bioloogiateaduste doktor, professor V. M. Škumatov;

Peadirektori asetäitja

RUE "Belmedpreparaty" uuenduslik arendus

tehnikateaduste kandidaat T. V. Trukhacheva

Leontjev, V.N.

Bioloogiliselt aktiivsete ainete keemia: loengute tekstide elektrooniline kursus eriala üliõpilastele 1-48 02 01 "Biotehnoloogia" täis- ja osakoormusega õppevormid / V. N. Leontiev, O. S. Ignatovets. - Minsk: BSTU, 2013. - 129 lk.

Loengutekstide elektrooniline kursus on pühendatud bioloogiliselt aktiivsete ainete põhiklasside (valgud, süsivesikud, lipiidid, vitamiinid, antibiootikumid jne) struktuursetele ja funktsionaalsetele iseärasustele ning keemilistele omadustele. Kirjeldatud on loetletud ühendite klasside keemilise sünteesi ja struktuurianalüüsi meetodeid, nende omadusi ja mõju bioloogilistele süsteemidele, samuti levikut looduses.

Teema 1. Sissejuhatus	4
Teema 2. Valgud ja peptiidid. Valkude ja peptiidide põhistruktuur
Teema 3. Valkude ja peptiidide struktuurne korraldus. Ekstraheerimise meetodid
Teema 4. Valkude ja peptiidide keemiline süntees ja keemiline modifitseerimine
Teema 5. Ensüümid	45
Teema 6. Mõned bioloogiliselt olulised valgud	68
Teema 7. Nukleiinhapete struktuur	76
Teema 8. Süsivesikute ja süsivesikuid sisaldavate biopolümeeride struktuur
Teema 9. Lipiidide struktuur, omadused ja keemiline süntees	104
Teema 10. Steroidid	117
Teema 11. Vitamiinid	120
Teema 12. Sissejuhatus farmakoloogiasse. Farmakokineetika	134
Teema 13. Malaariavastased ravimid	137
14. teema närvisüsteem
15. teema. Sulfanilamiidi preparaadid	144
Teema 16. Antibiootikumid	146
Bibliograafia	157

Teema 1. Sissejuhatus
Bioloogiliselt aktiivsete ainete keemia uurib elusaine olulisemate komponentide, eelkõige biopolümeeride ja madala molekulmassiga bioregulaatorite ehitust ja bioloogilisi funktsioone, keskendudes struktuuri ja bioloogilise toime vaheliste seoste mustrite väljaselgitamisele. Tegelikult on see kaasaegse bioloogia keemiline alus. Arendades elusmaailma keemia põhiprobleeme, aitab bioorgaaniline keemia kaasa meditsiinile praktiliselt oluliste ravimite hankimise probleemide lahendamisele, Põllumajandus, mitmed tööstusharud.

Õppeobjektid: valgud ja peptiidid, nukleiinhapped, süsivesikud, lipiidid, biopolümeerid segatüüpi- glükoproteiinid, nukleoproteiinid, lipoproteiinid, glükolipiidid jne; alkaloidid, terpenoidid, vitamiinid, antibiootikumid, hormoonid, prostaglandiinid, kasvuained, feromoonid, toksiinid, aga ka sünteetilised ravimid, pestitsiidid jne.

Uurimismeetodid: põhiarsenal on orgaanilise keemia meetodid, kuid struktuursete ja funktsionaalsete probleemide lahendamisel on kaasatud ka erinevad füüsikalised, füüsikalis-keemilised, matemaatilised ja bioloogilised meetodid.

Peamised ülesanded: valik sisse individuaalne riik uuritavad ühendid kristallimise, destilleerimise teel, mitmesugused kromatograafia, elektroforees, ultrafiltreerimine, ultratsentrifuugimine, vastuvoolujaotus jne; struktuuri, sh ruumilise struktuuri määramine, tuginedes orgaanilise ja füüsikalis-orgaanilise keemia lähenemisviisidele massispektromeetria, erinevat tüüpi optilise spektroskoopia (IR, UV, laser jne), röntgendifraktsioonianalüüsi, tuumamagnetresonantsi abil , elektronide paramagnetresonants, optilise dispersiooni pöörlemine ja ringdikroism, kiire kineetika meetodid jne kombineerituna arvutiarvutustega; uuritavate ühendite keemiline süntees ja keemiline modifitseerimine, sh täielik süntees, analoogide ja derivaatide süntees, eesmärgiga kinnitada struktuur, selgitada struktuuri ja bioloogilise funktsiooni seoseid ning saada praktiliselt väärtuslikke ravimeid; saadud ühendite bioloogiline testimine in vitro ja in vivo.

