- •Глава1. История развития биоорганической химии …………………………………
- •Глава 2. Лекции по биоорганической химии …………………………………………
- •Глава 1
- •1.. Характеристика химических связей в биоорганических соединениях
- •2. Сопряженные системы
- •2.1. Общие понятия о строении сопряженных систем
- •Ациклические сопряженные системы. Особенности электронного строения
- •2 . 3 . Циклические сопряженные системы. Ароматичность
- •2. 3. 2. Медико-биологическое значение карбоциклических ароматических
- •2. 3. 3. Гетероциклические ароматические соединения
- •Медико- биологическое значение гетероциклических ароматических соединений
- •2.1. Взаимное влияние атомов в молекулах биоорганических соединений.
- •2.2. Кислотно-основные свойства органических соединений
- •Электроотрицательности атома, несущего неподеленную пару электронов.
- •Влияние природы заместителя
- •2.3. Медико- биологическое значение изучения темы « Кислотно-основные
- •3.1. Виды изомерии
- •3.2. Структурная изомерия.
- •3.2.1. Изомерия скелета
- •3.3. Динамическая изомерия.
- •3. 3.1. Кето-енольная таутомерия.
- •3.3.2. Лактим-лактамная таутомерия
- •3.4 Пространственная изомерия
- •3.4.1 Геометрическая( цис, транс) изомерия
- •Оптическая ( зеркальная) изомерия
- •Пространственное строение шестичленных циклов
- •3.4.4. Медико-биологическое значение стереоизомерии
- •4.1 Классификация реакций в биоорганической химии
- •4.1.1 Типы разрыва химических связей
- •4.1.2. Гомолитический тип разрыва связей.
- •4.1.3. Гетеролитический тип разрыва связей
- •Механизмы биоорганических реакций
- •4.2.1. Реакции электрофильного присоединения в ряду алкенов(а е)
- •4.2.2. Реакции нуклеофильного присоединения
- •Образование полуацеталей и ацеталей
- •Присоединение натрия гидросульфита
- •7. Реакции у α- углеродного атома в карбонильных соединениях
- •8. Альдольная конденсация
- •1. Реакция нитрования
- •2. Реация сульфирования
- •3. Реакция галогенирования
- •4. Реакция алкилирования
- •4.2.4. Реакции нуклеофильного замещения ( s n )
- •Окислительно-восстановительные реакции ( оксидо-редуктазные)
- •Лекция 5 карбоновые кислоты и их гетерофункциональные
- •5.1. Классификация карбоновых кислот
- •5.2. Строение карбоксильной группы
- •5.2.1. Значение величин рКа некоторых карбоновых кислот :
- •5.3. Химические свойства карбоновых кислот
- •Этилацетат
- •5.4. Характеристика отдельных представителей монокарбоновых кислот ,
- •Масляная кислота ( н- бутановая кислота)
- •5.5. Непредельные монокарбоновые кислоты
- •5.6. Дикарбоновые кислоты
- •5.7. Непредельные ди- и трикарбоновые кислоты
- •5.8. Гидроксикислоты
- •5.8.3. Дигидроксидикарбоновые кислоты
- •5.9. Oксокарбоновые кислоты( альдегидо -, кетокарбоновые кислоты)
- •5.10 Приложение : Происхождение названий карбоновых кислот Сn н2n о2
- •6.1. Определение « липиды»
- •Классификация липидов
- •6.3. Основные представители липидов
- •6.3.1. Природные высшие карбоновые кислоты
- •Образование соли
- •3. Тиоэфиры
- •4. Дегидрирование насыщенной кислоты в активной форме с участием фермента.
