиновая C₁₅H₃₁COOH и линолевая C₁₇H₃₁COOH кислоты.

Жирные кислоты, входящие в состав липидов высших растений и животных, обладают рядом общих свойств:

1) содержат четное число атомов углерода, чаще всего 16 или 18 атомов;

2) имеют неразветвленную углеродную цепь;

3) ненасыщенные кислоты имеют цис-конфигурацию;

4) в полиненасыщенных жирных кислотах растительного происхождения обнаружены сопряженные двойные связи: –СН=СН–СН=СН–; а в жирных кислотах животных липидов — дивинилметановые фрагменты: –СН=СН–СН₂–СН=СН–

Если в составе триацилглицеринов присутствуют, преимущественно, предельные кислоты, то жир имеет твёрдую консистенцию (свиной жир, сливочное масло). Если же преобладают ненасыщенные кислоты, то агрегатное состояние жира — жидкое (растительные масла). Углеводородный радикал кислоты в цис-конфигурации имеет изогнутый и укороченный вид, молекулы занимают больший объём, а при образовании кристаллов упаковываются менее плотно, чем транс-изомеры. Отсюда и разница в температурах плавления и агрегатном состояниии кислот. Так, олеиновая кислота при комнатной температуре — жидкая, а её транс-изомер, элаидиновая кислота — твёрдая.

 

 

Рисунок – Шаростержневые модели молекул транс - (вверху) и цис- (внизу) изомеров олеиновой (а), линолевой (б), линоленовой (в) кислот. Синим цветом, отмечены атомы углерода, красным — кислорода, серым — водорода.

Цис- конфигурация непредельных кислот менее устойчива, чем транс-конфигурация. Это делает пищевые жиры более подверженными катаболизму, они легче перевариваются.

Реакции гидролиза. Среди химических свойств омыляемых липидов реакция гидролиза занимает особое место. С ее помощью устанавливают строение липидов. Гидролиз — первая стадия ути­лизации и метаболизма пищевых жиров в организме. При гидро­лизе нейтральных жиров образуются кислоты и глицерин. В организме эта реакция катализируется ферментами — липазами. Вне организма гидролиз жира происходит при его нагревании в при­сутствии кислот или щелочей (по механизму бимолекулярного нуклеофильного замещения S_N2). В последнем случае образуются соли жирных кислот — мыла, а реакция называется омылением. Мыла, так же как и многие сложные липиды, обладают поверхностной активностью (являются ПАВ). Приведем некоторые реакции гидролиза

 

 

Реакции присоединения. Липиды с остатками непредельных кислот присоединяют по двойным связям водород галогены, галогеноводороды, воду в кислой среде. На способности ненасыщенных кислот присоединять по месту двойной связи галогены основан один из методов определения степени ненасыщенности жирных кислот и масел.

Жидкие жиры могут быть превращены в твердые путем гидрирования — присоединением водорода по двойным связям непредельных кислот в присутствии катализаторов:

 

Реакция гидрирования растительных масел используется в промышленных масштабах для получения маргаринов и «мягких» масел, не содержащих холестерина. Холестерин в таких продуктах действительно отсутствует (ведь растения не вырабатывают холестерин). Однако установлено, что в процессе гидрирования происходит также цис-транс- изомеризация углеводородных радикалов кислот, доля транс-изомеров в в «мягких» маслах может достигать 10 %, в дешёвых маргаринах — 50 %. Присутствие транс-изомеров увеличивает риск атеросклероза и связанных с ним сердечно-сосудистых заболеваний. Полученные в процессе катаболизма таких маргаринов транс-кислоты могут встраиваться в фосфолипиды клеточных мембран, изменяя при этом их физические свойства, что может быть причиной метаболических и функциональных расстройств.