Kõige tavalisem biomolekulides funktsionaalsed rühmad:

hüdroksüül (alkoholid)	aminorühm (amiinid)
aldehüüd (aldehüüdid)	amiid (amiidid)
karbonüül (ketoonid)	ester
karboksüülhape (happed)	eeterlik
sulfhüdrüül (tioolid)	metüül
disulfiid	etüül
fosfaat	fenüül
guanidiin	imidasool

2. teema Valgud ja peptiidid. Valkude ja peptiidide põhistruktuur
Oravad- aminohappejääkidest ehitatud kõrgmolekulaarsed biopolümeerid. Valkude molekulmass jääb vahemikku 6000–2 000 000 Da. Just valgud on põlvest põlve edastatava geneetilise informatsiooni produkt ja viivad rakus läbi kõik eluprotsessid. Nendel hämmastavalt mitmekesistel polümeeridel on mõned kõige olulisemad ja mitmekülgsemad rakufunktsioonid.

Valke saab jagada:
1) struktuuri järgi : lihtsad valgud ehitatakse üles aminohappejääkidest ja lagunevad hüdrolüüsil vastavalt ainult vabadeks aminohapeteks või nende derivaatideks.

Komplekssed valgud on kahekomponendilised valgud, mis koosnevad lihtsast valgust ja mittevalgulisest komponendist, mida nimetatakse proteesrühmaks. Kompleksvalkude hüdrolüüsil tekib lisaks vabadele aminohapetele ka mittevalguline osa või selle lagunemissaadused. Need võivad sisaldada metalliioone (metalloproteiinid), pigmendimolekule (kromoproteiinid), nad võivad moodustada komplekse teiste molekulidega (lipo-, nukleo-, glükoproteiinid) ja ka kovalentselt siduda anorgaanilist fosfaati (fosfoproteiinid);

2. vees lahustuvus:

- vees lahustuv

- soolas lahustuv

- alkoholis lahustuv

- lahustumatu;

3. täidetavad funktsioonid : Valkude bioloogiliste funktsioonide hulka kuuluvad:

- katalüütiline (ensümaatiline),

- regulatiivne (võime reguleerida keemiliste reaktsioonide kiirust rakus ja ainevahetuse taset kogu organismis),

- transport (ainete transport kehas ja nende ülekanne läbi biomembraanide),

- struktuurne (kromosoomide, tsütoskeleti, side-, lihas-, tugikudede osana),

– retseptor (retseptormolekulide interaktsioon rakuväliste komponentidega ja spetsiifilise rakulise vastuse algatamine).

Lisaks täidavad valgud kaitse-, varu-, mürgi-, kokkutõmbumis- ja muid funktsioone;

4) olenevalt ruumilisest struktuurist:

- fibrillaarne (loodus kasutab neid konstruktsioonimaterjalina),

- globulaarne (ensüümid, antikehad, mõned hormoonid jne).

Aminohapped, NENDE OMADUSED
Aminohapped nimetatakse karboksüülhapeteks, mis sisaldavad aminorühma ja karboksüülrühma. Looduslikud aminohapped on 2-aminokarboksüülhapped ehk α-aminohapped, kuigi leidub ka selliseid aminohappeid nagu β-alaniin, tauriin, γ -aminovõihape. Üldiselt näeb α-aminohappe valem välja järgmine:


2. süsinikuaatomi α-aminohapetel on neli erinevat asendajat, st kõigil α-aminohapetel, välja arvatud glütsiin, on asümmeetriline (kiraalne) süsinikuaatom ja need esinevad kahe enantiomeeri kujul - L- ja D-aminohapped. Looduslikud aminohapped on L- rida. Dα-aminohappeid leidub bakterites ja peptiidantibiootikumides.

Kõik aminohapped sees vesilahused võivad eksisteerida bipolaarsete ioonide kujul ja nende kogulaeng sõltub keskkonna pH-st. Nimetatakse pH väärtust, mille juures kogulaeng on null isoelektriline punkt. Isoelektrilises punktis on aminohape tsvitterioon, st selle amiinrühm on protoneeritud ja karboksüülrühm on dissotsieerunud. Neutraalses pH piirkonnas on enamik aminohappeid tsvitterioonid:


Aminohapped ei neela valgust spektri nähtavas piirkonnas, aromaatsed aminohapped neelavad valgust spektri UV piirkonnas: trüptofaan ja türosiin 280 nm juures, fenüülalaniin 260 nm juures.

Valgud tekitavad teatud aminohappejääkide või tavaliste keemiliste rühmade olemasolu tõttu mitmeid värvireaktsioone. Neid reaktsioone kasutatakse laialdaselt analüütilistel eesmärkidel. Nende hulgas on kõige kuulsamad ninhüdriini reaktsioon, mis võimaldab kvantitatiivselt määrata aminorühmi valkudes, peptiidides ja aminohapetes, samuti biureedi reaktsioon, mida kasutatakse valkude ja peptiidide kvalitatiivseks ja kvantitatiivseks määramiseks. Kui valku või peptiidi, kuid mitte aminohapet, kuumutatakse CuSO4-ga leeliselises lahuses, muutub värviline lilla vase kompleksühend, mille kogust saab määrata spektrofotomeetriliselt. Vastavaid aminohappejääke sisaldavate peptiidide tuvastamiseks kasutatakse üksikute aminohapete värviteste. Arginiini guanidiinirühma tuvastamiseks kasutatakse Sakaguchi reaktsiooni - a-naftooli ja naatriumhüpokloritiga suhtlemisel annavad guanidiinid aluselises keskkonnas punase värvuse. Trüptofaani indoolitsüklit saab tuvastada Ehrlichi reaktsiooniga – punakasvioletne värv, kui see reageerib p-dimetüülaminobensaldehüüdiga H2SO4-s. Pauli reaktsioon võimaldab tuvastada histidiini ja türosiini jääke, mis reageerivad diasobenseensulfoonhappega leeliselistes lahustes, moodustades punase värvusega derivaate.