- •6.3.2. Триацилглицерины( триглицериды)
- •6.3.3. Фосфатиды ( фосфолипиды ) и фосфатидовая кислота
- •Холестерин( холестерол) и его производные
- •6. 4. Принципы создания липотропных лекарственных препаратов
- •6.5 . Строение и химический состав мембран клеток
- •7.1. Номенклатура, особенности пространственного и структурного строения природных аминокислот
- •7. 2 Классификация природных аминокислот
- •7. 3 Физические свойства природных аминокислот
- •7.4 Поведение аминокислот в водных растворах: образование цвиттер-ионов, изменение заряда и электрофоретической подвижности в зависимости от рН-среды. Изоэлектрическая точка
- •7.5. Качественная реакция обнаружения аминокислот
- •7. 6 . Химические свойства аминокислот
- •7 .6. 1 Химические свойства аминокислот in vitro
- •7.6.2. Химические свойства аминокислот in vivo
- •7.7. Строение витамина в6 и механизм реакции с его участием
- •7.8. Реакция поликонденсации, образование полипептидов
- •7. 9. Медико - биологическое значение аминокислот
- •7. 10. Применение аминокислот и их производных в качестве
- •Незаменимые аминокислоты обозначены звездочкой*
- •8.1. Определения « пептид» «белок»
- •8.2. Классификация белков
- •8.3. Строение пептидов и белков.
- •8.3.1. Первичная структура белка
- •8.3.2. Вторичная структура белка
- •8.3.3. Третичная и четвертичная структура белка
- •8.4. Физико-химические свойства белка
- •8.4.1. Амфотерность - кислотно- основные свойства белков.
- •8.4.2. Денатурация белка
- •8.5. Качественные реакции обнаружения белков в биологических объектах.
- •8. 6. Приложение. История развития химии белков
- •9. 1. Классификация углеводов
- •9.2. Моносахариды
- •9.3. Изомерия моносахаридов. Стереоизомерия. L- и д- ряды. Диастереомеры, энантиомеры, эпимеры. Значение отдельных представителей
- •9.4 Химические свойства моносахаридов
- •9.4. 3. Фосфорные эфиры
- •9.4.3 Образование гликозидов
- •9.4.4. Реакции восстановления
- •9.4.5 Реакции окисления моносахаридов
- •9.5. Биологическое значение моносахаридов и их производных.
- •10.1. Олигосахариды. Дисахариды
- •10.1.1. Нередуцирующие дисахариды
- •10.1.2 Редуцирующие дисахариды.
- •10.2. Полисахариды
- •10.2.1. Гомополисахариды
- •11.1. Классификация нуклеиновых кислот, отличия в строении и составе как следствие различных биологических функций
- •11.2. Азотистые основания нуклеиновых кислот
- •Азотистые т основания- производные пиримидина
- •11.2.2. Азотистые основания- производные пурина( аденин, гуанин)
- •11.3. Нуклеозиды
- •11.4. Нуклеотиды
- •11.5. Строение нуклеиновых кислот
- •11.6. Метаболизм пуриновых соединений в клетке
- •11.7. Биологически важные соединения- мононуклеотиды, динуклеотиды- участники важнейших биохимических процессов
- •11.8 Приложение . Справочные материалы к теме лекции
- •1953 – Дж. Уотсон и ф. Крик - модель двухцепочечной структуры днк.
- •12.1 Современная концепция создания биоорганических соединений –
- •12.1.1. Особые химические требования к лекарственному веществу
- •12.1.3. . Пути поиска и создания лекарственных препаратов
- •12.1.4 Классификация лекарственных веществ
- •12.2 Синтез, химические и физические свойства лекарственных соединений
- •12.2.1. Производные 4-аминобензойной кислоты
- •12.2.2. Производные 4-аминобензолсульфокислоты
- •Hso3Cl сульфохлорирование h2nr’ амин AcHn — с6н 5 AcHn — с6н 4— so2Cl ацетиланилин
- •12. 2. 3. Лекарственные средства, производные салициловой кислоты
- •12.2.4. Лекарственные средства, производные 4 –аминофенола
- •12.2.5 Лекарственные средства на основе пиридинкарбоновых кислот
- •12. 2. 6. Производные пиримидина
- •12. 2 .7. Производные пурина- кофеин, теофиллин, теобромин
- •13.1. Номенклатура алкалоидов
- •13.2. Классификация алкалоидов
- •13. 3. Функции алкалоидов
- •13.4. Содержание в растениях
- •13.5. Качественные реакции обнаружения алкалоидов
- •13.6. Фармакологическая активность- общий взгляд
- •13.7. Отдельные представители
- •13. 7.1. Алкалоиды группы фенилэтиламина
- •7.2 Производные пяти – и шестичленных гетероциклических соединений
- •137.3. Группа тропана
- •13.8. Витамины
- •Действие в организме
- •Стадии зрительного процесса на сетчатке глаза
- •14.1. Полимеры-определение. Виды полимеров
- •14. 2. Классификация вмс
- •14.3. Реакции полимеризации
- •14.3.1. Номенклатура полимеров.