Под действием света, кислорода и влаги жиры подвергаются пероксидному окислению и расщеплению. Легче всего окисляются непредельные жирные кислоты, входящие в состав жира. Кислород, присоединяясь по месту двойной связи, образует пероксиды. Далее происходит разрыв углеродной цепи по месту бывшей связи, и образуются альдегиды и кислоты с меньшим числом атомов углерода, имеющие неприятный запах и вкус прогорклого жира:

 

Синтез жиров в организме осуществляется из глицерина и производных жирных кислот в виде ацилкофермента:

Воски. Представляют собой сложные эфиры высших одноатомных спиртов алифатического (реже ароматического) ряда и высших жирных кислот. Кроме того, природные воски содержат свободные спирты с четным числом атомов углерода n = 26-32, высшие жирные кислоты с числом атомов углерода n = 14-34, а также алканы с нечетным числом атомов углерода n = 21-37. Общее количество этих примесей может достигать 50 %.

Воски составляют около 80 % всех липидов растений и выполняют в организме в основном защитную функцию, предохраняя органы и ткани от потери тепла, влаги, от механических повреждений и проникновения микроорганизмов.

В состав восков входят как обычные жирные кислоты, так и специфические: карнаубовая С₂₃Н₄₇СООН, церотиновая С₂₆Н₅₃СООН. Наиболее часто в составе восков встречаются спирты: стеариновый С₁₈Н₃₇ОН, цетиловый СН₃(СН₂)₁₄СН₂ОН, мирициловый C₃₁H₆₃OH и др. Среди животных восков наибольшее значение имеют спермацет, ланолин и пчелиный воск.

Воски подразделяют на: простые и сложные. К простым воскам относят эфиры высших жирных кислот и высших первичных спиртов. Сложные воски представляют собой эфиры разветвленных одно- и двухатомных спиртов и разветвленных жирных кислот или оксикислот.

В отличие от триацилглицеринов воски более устойчивы к действию света, окислителей, нагреванию; хуже гидролизуются. Универсальным свойством восков является их высокая пластичность в нагретом состоянии при температурах, значительно ниже температур плавления. Так, большинство восков имеют температуру плавления 60-64 °С, а температуру размягчения (перехода в высокопластичное состояние) около 36-38 °С. Кроме того, большинство восков плавятся, не давая твердого остатка. Именно эти свойства обусловили, в частности, широкое применение восков в сачестве моделировочных материалов в ортопедической стоматологии.

Церамиды — это N-ацилированные производные спирта сфингозина.

 

Эти соединения в незначительных количествах присутствуют в тканях растений и животных. Церамиды — твёрдые или воскоподобные вещества хорошо растворимы в хлороформе, спирте и их смеси, склонны к реакциям внутримолекулярной циклизации. In vivo они являются предшественниками сложных липидов — сфингомиелинов, цереброзидов, ганглиозидов и др.

Фосфолипиды. Являются сложными эфирами жирных кислот, фосфорной кислоты и многоатомных спиртов — глицерина (глицерофосфолипиды) или сфингозина (сфингофосфолипиды). Кроме того, их молекулы содержат сложноэфирную связь между фосфорной кислотой и каким-либо полярным соединением (чаще азотсодержащим).

Фосфолипиды в организме выполняют структурную функцию, являясь компонентом внутриклеточных мембран и клеточных оболочек.

Благодаря особенностям химического строения, а именно дифильному характеру молекул, фосфолипиды обеспечивают одностороннюю проницаемость (полупроницаемость) мембран. В воде фосфолипиды не растворимы, но набухают в ней; быстро окисляются на воздухе.

Глицерофосфолипиды имеют общее строение:

где R, R' — остатки жирных кислот.

Глицерофосфолипиды являются производными фосфатидовых сислот (X = Н), в которых остаток фосфорной кислоты этерифицирован одним из аминоспиртов: коламином, холином или аминокислотой серином:

 

 

Молекулы глицерофосфолипидов включают гидрофильную полярную группировку и две гидрофобные неполярные углеводородные цепи, что обусловливает дифильность молекул и выраженную поверхностную активность фосфолипидов.

Сфингофосфолипиды похожи по структуре на глицерофосфолипиды, но вместо глицерина используется другой спирт — сфингозин:

 

Важную группу сфинголипидов составляют сфингомиелины, впервые обнаруженные в нервной ткани. В сфингомиелинах (в отличие от церамидов) гидроксильная группа у первого атома углерода ацилирована фосфорилхолиновой группировкой.