Aminohapete bioloogiline roll:

1) peptiidide ja valkude struktuurielemendid, nn proteinogeensed aminohapped. Valgud sisaldavad 20 aminohapet, mida kodeerib geneetiline kood ja mis sisalduvad translatsiooni käigus valkudes, millest osa võib olla fosforüülitud, atsüülitud või hüdroksüülitud;

2) muude looduslike ühendite struktuurielemendid - koensüümid, sapphapped, antibiootikumid;

3) signaalmolekulid. Mõned aminohapped on neurotransmitterid või neurotransmitterite, hormoonide ja histohormoonide prekursorid;

4) olulisemad metaboliidid, näiteks mõned aminohapped on taimsete alkaloidide eelkäijad või lämmastiku doonorid või toitumise olulised komponendid.

Aminohapete nomenklatuur, molekulmass ja pK väärtused on toodud tabelis 1.

Tabel 1
Aminohapete nomenklatuur, molekulmass ja pK väärtused

Aminohappe	Määramine	Molekulaarne kaal	lk K 1 (−COOH)	lk K 2 (−NH3+)	lk K R (R-rühmad)
Glütsiin	Gly G	75	2,34	9,60	−
Alaniin	Ala A	89	2,34	9,69	−
Valiin	Val V	117	2,32	9,62	−
Leutsiin	Leu L	131	2,36	9,60	−
Isoleutsiin	Ile I	131	2,36	9,68	−
Proliin	Pro P	115	1,99	10,96	−
Fenüülalaniin	Phe F	165	1,83	9,13	−
Türosiin	Tyr Y	181	2,20	9,11	10,07
trüptofaan	Trp W	204	2,38	9,39	−
Rahulik	Ser S	105	2,21	9,15	13,60
Treoniin	ThrT	119	2,11	9,62	13,60
Tsüsteiin	Cys C	121	1,96	10,78	10,28
metioniin	Kohtas M	149	2,28	9,21	−
Asparagiin	AsnN	132	2,02	8,80	−
Glutamiin	Gln Q	146	2,17	9,13	−
aspartaat	Asp D	133	1,88	9,60	3,65
Glutamaat	Glu E	147	2,19	9,67	4,25
Lüsiin	Lys K	146	2,18	8,95	10,53
Arginiin	Arg R	174	2,17	9,04	12,48
Histidiin	Tema H	155	1,82	9,17	6,00

Aminohapped erinevad vees lahustuvuse poolest. Selle põhjuseks on nende tsvitterioonne iseloom, aga ka radikaalide võime veega suhelda (hüdraatuda). To hüdrofiilne Terminid "radikaalid" sisaldavad katioonseid, anioonseid ja polaarseid laenguta funktsionaalrühmi. To hüdrofoobne- alküül- või arüülrühmi sisaldavad radikaalid.

Olenevalt polaarsusest R-rühmad eristavad nelja aminohapete klassi: mittepolaarsed, polaarsed laenguta, negatiivselt laetud ja positiivselt laetud.

Mittepolaarsete aminohapete hulka kuuluvad: glütsiin; alküül- ja arüülkülgahelatega aminohapped - alaniin, valiin, leutsiin, isoleutsiin; türosiin, trüptofaan, fenüülalaniin; iminohape - proliin. Nad kipuvad sattuma hüdrofoobsesse keskkonda valgumolekuli "sees" (joonis 1).

Riis. 1. Mittepolaarsed aminohapped
Polaarsete laetud aminohapete hulka kuuluvad: positiivselt laetud aminohapped – histidiin, lüsiin, arginiin (joonis 2); negatiivselt laetud aminohapped - asparagiin- ja glutamiinhape (joon. 3). Tavaliselt ulatuvad nad väljapoole orava vesisesse keskkonda.

Ülejäänud aminohapped moodustavad polaarsete laenguta aminohapete kategooria: seriin ja treoniin (aminohapped-alkoholid); asparagiin ja glutamiin (asparagiin- ja glutamiinhappe amiidid); tsüsteiin ja metioniin (väävlit sisaldavad aminohapped).

Kuna neutraalse pH juures on glutamiin- ja asparagiinhapete COOH rühmad täielikult dissotsieerunud, nimetatakse neid tavaliselt nn. glutamaat ja aspartaat sõltumata keskkonnas olevate katioonide olemusest.