- •14.3.2 . Общая характеристика мономеров.
- •14.3.3. Механизмы реакции полимеризации
- •14.4. Радикальная полимеризация
- •14.5. Ионная полимеризация
- •14.5.1. Катионная полимеризация
- •14.5.2. Анионная полимеризация
- •14.6. Координационная полимеризация
- •14.7.1. Блочная полимеризация
- •14.7.2. Эмульсионная полимеризация
- •14.7.3. Полимеризация в растворе
- •14.8. Конфигурация полимеров
- •14. 10. Физическое состояние полимеров
- •14.10.1. Аморфные полимеры
- •14 10.2. Кристаллические полимеры
- •14.11. Натуральный каучук
- •14.12 . Конденсационные полимеры
- •14. 13 Основные представители вмс
- •2. Структурные формулы биоорганических соединений
- •Сопряженные соединения
- •Карбоновые кислоты (указаны тривиальные названия)
- •Незаменимые аминокислоты обозначены звездочкой -*
- •Углеводы и их производные
- •Азотистые основания и их производные
- •1. Теоретические положения строения и свойств биоорганических
- •2. Важнейшие биополимеры организма
- •3. Липиды и низкомолекулярные регуляторы метаболизма.Важнейшие группы лекарственных средств
- •Курс лекций по биоорганической химии
- •060103 – Педиатрия
- •060104 –Медико-профилактическое дело
- •060105 - Стоматология
11.8 Приложение . Справочные материалы к теме лекции
История открытия структуры ДНК
В 1869 г. Ф. Мишер, швейцарский врач, исследовал состав ядер гнойных клеток и выделил из них вещество кислого характера, назвав его «нуклеином». Это событие рассматривается сейчас как открытие нуклеиновых кислот.
1889 г - введен термин « нуклеиновые кислоты»
1891 г. – немецкий биохимик А. Кессель описал гидролиз нуклеиновой кислоты, установив ее состав: углевод, фосфорная кислота и четыре азотистых основания . представители пиримидина и пурина. А. Кессель первый указал, что существуют два вида нуклеиновых кислот, описал гистоны и протамины. Автор одной из первых теорий строения белка. Лауреат Нобелевской премии по физиологии и медицине (1910).
1908 – 1909 г.- Ф. Левен предложил термины «нуклеозид» и «нуклеотид».
!930г и позднее- представления о том, что ДНК- тетрануклеотид с 4 различными гетероциклическими основаниями( теория Ф.Левена).
Начало 40-х гг – прямые доказательства участия НК в передаче генетической информации.
1940г.- Дж. Бидл и Э. Тейт сформулировали важнейший принцип : «один ген – один фермент»
1950 – Э. Чаргафф обнаружил отличия в нуклеотидном составе ДНК из разных биологических источников. Обнаружил попарную эквивалентность А-Т , Г-Ц.
Конец 40-х – 1952г- получены рентгенограммы ДНК.
1953 – Дж. Уотсон и ф. Крик - модель двухцепочечной структуры днк.
!957 г. – А. Корнберг открыл фермент ДНК- полимераза.