Молекулы гликолипидов содержат остатки углеводов (чаще D-галактозы, реже D-глюкозы) и не содержат фосфорной кислоты и связанных с ней азотистых оснований. Типичные представители гликолипидов — цереброзиды и ганглиозиды.

 

Ганглиозиды структурно схожи с цереброзидами, но вместо моносахарида содержат сложный олигосахарид.

 

Характерной особенностью сложных липидов является их бифильность (наличие сродства как к полярным, так и к неполярным фазам). В фосфолипидах, например, углеводородные радикалы жирных кислот образуют два неполярных «хвоста», а карбоксильная, фосфатная и азотистая части — полярную «голову». На границе раздела фаз такие вещества проявляют поверхностно-активные свойства, так как одна их часть может растворяться в полярной фазе, а другая — в неполярной.

Липиды в организме выполняют структурную функцию, являясь, наряду с белками, компонентами внутриклеточных мембран и клеточных оболочек. За счёт гидрофобных взаимодействий углеводородные цепочки радикалов жирных кислот удерживаются рядом друг с другом в вытянутом состоянии во внутренней полости, образуя двойной углеродный слой; тогда как полярные группы взаимодействуют с белковыми молекулами и располагаются на внешней поверхности липидного бислоя.

Фосфолипиды обеспечивают высокое электрическое сопротивление и одностороннюю проницаемость (полупроницаемость) мембран: мембраны непроницаемы для ионов и полярных молекул и проницаемы для неполярных веществ. Поэтому для большинства анестезирующих препаратов характерна высокая растворимость в липидах, обеспечивающая их проникновение через мембраны нервных клеток.

Липиды мембран представлены в основном фосфолипидами, кроме того присутствуют сфинголипиды, гликолипиды и стероиды.

Неомыляемые липиды

Вместе с омыляемыми липидами в липидных фракциях, извлекаемых из материала животного или растительного происхождения, содержатся в небольшом количестве вещества, обладающие высокой биологической активностью. К ним относятся стероиды, терпены, жирорастворимые витамины, алкалоиды, объединяемые общим названием — низкомолекулярные биорегуляторы. За этими веществами закрепилось и ещё одно название — неомыляемые липиды, эти соединения не подвергаются гидролизу с образованием кислоты и спирта.

Стероиды

Стероиды широко распространены в природе, выполняют в организме разнообразные функции. К настоящему времени известно около 20 000 стероидов; более 100 из них применяется в медицине. Стероиды имеют циклическое строение. В основе их структуры скелет стерана, состоящий их трех конденсированных циклогексановых колец в нелинейном сочленении и циклопентанового кольца. Общая структура стероидов и нумерация атомов в стеране приведены ниже:

Стероидные гормоны

Гормоны – биологически активные вещества, образующиеся в результате деятельности желез внутренней секреции и принимающие участие в регуляции обмена веществ и физиологических функций в организме.

Гормоны — промежуточное звено между нервной системой и ферментами. Синтезированные в железах внутренней секреции гормоны переносятся током крови к органам-мишеням и там либо повышают каталитическую активность соответствующих ферментов, либо ускоряют их биосинтез. Гормоны имеют не только стероидную структуру, они могут быть производными аминокислот, пептидов и белков.

Кортикостероиды (кортикоиды) образуются в корковом веществе надпочечников и регулируют углеводный и солевой обмен. Их боковая цепь у С₁₇ включает два атома углерода в виде гидроксикетонной группировки. Примерами служат кортикостерон и преднизолон. Кортикостерон действует как антагонист инсулина, повышая содержание глюкозы в крови. Преднизолон – синтетический кортикостероид, по действию превосходящий свои природные аналоги. Используется для лечения ревматизма, бронхиальной астмы.

Андрогены стимулируют развитие вторичных половых признаков, влияют на эндокринную систему, обладают сильным анаболическим эффектом.

Эстрогены контролируют некоторые важные циклы в женском организме, используются при лечении гипертонии и других заболеваний.

 

 

Стерины

Как правило, клетки очень богаты стеринами. В зависимости от источника выделения различают зоостерины (из животных), фитостерины (из растений), микостерины (из грибов) и стерины микроорганизмов. В основе структуры стеринов лежит скелет углеводорода холестана, алифатический радикал R которого включает 8 атомов углерода.