Paljud valgud sisaldavad spetsiaalseid aminohappeid, mis moodustuvad tavaliste aminohapete modifitseerimisel pärast nende kaasamist polüpeptiidahelasse, näiteks 4-hüdroksüproliin, fosfoseriin, -karboksüglutamiinhape jne.

Riis. 2. Laetud külgrühmadega aminohapped
Kõik aminohapped, mis moodustuvad valkude hüdrolüüsil üsna pehmetes tingimustes, avaldavad optilist aktiivsust, st võimet pöörata polariseeritud valguse tasapinda (välja arvatud glütsiin).

Riis. 3. Laetud külgrühmadega aminohapped
Kõigil ühenditel, mis võivad eksisteerida kahes stereoisomeerses vormis, L- ja D-isomeerides, on optiline aktiivsus (joonis 4). Valgud sisaldavad ainult L-aminohapped.

L-alaniin D-alaniin
Riis. 4. Alaniini optilised isomeerid

Glütsiinil ei ole asümmeetrilist süsinikuaatomit, samas kui treoniin ja isoleutsiin sisaldavad kumbki kahte asümmeetrilist süsinikuaatomit. Kõigil teistel aminohapetel on üks asümmeetriline süsinikuaatom.

Aminohappe optiliselt inaktiivset vormi nimetatakse ratsemaadiks, mis on ekvimolaarne segu D- ja L-isomeerid ja seda tähistatakse sümboliga DL-.

M

Aminohapete monomeere, millest koosnevad polüpeptiidid, nimetatakse aminohappejääkideks. Aminohappejäägid on omavahel seotud peptiidsidemega (joonis 5), mille moodustumisel osaleb ühe aminohappe -karboksüülrühm ja teise aminohappe α-aminorühm.
Riis. 5. Peptiidsideme moodustumine
Selle reaktsiooni tasakaal nihkub vabade aminohapete, mitte peptiidi moodustumise suunas. Seetõttu nõuab polüpeptiidide biosüntees katalüüsi ja energiatarbimist.

Kuna dipeptiid sisaldab reaktiivseid karboksüül- ja aminorühmi, saab sellele uute peptiidsidemete abil kinnituda teisi aminohappejääke, mille tulemusena moodustub polüpeptiid – valk.

Polüpeptiidahel koosneb korrapäraselt korduvatest lõikudest – NH-CHR-CO rühmadest, mis moodustavad põhiahela (molekuli skeleti või karkassi), ja muutuvast osast, sealhulgas iseloomulikest kõrvalahelatest. R-aminohappejääkide rühmad ulatuvad välja peptiidi karkassist ja moodustavad suurel määral polümeeri pinna, määrates ära paljud valkude füüsikalised ja keemilised omadused. Peptiidi karkassis on vaba pöörlemine võimalik peptiidrühma lämmastikuaatomi ja naabruses asuva α-süsiniku aatomi vahel, samuti α-süsiniku aatomi ja karbonüülrühma süsiniku vahel. Tänu sellele võib lineaarne struktuur omandada keerukama ruumilise konformatsiooni.

Aminohappejääki, millel on vaba α-aminorühm, nimetatakse N-terminaalne ja vaba -karboksüülrühmaga - Koos- terminal.

Peptiidide struktuuri on tavaliselt kujutatud N- lõpp.

Mõnikord seostuvad terminaalsed -amino- ja -karboksüülrühmad üksteisega, moodustades tsüklilisi peptiide.

Peptiidid erinevad aminohapete arvu, aminohapete koostise ja aminohapete kombineerimise järjekorra poolest.

Peptiidsidemed on väga tugevad ja nende keemiliseks hüdrolüüsiks on vaja karme tingimusi: kõrge temperatuur ja rõhk, happeline keskkond ja pikk aeg.

Elus rakus võivad peptiidsidemed lõhkuda proteolüütiliste ensüümide, mida nimetatakse proteaasideks või peptiidhüdrolaasideks, toimel.

Nii nagu aminohapped, on valgud amfoteersed ühendid ja neid laetakse vesilahustes. Igal valgul on oma isoelektriline punkt – pH väärtus, mille juures valgu positiivne ja negatiivne laeng on täielikult kompenseeritud ning molekuli kogulaeng on null. Isoelektrilisest punktist kõrgemate pH väärtuste korral kannab valk negatiivset laengut ja isoelektrilisest punktist madalamal pH väärtustel on see positiivne.
SEKVENAATORID. ESMASTRUKTUURI ANALÜÜSI STRATEEGIA JA TAKTIKA
Valkude primaarstruktuuri määramine taandub aminohapete järjestuse väljaselgitamisele polüpeptiidahelas. See probleem lahendatakse meetodi abil järjestamine(inglise keelest. järjestus-järg).