1960г.-С. Вейц, Ж. Гурвиц, О. Стивенсон – открыли главный фермент транскрипции – ДНК-зависимую-РНК-полимеразу.
1961г. – С. . Беннер и Ф. Крик открыли триплетный код.
1962 г. -Уотсон, Крик, Уилкинс получили Нобелевскую премию по физиологии и медицине Д. Уотсон и Ф.Крик совместно расшифровали структуру ДНК и предложили ее модель в виде двойной спирали в 1953 г.
1966г. –М. Ниренберг, Г. Корана, С. Очоа- открыли и доказали , что генетический код состоит из 64 кодонов.
Крик (Crick) Фрэнсис Харри Комптон (р. 1916) - английский физик. Окончил Лондонский университет (1937), основные работы посвящены изучению структуры нуклеиновых кислот. Один из основоположников молекулярной биологии.
Уилкинс (Wilkins) Морис Хью Фредерик (р. 1916), английский биофизик. Окончил Кембриджский университет. Получил высококачественные рентгенограммы ДНК, на основе которых установлена ее пространственная структура.
Уотсон (Watson) Джеймс Дьюи (р. 1928) - американский биохимик. Получил образование в Чикагском университете и университете штата Индиана, основоположник молекулярной биологии. Основные работы посвящены биосинтезу белка и изучению структуры ДНК.
Чаргафф (Chargaff) Эрвин (р. 1905) – американский биохимик. Окончил венский университет( 1928). С 1935- в Колумбийском университете в Нью-Йорке. Основные работы - по изучению химического состава и структуры нуклеиновых кислот, определил
соотношение азотистых оснований в составе ДНК. Правило Чаргаффа было использовано Уотсоном и Криком при составлении модели структуры.ДНК.
Дополнительная информация для любознательных !
Производные пурина – азотистые основания и их метаболиты
Пуриновые основания – природные вещества, производные пурина, различающиеся заместителями в пуриновом цикле. В природе наиболее распространены аденин, гуанин, гипоксантин, ксантин, мочевая кислота - конечный продукт обмена пуриновых оснований.
Метилированные производные ксантина встречаются в чае, кофе( теофиллин, теобромин, кофеин).
Пуриновые основания- бесцветные кристаллические вещества, высокие т.пл. часто с разложением.
Растворимость в воде убывает в ряду :
Аденин > гипоксантин > ксантин > гуанин > мочевая кислота /
Легко рстворимы в кислотах и щелочах с образованием солей.
Аденин – С5 Н5 N5 , 6- аминопурин - бесцветные кристаллы, т. пл. 360 – 3650 С. (разлагается) Плохо растворим в холодной воде и спирте, хорошо в горячей, растворим в кислотах и щелочах. Обладает основными свойствами. рКа аминогруппы-4,15.Может образовывать соединения с кислотами, основаниями, солями.
Аденозин- С10 Н13N5 О4 ( 9-ß-D-рибофуранозилоаденин) – N- гликозид, состоящий из D-рибозы и аденина., бесцветные кристаллы, т.пл 2290 С, легко растворим в воде, нерастворим в большинстве неорганических растворителей. Является слабым основанием,
рКа аминогруппы-3,5. при кислотном гидролизе распадается на аденин и D- рибозу.
Аденозинмонофосфат, АМФ. Известны три изомера: 5'-- АМФ, 3'- АМФ, 2 ' -АМФ.
Растворимы в воде, нерастворимы в органических растворителях. Соли, образованные активными щелочными и щелочно-земельными металлами, растворимы в воде, а тяжелыми- нерастворимы.
В щелочной среде гидролизуется фосфатная связь, труднее у 5'—АМФ по сравнению с другими изомерами, в кислой среде происходит гидролиз гликозидной связи.
Аденозиндифосфат, АДФ. АДФ и ее соли щелочных металлов хорошо растворимы в воде, нерастворимы в органических растворителях. Соли щелочно-земельных металлов плохо растворимы в воде, а тяжелых металлов – нерастворимы. При щелочном гидролизе легко отщепляется концевой фосфат. Оставшаяся фосфатная группа гидролизуется значительно труднее. Связь между фосфатами в АДФ относится к макроэргическим.