В качестве обязательного заместителя стерины содержат гидроксильную группу при С₃, т. е. являются вторичными спиртами (поэтому в их названии часто присутствует окончание -ол). Примерами служат встречающиеся в животных клетках холестанол, относящийся к 5a-стероидам; холестерин и др.

Из общего количества холестерина, содержащегося в организме (250 г при массе тела 65 кг), только около 20 % его поступает с пищей. Основное количество холестерина синтезируется в организме. Нарушение обмена холестерина приводит к отложению его на стенках кровеносных сосудов и, как следствие, к уменьшению эластичности сосудов (атеросклерозу). Кроме того, он может накапливаться в виде желчных камней.

 

 

Желчные кислоты

В печени стерины, в частности холестерин, превращаются в желчные кислоты. Алифатическая боковая цепь у С₁₇ в желчных кислотах, производных углеводорода холана, состоит из 5 атомов углерода и включает концевую карбоксильную группу. Из желчи человека выделены четыре кислоты, которые получили название холевых кислот. Наиболее распространенная — сама холевая кислота.

Другие холевые кислоты отличаются отсутствием одной или двух гидроксильных групп у С₇ и С₁₂. Желчные кислоты находятся в организме также в виде амидов по карбоксильной группе (посредством пептидной связи к ним присоединены остатки глицина Н₂NСН₂СООН или таурина H₂NCH₂CH₂SO₃H). Haтриевые и калиевые соли этих соединений обладают поверхностно-активными свойствами. Эмульгируя жиры пищи, они улучшают их усвоение, а также активируют липазу — фермент, катализирующий гидролиз жиров.

 

 

Терпены и терпеноиды

Под этим названием объединяют ряд углеводородов и их кислородсодержащих производных — спиртов, альдегидов и кетонов, углеродный скелет которых построен из двух, трех и более звеньев изопрена. Сами углеводороды называют терпеновыми углеводородами, а их кислородсодержащие производные — терпеноидами. Терпенами богаты эфирные масла растений, смола хвойных деревьев и каучуконосов. К терпенам относятся и различные растительные пигменты и некоторые жирорастворимые витамины. Группировка терпенового типа (изопреноидная цепь) включена в структуру многих биологически активных соединений.

Общая формула большинства терпеновых углеводородов — (C₅H₈)_n. Они могут иметь нециклическое и циклическое строение. Терпены, содержащие две изопреновые группировки, относят к монотерпенам, три — к сесквитерпенам, четыре, шесть и восемь — к ди-, три- и тетратерпенам соответственно.

Примерами ациклических терпенов служат мирцен — монотерпен, содержащийся в эфирных маслах хмеля и благородного лавра; родственный мирцену спирт гераниол, содержащийся в эфирных маслах герани и розы.

 

Среди терпенов наиболее распространены моно- и бицикли-ческие терпены. Многие из них применяются в медицине или слу­жат исходными продуктами для синтеза лекарственных средств.

(-)-Лимонен – представитель моноциклических терпенов. Он содержится в лимонном масле и скипидаре. (+)-Лимонен входит в состав масла тмина. Рацемическая форма лимонена (дипентен) может быть получена в результате реакции диенового синтеза из изопрена при нагревании.

При восстановлении оптически активного лимонена или дипентена получается ментан, а при полной их гидратации в кислой среде, протекающей в соответствии с правилом Марковникова, образуется двухатомный спирт терпин. Последний в виде гидрата применяется как отхаркивающее средство при хроническом бронхите. Замещенные дипентены (например, каннабидиол) — психоактивное начало гашиша (марихуаны).

(-)-Ментол, как и лимонен, имеет скелет ментана. Он содержится в эфирном масле перечной мяты. Оказывает антисептическое, успокаивающее и болеутоляющее (отвлекающее) действие, входит в состав валидола, а также мазей, применяемых при насморке.

 

Особую группу терпенов составляют каротиноиды – растительные пигменты. Некоторые из них играют роль витаминов или предшественников витаминов, а также участвуют в фотосинтезе. Большинство каротиноидов относится к тетратерпенам. Их молекулы содержат значительное число сопряженных двойных связей и поэтому окрашены. Для природных каротиноидов характерна транс-конфигурация двойных связей.