Põhimõtteliselt saab valkude primaarstruktuuri määrata aminohappejärjestuse otsese analüüsiga või vastavate geenide nukleotiidjärjestuse dešifreerimisega geneetilise koodi abil. Loomulikult tagab nende meetodite kombinatsioon suurima usaldusväärsuse.

Tegelikult võimaldab järjestamine praegusel tasemel määrata aminohappejärjestuse polüpeptiidides, mille suurus ei ületa mitukümmend aminohappejääki. Samal ajal on uuritud polüpeptiidi fragmendid palju lühemad kui need looduslikud valgud, millega peame tegelema. Seetõttu on vajalik algse polüpeptiidi esialgne lõikamine lühikesteks fragmentideks. Pärast saadud fragmentide järjestamist tuleb need algses järjestuses uuesti siduda.

Seega taandatakse primaarse valgu järjestuse määramine järgmistele põhietappidele:

1) valgu lõhustamine mitmeks sekveneerimiseks kättesaadava pikkusega fragmendiks;

2) iga saadud fragmendi järjestamine;

3) valgu tervikliku struktuuri kokkupanek selle fragmentide väljakujunenud struktuuridest.

Valgu primaarse struktuuri uurimine koosneb järgmistest etappidest:

– selle molekulmassi määramine;

– spetsiifilise aminohappe koostise (AA-koostis) määramine;

- määratlus N- ja Koos-terminaalsed aminohappejäägid;

- polüpeptiidahela tükeldamine fragmentideks;

- algse polüpeptiidahela lõhustamine muul viisil;

– saadud fragmentide eraldamine;

– iga fragmendi aminohappeanalüüs;

– polüpeptiidi primaarstruktuuri kindlaksmääramine, võttes arvesse mõlema lõhestuse fragmentide kattuvaid järjestusi.

Kuna veel puudub meetod valgu täieliku primaarstruktuuri kindlakstegemiseks tervel molekulil, lõhustatakse polüpeptiidahelat spetsiifiliselt keemiliste reaktiivide või proteolüütiliste ensüümidega. Moodustunud peptiidifragmentide segu eraldatakse ja igaühe jaoks määratakse aminohappeline koostis ja aminohappejärjestus. Pärast kõigi fragmentide struktuuri kindlakstegemist on vaja välja selgitada nende paigutuse järjekord algses polüpeptiidahelas. Selleks lõhustatakse valk teise ainega ja saadakse teine, teistsugune peptiidi fragmentide komplekt, mis eraldatakse ja analüüsitakse sarnasel viisil.

1. Molekulmassi määramine (järgmisi meetodeid käsitletakse üksikasjalikult teemas 3):

- viskoossuse järgi;

- vastavalt settimiskiirusele (ultratsentrifuugimise meetod);

– geelkromatograafia;

– elektroforees PAAG-is dissotsieeruvates tingimustes.

2. AA koostise määramine. Aminohappe koostise analüüs hõlmab huvipakkuva valgu või peptiidi täielikku happelist hüdrolüüsi 6N vesinikkloriidhappega. vesinikkloriidhappest ja kõigi hüdrolüsaadis olevate aminohapete kvantifitseerimine. Proovi hüdrolüüs viiakse läbi suletud ampullides vaakumis temperatuuril 150 ° C 6 tunni jooksul Aminohapete kvantitatiivne määramine valgu või peptiidhüdrolüsaadis viiakse läbi aminohapete analüsaatori abil.

3. N- ja C-aminohappe jääkide määramine. Valgu polüpeptiidahela ühel küljel on aminohappejääk, mis kannab vaba α-aminorühma (amino- või N-terminaalne jääk) ja teisest küljest vaba α-karboksüülrühmaga jääk (karboksüül- või Koos-terminali jääk). Terminaalsete jääkide analüüs mängib olulist rolli valgu aminohappejärjestuse määramise protsessis. Uuringu esimeses etapis võimaldab see hinnata valgu molekuli moodustavate polüpeptiidahelate arvu ja uuritava ravimi homogeensuse astet. Järgmistes etappides analüüsi kaudu N-terminaalsed aminohappejäägid kontrollivad peptiidi fragmentide eraldamise protsessi.

N-terminaalsete aminohappejääkide määramise reaktsioonid:

1) üks esimesi määramismeetodeid N-terminaalsed aminohappejäägid pakkus välja F. Sanger 1945. aastal. Kui peptiidi või valgu α-aminorühm reageerib 2,4-dinitrofluorobenseeniga, saadakse kollase värvusega dinitrofenüüli (DNF) derivaat. Järgnev happeline hüdrolüüs (5,7 N HCl) viib peptiidsidemete lõhustumiseni ja DNP derivaadi moodustumiseni. N-terminaalne aminohape. DNP-aminohapet ekstraheeritakse eetriga ja identifitseeritakse kromatograafiaga standardite juuresolekul.