Гипоксантин С5 Н 4 N 4 O – бесцветные кристаллы. Разлагается при температуре 1500 С.
Плохо растворим в холодной воде, хорошо - в горячей, кислотах, щелочах. Амфотерен.
Характерна лактим-лактамная таутомерия (в обоих формах положение атома водорода Н7).
Гуанин С5 Н5 N5 O . Кристаллы, т. пл. 3650 С ( разложение).
Не растворим в воде. Слабо растворим в спирте, эфире, аммиачных растворах. Хорошо растворим в кислотах и щелочах, с которыми образует соли. Осаждается из растволра пикриновой и метафосфорной кислотами. В среде НС1 флуоресцирует.
Входит в состав чешуи рыб. Применяют для синтеза пуриновых алкалоидов( кофеина, теофиллина, теобромина)
Ксантин С5 Н4 N4 O2 - , бесцветные кристаллы в форме чешуек или пластинок, разлагаются при температуре около 1500 С. частично возгоняются. Растворимость в воде : 0, 008 г/ 100 мл воды при 17 0 С, 0,018 г при 400 С, легко растворим в щелочах.
Флуоресцирует. Обладает слабыми основными свойствами, образует соли с сильными кислотами, которые легко гидролизуются.
Устойчив к кипячению в разбавленной щелочи, окисляется раствором КМпО4 .применяют для получения кофеина, теобромина.
Обладает сильным диуретическим действием.
Мочевая кислота- С5 Н4 О 3 N 4 – бесцветные кристаллы. Разлагается ниже температуры плавления. Плохо растворима в воде: 6, 45 мг / 100 мл воды при 370С, спирте, эфире, растворима в глицерине. Существует в двух таутомерных формах- енольной( как двухосновная кислота) и кетонной. Равновесие сильно сдвинуто в сторону кетонной формы. У человека мочевая кислота конечный продукт обмена пуринов, но у животных она превращается в аллантоин под влиянием фермента уриказы.
Двузамещенные ураты щелочных металлов легко растворимы в воде, однозамещенные – трудно, исключение составляет соль лития. При окислении в нейтральном или щелочном растворе разрушается пиримидиновое кольцо и образуется аллантоин.
При нарушении обмена веществ (подагре) или приеме препаратов кофеина образование мочевой кислоты в организме резко возрастает. Камни почек и мочевого пузыря состоят из мочевой кислоты или солей уратов. Для их растворения применяют соли лития, которые переводят нерастворимые мочевую кислоту и ураты в растворимые соединения лития.
Производные пиримидина – азотистые основания и их метаболиты
Пиримидин – С4 Н4 N2 – соединение класса диазинов, гетероциклическое ароматическое соединение. Бесцветные кристаллы с наркотическим запахом,
т пл 210 С., легко растворим в воде, эфире, спирте. Очень слабое однокислотное основание. Образует соли - сульфат, нитрат, перхлорат, пикрат, соль с хлоридом железа (3). Трудно вступает в реакции электрофильного замещения, активность атомов углерода убывает в порядке С 5 > С 4 > С2 .
Пиримидиновые основания (У, Т, Ц)
Бесцветные кристаллические вещества, высокие температуры плавления( часто с разложением), плохо растворимы в воде, но лучше пуриновых оснований.
Растворимость убывает в ряду:
пиримидин > цитозин > тимин > урацил > оротовая кислота
Растворимы в щелочах, образуют хорошо кристаллизующиеся соли- пикраты.
Характерна лактим-лактамная таутомерия.
Окисляются раствором КМпО4, пероксидом водорода, озоном.
Из биологического материала пиримидиновые основания получают кислотным гидролизом (12 Н хлорная кислота, конц. муравьиная кислота) нуклеиновых кислот, нуклеотидов, нуклеозидов.