Каротин — растительный пигмент желто-красного цвета, в большом количестве содержащийся в моркови, а также тома­тах и сливочном масле. Известны три его изомера, называе­мые a-, b-, и -g-каротинами, различающиеся числом циклов и положением двойных связей. Все они предшественники витаминов группы А.

Витамины

Витаминами обычно называют органические вещества, присутствие которых в небольшом количестве в пище человека и животных необходимо для их нормальной жизнедеятельности.

Это классическое определение в настоящее время используется с некоторыми оговорками. Термин «витамины», т. е. «амины жизни» (от лат. vita — жизнь), своим возникновением обязан тому, что первые выделенные витамины принадлежали к классу аминов. Однако позднее выяснилось, что присутствие аминогруппы в витаминах необязательно. Витамины делят на две большие группы – водорастворимые и жирорастворимые.

Кроме этих групп витаминов, выделяют витаминоподобные вещества, например холин, инозит, оротовая, п-аминобензойная, линолевая, линоленовая кислоты и др.

Житрорастворимые витамины

Витамин А относится к сесквитерпенам, содержится в масле, молоке, яичном желтке, рыбьем жире; свиное сало и маргарин его не содержат. Это витамин роста; недостаток его в пище вызывает убыль в весе, высыхание роговицы глаз, понижение сопротивляемости к инфекции. В организме человека каротин превращается в витамин А.

Витамины группы D относятся к классу стероидов, содержатся в рыбьем жире и яичном желтке (противорахитные). При их недостатке неправильно развивается костная ткань, нарушается обмен кальция и фосфора. Витамины группы D усиливают сопротивляемость инфекции.

Витамины К и К1 (филлохинон) являются производными нафтохинона, содержатся во многих растительных продуктах, регулируют в печени синтез протромбина, обусловливающего нормальное свертывание крови. Синтетический водорастворимый аналог витаминов группы К – викасол повышает способность крови к свёртыванию.

Витамины группы Е находятся в растительных маслах, молоке, яичном желтке, зародышах пшеницы, кукурузы т.п., регулируют функции половых желез (витамины размножения).

 

Водорастворимые витамины

В конце прошлого века тысячи моряков на японских судах страдали, а многие из них умирали мучительной смертью от таинственной болезни «бери-бери». Одной из загадок бери-бери было то, что моряки на судах других стран этой болезнью не болели. В 1882 г. японский морской врач Канегиро Такаки в своей работе, вполне заслуживающей названия «медицинского детектива», показал, что решение проблемы борьбы с этой болезнью заключается в правильном питании. Он обнаружил, что замена очищенного риса, составлявшего в основном рацион питания японских моряков, неочищенным не только помогает излечиться от болезни, но и предотвращает ее появление. Такаки предположил, что в рисовой шелухе содержатся какие-то важные белки, которых недоставало в пище болевших матросов. Последующая работа показала, что такое предположение правильно лишь отчасти. В рисовой шелухе действительно находится -существенно важный для правильного питания фактор, однако вещество это не является белком. Это небольшая органическая молекула, называемая тиамином, который служит коферментом, т. е. действует вместе с ферментом (являющимся белком), катализируя специфические химические реакции.

Витамин В1 является производным пиримидина, содержится

в дрожжах, ростках пшеницы, шпинате, капусте, моркови, бобах,

в печени животных. Вырабатывается кишечной флорой.

Регулирует углеводный обмен в организме, недостаток

его нарушает функции сердца и нервной системы.

Витамин В2 (рибофлавин) – производное бензоптеридина содержится в яйцах, молоке, печени. У травоядных животных вырабатывается микробами в пищеварительном тракте. Регулирует работу ферментов, участвует в процессах тканевого дыхания. При недостатке этого витамина замедляется рост, наблюдаются воспалительные процессы слизистой оболочки языка и губ, развивается общая мышечная слабость и слабость сердечной мышцы.

Витамин В6 представлен тремя формами (витамерами) – производными пиридина – пиридоксином (пиридоксолом), пиридоксалем и пиридоксамином. Он имеет важное физиологическое значение. При недостатке его в организме задерживается рост молодняка (и особенно цыплят), развивается заболевание кожи у животных (вокруг глаз, рта и носа). У человека недостаточность витамина В6 встречается реже, выражается в дерматитах. Фосфорилированные производные пиридоксаля и пиридоксамина играют роль коферментов.