2) dansüülimise meetod. Suurim rakendus määramiseks N-terminaalseid jääke leitakse praegu dansili meetodil, mille töötasid välja 1963. aastal W. Gray ja B. Hartley. Sarnaselt dinitrofenüülimismeetodile põhineb see valgu aminorühmadesse "märgistuse" sisestamisel, mida järgneva hüdrolüüsi käigus ei eemaldata. Selle esimene samm on dansüülkloriidi (1-dimetüülaminonaftaleen-5-sulfokloriid) reaktsioon peptiidi või valgu protoneerimata a-aminorühmaga, et moodustada dansüülpeptiid (DNS-peptiid). Järgmises etapis DNS-peptiid hüdrolüüsitakse (5,7 N HC1, 105 °C, 12-16 tundi) ja vabastatakse N-terminaalne α-DNS-aminohape. DNS-aminohapetel on intensiivne fluorestsents spektri ultraviolettpiirkonnas (365 nm); tavaliselt piisab nende tuvastamiseks 0,1–0,5 nmolist ainet.

Kuidas määrata, saab kasutada mitmeid meetodeid N-terminaalne aminohappejääk ja aminohappejärjestus. Nende hulka kuuluvad Edmani lagunemine ja ensümaatiline hüdrolüüs aminopeptidaasidega. Neid meetodeid käsitletakse üksikasjalikult allpool peptiidide aminohappejärjestuse kirjeldamisel.

Reaktsioonid C-otsa aminohappejääkide määramiseks:

1) määramise keemiliste meetodite hulgas Koos-terminaalsed aminohappejäägid, väärivad tähelepanu S. Akabori pakutud hüdrasinolüüsi meetod ja oksasoloon. Neist esimeses, kui peptiidi või valku kuumutatakse veevaba hüdrasiiniga temperatuuril 100–120 °C, hüdrolüüsitakse peptiidsidemed, moodustades aminohapete hüdrasiidid. Koos-terminaalne aminohape jääb vabaks aminohappeks ja selle saab reaktsioonisegust eraldada ja identifitseerida (joonis 6).

Riis. 6. Peptiidsideme lõhustamine hüdrasiiniga
Meetodil on mitmeid piiranguid. Hüdrasinolüüs hävitab glutamiini, asparagiini, tsüsteiini ja tsüstiini; arginiin kaotab guanidiini rühma, moodustades ornitiini. Seriin-, treoniin- ja glütsiinhüdrasiidid on labiilsed ja muunduvad kergesti vabadeks aminohapeteks, mistõttu on tulemuste tõlgendamine keeruline;

2) Oksasolooni meetod, mida sageli nimetatakse triitiumi märgimeetodiks, põhineb võimel Koos-otsa aminohappejääk äädikhappe anhüdriidi toimel läbib tsükliseerimise, mille käigus moodustub oksasoloon. Leeliselistes tingimustes suureneb järsult vesinikuaatomite liikuvus oksasoloonitsükli positsioonis 4 ja neid saab kergesti asendada triitiumiga. Triitiumiga peptiidi või valgu järgneva happelise hüdrolüüsi tulemusena tekkinud reaktsioonisaadused sisaldavad radioaktiivselt märgistatud Koos-terminaalne aminohape. Hüdrolüsaadi kromatograafia ja radioaktiivsuse mõõtmine võimaldavad tuvastada Koos peptiidi või valgu terminaalne aminohape;

3) kõige sagedamini määrata Koos-terminaalsed aminohappejäägid kasutavad ensümaatilist hüdrolüüsi karboksüpeptidaasidega, mis võimaldab analüüsida ka C-terminaalset aminohappejärjestust. Karboksüpeptidaas hüdrolüüsib ainult moodustunud peptiidsidemeid Koos-otsa aminohape, millel on vaba a-karboksüülrühm. Seetõttu lõhustatakse selle ensüümi toimel peptiidist järjestikku aminohapped, alustades Koos- terminal. See võimaldab teil määrata vahelduvate aminohappejääkide suhtelist asukohta.

Identifitseerimise tulemusena N- ja Koos-polüpeptiidi terminaalsed jäägid saavad selle aminohappejärjestuse (esmase struktuuri) määramiseks kaks olulist võrdluspunkti.

4. Polüpeptiidahela killustumine.

ensümaatilised meetodid. Valkude spetsiifiliseks lõhustamiseks teatud punktides kasutatakse nii ensümaatilisi kui ka keemilisi meetodeid. Ensüümidest, mis katalüüsivad teatud punktides valkude hüdrolüüsi, on enim kasutatud trüpsiin ja kümotrüpsiin. Trüpsiin katalüüsib lüsiini ja arginiini jääkide järel paiknevate peptiidsidemete hüdrolüüsi. Kümotrüpsiin lõhustab valke eelistatult pärast aromaatseid aminohappejääke – fenüülalaniini, türosiini ja trüptofaani. Vajadusel saab trüpsiini spetsiifilisust suurendada või muuta. Näiteks uuritava valgu töötlemine tsitrakoonanhüdriidiga põhjustab lüsiinijääkide atsüülimist. Sellises modifitseeritud valgus toimub lõhustamine ainult arginiinijääkide juures. Samuti kasutatakse valkude primaarstruktuuri uurimisel laialdaselt proteinaasi, mis samuti kuulub seriini proteinaaside klassi. Ensüümil on kaks proteolüütilise aktiivsuse maksimumi pH 4,0 ja 7,8 juures. Proteinaas lõikab suure saagisega glutamiinhappe karboksüülrühmast moodustunud peptiidsidemeid.