Введение в организм неприродных аналогов вызывает серьезные нарушения метаболических процессов (конкурентное действие, антиметаболиты), например,
аллоксан , близкий по строению к урацилу, вызывает у животных в эксперименте аллоксановый диабет. Его часто используют биохимики и физиологи в научных исследованиях нарушений обмена веществ, создавая экспериментальную модель диабета.
Многие производные обладают выраженным лекарственным действием :
- тиоурацил используют для лечения гиперфункции щитовидной железы
- производные барбитуровой кислоты используют в качестве снотворных, противосудорожных средств
- 5-фторурацил – противоопухолевое средство
- оротат калия – источник иона калия, метаболит- предшественник У,Т, Ц.
- 6- метилурацил- средство, стимулирующее лейкопоэз.
Оротовая кислота- С5 Н4 N2 О4 ( 2,6 – диоксопиримидин-4-карбоновая кислота), слегка кислые на вкус бесцветные кристаллы, из воды кристаллизуется в виде моноаква комплекса, при т. 130 0 теряет молекулу воды. Растворима в воде( 1г/ 550 мл при 180 ),
трудно в органических растворителях. Карбоксильная группа не отщепляется даже при длительном кипячении в 20% серной кислоте при 2000 .
Тимин - С5 Н6 N2 О2 ( 5- метилурацил, 5-метил-2,6-диоксопиримидин). Растворяется в кислотах и щелочах. Хорошо растворим в горячей воде, плохо в спирте, эфире.
Характерна лактим-лактамная таутомерия. Образует соли с металлами. При алкилировании солей получаются N- и О- алкильные производные.
Урацил – С4 Н4 N2 О2 ( 2, 6 -диоксопиримидин) - бесцветные кристаллы, лучше растворим в горячей воде, плохо в спирте.
Характерна лактим- лактамная таутомерия, но в лактимной форме имеет только одну константу ионизации.
Цитозин С4 Н5 N3 О- (2-оксо-6-аминопиримидин), бесцветные кристаллы, растворимость в воде 0.77 г /100 мл при темп.25о.Обладает основными свойствами, образует соли с кислотами и металлами. При действии азотистой кислоты превращается в урацил
ЛЕКЦИЯ 12
СИНТЕТИЧЕСКИЕ БИОЛОГИЧЕСКИ АКТИВНЫЕ ВЕЩЕСТВА-
ЛЕКАРСТВЕННЫЕ ПРЕПАРАТЫ
Содержание лекции
12.1 Современная концепция создания биоорганических соединений –
лекарственных препаратов
- особые химические требования к лекарственному веществу
- особые биологические требования к лекарственному веществу
- пути поиска и создания лекарственного препарата
- классификация лекарственных веществ
12.2. Синтез, химические и физические свойства лекарственных препаратов
12.1. Производные 4-аминобензойной кислоты
12.2.2. Производные 4-аминобензолсульфокислоты
12. 2.3. Лекарственные средства, производные салициловой кислоты
12.2. 4. Лекарственные средств, производные 4 –аминофенола
12. 2 5. Лекарственные средства на основе пиридинкарбоновых кислот
12. 2.6. Производные пиримидина
2. 2 .7. Производные пурина- кофеин, теофиллин, теобромин
12. 3. Приложение ( к истории открытия анестезина., аспирина).
Исходный уровень знаний для усвоения темы:
Химические свойства ароматических карбоциклических соединений: производных фенола, анилина, бензойной кислоты, механизмы реакций SE , SN , строение пяти- и шестичленных ароматических гетероциклических соединений, лактим-лактамная таутомерия.
Ключевые слова к теме:
адреналин, 4-аминобензойная кислота , 4-аминофенол, антиметаболит, аскорбиновая кислота ( витамин С ) , аспирин ( ацетилсалициловая кислота), барбитураты, витамин А , кофеин, парацетамол, противоопухолевые алкилирующие препараты, сульфаниламиды, теобромин, теофиллин, фенацетин.