 

Драматическая история, связанная с витамином С, возвращает нас к началу XVII в. Купцы-мореплаватели Британской Ост-Индской компании для того, чтобы не заболеть цингой, сосали плоды цитрусовых. Отсюда и происходит кличка «лимонники», как называли в те дни английских матросов и до сих пор иногда называют англичан. Однако гораздо легче вынести обидную кличку, чем ужасные последствия болезни, связанной с недостатком витаминов.

При заболевании цингой десны начинают кровоточить, происходят кровоизлияния под кожей и в суставах. Кожа становится дряблой, суставы распухают. Даже легкое прикосновение к больному может вызвать у него сильнейшую боль. Без приема витамина С неизбежно наступает смерть. В наши дни цинга не представляет серьезной проблемы, но недостаток витамина С ухудшает заживляемость ран и сопротивляемость организма инфекции.

Среди болезней, причиной которых является недостаток витаминов, более серьезную проблему, чем цинга или бери-бери, представляла пеллагра. Пеллагра начинается с дерматитов и аномальной пигментации кожи и сопровождается нервными и желудочно-кишечными расстройствами, потерей памяти; в конце концов наступают тяжелое расстройство психики и смерть.

То, что эта болезнь связана с недостаточным питанием, известно с 1914 г., однако вначале полагали, что ее вызывает недостаток белка в пище. В 1937 г. установили, что антипеллагрическим действием обладают никотиновая кислота и её амид – витамин РР (от итал preventive pellagra – предотвращающий пеллагру). Свое название кислота получила от никотина, окислением которого ее получают.

 

 

Алкалоиды

К алкалоидам относят различные вещества растительного происхождения, которые содержат азотистый гетероцикл, обладающие основными свойствами и специфическим действием на животный организм. Например, атропин расширяет зрачок, возбуждает нервную систему, морфин успокаивает ее, хинин действует на плазмодии малярии. Благодаря специфичности физиологического действия многие алкалоиды стали лекарственными веществами.

Различают шесть групп алкалоидов со следующими важнейшими представителями: пиридиновая (никотин), хинолиновая (хинин, стрихнин), изохинолиновая (папаверин, кураре), фенантреновая (кодеин, морфин), тропиновая (атропин) и пуриновая (кофеин).

Кроме того, алкалоиды подразделяют на бескислородные (никотин, анабазин и др.) и кислородсодержащие (хинин, атропин и др.). Все алкалоиды горьки на вкус, вращают пло­скость поляризации влево, плохо растворимы в воде, используются в виде солей (хлоридов или сульфатов), которые лучше растворимы. Описано более 500 алкалоидов, изучено строение многих из них, некоторые синтезированы.

Чаще всего алкалоиды встречаются у высших растений (маковых, бобовых, лютиковых); алкалоиды могут находиться в различных органах: никотин – в листьях табака, хинин – в коре дерева. Растения, содержащие 1-2 % алкалоида, считают хорошим сырьем для переработки. В растениях алкалоиды связаны (в виде солей лимонной, щавелевой и других кислот). Выделение их из растительного материала весьма затруднительно. Очищают выделенные алкалоиды перекристаллизацией, распознают с помощью цветных реакций.

Никотин содержится в листьях и семенах табака (от 1 до 7% в виде соединений с яблочной и лимонной кислотами), имеет вид бесцветной маслянистой жидкости, кипящей при 247 °С, обладает левым вращением, ядовит, добывается из отходов табачной промышленности, применяется как инсектицид.

Изомер никотина - анабазин имеет вид бесцветного масла, кипящего при 276 °С, очень ядовит, применяется для борьбы с насекомыми (в виде сернокислой соли), чрезвычайно токсичен.

Хинин содержится в коре хинного дерева, кислородсодержащий алкалоид, кристаллизуется с тремя молекулами воды, плохо растворим в ней, обладает левым вращением, применяется как антималярийное лекарство (в виде хлористоводородной или сернокислой соли). Сернокислый хинин с бромной водой и водным аммиаком дает зеленое окрашивание. Синтезирован в 1945 г.