Teadlaste käsutuses on ka suur hulk vähem spetsiifilisi proteolüütilisi ensüüme (pepsiin, elastaas, subtilisiin, papaiin, pronaas jne). Neid ensüüme kasutatakse peamiselt peptiidide täiendavaks fragmenteerimiseks. Nende substraadi spetsiifilisuse määrab aminohappejääkide olemus, mis mitte ainult ei moodusta hüdrolüüsitavat sidet, vaid asuvad ka ahelast kaugemal.

Keemilised meetodid.

1) valgu fragmenteerimise keemilistest meetoditest on kõige spetsiifilisem ja sagedamini kasutatav lõhustamine tsüaanbromiidiga metioniinijääkide juures (joonis 7).

Reaktsioon tsüaanbromiidiga kulgeb metioniini vahepealse tsüanosulfooniumi derivaadi moodustumisega, mis muundub happelistes tingimustes spontaanselt homoseriiniminolaktooniks, mis omakorda hüdrolüüsitakse kiiresti, et purustada imiinside. mille tulemuseks on Koos-peptiidide lõpus hüdrolüüsitakse homoseriini laktoon osaliselt homoseriiniks (HSer), mille tulemuseks on iga peptiidi fragment, välja arvatud Koos-terminal, esineb kahel kujul - homoseriin ja homoseriinlaktoon;

Riis. 7. Polüpeptiidahela lõhustamine tsüaanbromiidiga
2) on pakutud välja suur hulk meetodeid valgu lõhustamiseks trüptofaanijäägi karbonüülrühmas. Üks sel eesmärgil kasutatavatest reaktiividest on N- bromosuktsiinimiid;

3) tiooldisulfiidi vahetusreaktsioon. Reagentidena kasutatakse redutseeritud glutatiooni, 2-merkaptoetanooli, ditiotreitooli.

5. Peptiidi fragmentide järjestuse määramine. Selles etapis määratakse aminohappejärjestus igas eelmises etapis saadud peptiidifragmendis. Sel eesmärgil kasutatakse tavaliselt Per Edmani välja töötatud keemilist meetodit. Jagamine Edmani järgi taandatakse ainult märgistatule ja jagamisele N-peptiidi terminaalne jääk ja kõik muud peptiidsidemed ei ole mõjutatud. Pärast jagunemise tuvastamist N-terminali jäägi silt sisestatakse järgmisele, mis on nüüdseks saanud N-terminal, jääk, mis lõhustatakse ära samal viisil, läbides sama reaktsioonide jada. Seega, jagades jäägi jäägi järel, on võimalik määrata peptiidi kogu aminohappejärjestus, kasutades selleks ainult ühte proovi. Edmani meetodi puhul interakteerub peptiid esmalt fenüülisotiotsüanaadiga, mis on seotud vaba α-aminorühmaga N- lõppjääk. Peptiidi töötlemine külma lahjendatud happega viib lõhustumiseni N-terminaalne jääk fenüültiohüdantoiini derivaadi kujul, mida saab identifitseerida kromatograafiliste meetoditega. Ülejäänud peptiidi väärtus pärast eemaldamist N-terminali jääk näib olevat terve. Toimingut korratakse nii mitu korda, kui peptiidis on jääke. Sel viisil saab hõlpsasti määrata 10-20 aminohappejääki sisaldavate peptiidide aminohappejärjestust. Aminohappejärjestus määratakse kõigi lõhustamise käigus moodustunud fragmentide jaoks. Pärast seda tekib järgmine probleem – teha kindlaks, mis järjekorras fragmendid algses polüpeptiidahelas paiknesid.

Aminohappejärjestuse automaatne määramine . Peamine saavutus valkude struktuuriuuringute vallas oli P. Edmani ja J. Baggi loomine 1967. aastal. sekvenser- seade, mis kõrge efektiivsusega teostab järjestikust automaatset lõikamist N-terminaalsed aminohappejäägid Edmani meetodi järgi. Kaasaegsed sekvenaatorid rakendavad aminohappejärjestuse määramiseks erinevaid meetodeid.

6. Algse polüpeptiidahela lõhustamine muul viisil. Saadud peptiidfragmentide järjestuse kindlakstegemiseks võetakse algse polüpeptiidi preparaadist uus portsjon ja see lõhustatakse mõnel muul viisil väiksemateks fragmentideks, mille abil lõhustatakse peptiidsidemed, mis on resistentsed eelmise reagendi toimele. . Kõik saadud lühikesed peptiidid lõhustatakse järjestikku vastavalt Edmani meetodile (sama, mis eelmises etapis) ja sel viisil määratakse nende aminohappejärjestus.