Примером алкалоида изохинолинового ряда является папаверин, применяющийся в качестве эффективного противосудорожного средства.

 

 

Атропин содержится в белладонне, семенах дурмана, белене. Это кристаллическое вещество, плавящееся при 115-116 °С, ядовит, вызывает расширение зрачка, несмотря на высокую токсичность, применяется при лечении глазных заболеваний.

Кокаин содержится в листьях кока, имеет вид бесцветных призм, плавящихся при 98 °С. Известен как одно из первых используемых в медицине местноанестезирующих и наркотических средств.

Морфин был первым алкалоидом, выделенным в чистом виде (1806 г). Он был назван по имени сына бога сна и сновидений Морфея, его применяют как снотворное и обезболивающее средство.

Кодеин – метиловый эфир морфина, используется против кашля и в качестве обезболивающего средства.

Большим успехом органической химии явилось выделение и изучение антибиотиков – природных веществ, синтезируемых микроорганизмами и тормозящих размножение других микроорганизмов. Антибиотики применяются для лечения и предупреждения многих инфекционных заболеваний. Получены десятки антибиотиков, отличающихся как по химическому строению, так и по силе противобактериального действия. Среди них есть и сравнительно простые вещества класса хинонов и сложные гетероциклические соединения, вещества углеводного характера, полипептидные соединения. Наибольшее медицинское значение приобрели пенициллин, стрептомицин, грамицидин, синтомицин и биомицин.

Счастливая случайность позволила английскому бактериологу А. Флемингу в 1929 г. впервые наблюдать противомикробную активность пенициллина. Культуры стафилококка, выращивавшиеся на обычной питательной среде, называемой агаром случайно были заражены зеленой плесенью. Флеминг заметил, что по мере развития зеленой плесени стафилококковые палочки, находящиеся по соседству с плесенью, разрушались. Затем он обнаружил, что сама питательная среда, в которой развивалась плесень, не причиняла вреда лейкоцитам крови, и предположил, что содержащееся в плесени активное начало может быть использовано в качестве антисептика. Впоследствии было установлено, что плесень эта относится к виду Penicillium notatum, однако в то время возможность использования выделяемого ею вещества для лечения общих инфекционных заболеваний не была исследована.

За несколько лет до начала второй мировой войны X. Флори и

Е. Чейн в Оксфорде решили разобраться в причинах этого явления.

В 1940 г. они выделили натриевую соль пенициллина, содержащую

примеси. Им удалось показать, что полученное вещество обладает

замечательной противостафилококковой активностью. В начале 1941 г. пенициллин был впервые опробован на человеке – им был заболевший оксфордский полицейский – и начался путь этого антибиотика к славе.

Эра синтетических лекарств началась лавинообразным увеличением числа исследований во всем мире после опубликования в 1936 г. сообщения о том, что известная молекула сульфаниламида обладает почти сверхъестественной силой излечивать самые различные, часто смертельные инфекционные заболевания.

Молекула сульфаниламида поразительно проста. Как же действует эта небольшая молекула, метко убивающей бактерию и не приносящей никакого вреда живым клеткам?

Сульфаниламид убивает бактерии, включаясь в синтез фолиевой кислоты. Синтез фолиевой кислоты чрезвычайно важен для жизнедеятельности бактерий. Животные клетки сами не синтезируют фолиевую кислоту, однако она является необходимым компонентом в их «рационе».

Сульфаниламид мешает биосинтезу фолиевой кислоты, конкурируя с п-аминобензойной кислотой за включение в молекулу фолиевой кислоты. Структура сульфаниламида близка к структуре п-аминобензойной кислоты, что позволяет молекуле сульфаниламида «ввести в заблуждение» ферменты, отвечающие за связывание всех трех частей молекулы.

 

Таким образом, сульфаниламид занимает место п-аминобензойной кислоты, давая «ложную» молекулу фолиевой кислоты, которая, вероятно, не способна выполнять жизненные функции «истинной» фолиевой кислоты внутри бактерии. В этом заключается секрет противобактериальной активности сульфаниламида.