7. Polüpeptiidi primaarstruktuuri kindlaksmääramine, võttes arvesse mõlema lõhestuse fragmentide kattuvaid järjestusi. Kahe meetodiga saadud peptiidifragmentide aminohappejärjestusi võrreldakse, et leida teisest komplektist peptiide, milles üksikute sektsioonide järjestused langeksid kokku esimese komplekti peptiidide teatud osade järjestustega. Teisest kattuvate piirkondade komplektist pärinevad peptiidid võimaldavad algse polüpeptiidahela esimesest lõikamisest tulenevaid peptiidifragmente ühendada õiges järjekorras.

Mõnikord ei piisa polüpeptiidi teisest jagamisest fragmentideks, et leida kattuvaid kohti kõikidele pärast esimest jagamist saadud peptiididele. Sel juhul kasutatakse kolmandat ja mõnikord neljandat lõhustamismeetodit, et saada peptiidide komplekt, mis tagab kõigi saitide täieliku kattumise ja loob täieliku aminohappejärjestuse algses polüpeptiidahelas.

Föderaalne Haridusagentuur

Riiklik õppeasutus

kõrgharidus "Permi Riiklik Tehnikaülikool" keemia ja biotehnoloogia osakond

Bioloogiliselt aktiivsete ühendite keemia

Loengukonspektid täiskoormusega üliõpilastele

eriala 070100 "Biotehnoloogia"

Kirjastus

Permi Riiklik Tehnikaülikool

Koostanud: Cand. Biol. Nauk L.V. Anikina

Ülevaataja

cand. chem. Teadused, Dot. I. A. Tolmacheva

(Permi osariigi ülikool)

Bioloogiliselt aktiivsete ainete keemia/ koost. L.V. Anikina – Perm: Permi kirjastus. olek tehnika. un-ta, 2009. - 109 lk.

Esitatakse kursuse "Bioloogiliselt aktiivsete ainete keemia" programmi loengute kokkuvõte.

Mõeldud täiskoormusega üliõpilastele suunal 550800 "Keemiatehnoloogia ja biotehnoloogia", eriala 070100 "Biotehnoloogia".

© GOU VPO

"Permi osariik

Tehnikaülikool", 2009

Sissejuhatus………………………………………………………………………………..4

Loeng 1. Elamise keemilised komponendid……………………………………….7

Loeng 2. Süsivesikud……………………………………………………………… .12

Loeng 3. Lipiidid…………………………………………………………………..20

Loeng 4. Aminohapped………………………………………………………..…35

Loeng 5. Valgud…………………………………………………………………….….43

Loeng 6. Valkude omadused……………………………………………………………57

Loeng 7. Liht- ja kompleksvalgud……………………………………………………61

Loeng 8. Nukleiinhapped ja nukleoproteiinid…………………………….72

Loeng 9. Ensüümid………………………………………………………………..85

Loeng 10. Ensüümide klassifikatsioon…………………………………………… 94

Sissejuhatus

Biokeemia, orgaaniline keemia ja bioloogiliselt aktiivsete ainete keemia on biotehnoloogia spetsialistide ettevalmistamisel kõige olulisemad põhidistsipliinid. Need distsipliinid moodustavad biotehnoloogia fundamentaalse aluse, mille areng on seotud meie aja selliste oluliste sotsiaalsete probleemide lahendamisega nagu energia, sööda- ja toiduressursside tagamine, keskkonnakaitse ja inimeste tervis.

Vastavalt riikliku kutsekõrghariduse standardi nõuetele põhiõppekavade kohustusliku miinimumsisu kohta suunal 550800 „Keemiatehnoloogia ja biotehnoloogia“, eriala 070100 „Biotehnoloogia“, hõlmab distsipliin „Bioloogiliselt aktiivsete ainete keemia“ järgmist. didaktilised üksused: valkude, nukleiinhapete, süsivesikute, lipiidide, madala molekulmassiga bioregulaatorite ja antibiootikumide struktuur ja ruumiline korraldus; ensüümide, antikehade, struktuurvalkude mõiste; ensümaatiline katalüüs.

Distsipliini "Bioloogiliselt aktiivsete ainete keemia" õpetamise eesmärk on kujundada õpilastes ettekujutusi bioloogiliselt aktiivsete ainete struktuurist ja funktsioneerimise alustest, ensümaatilisest katalüüsist.

Distsipliini "Bioloogiliselt aktiivsete ainete keemia" loengud põhinevad õpilaste teadmistel kursustel "Üldine keemia", "Anorgaaniline keemia", "Füüsikaline keemia", "Analüütiline keemia" ja "Koordinatsiooniühendite keemia". Selle distsipliini sätteid kasutatakse kursuste "Biokeemia", "Mikrobioloogia", "Biotehnoloogia" edasiseks õppimiseks.

Kavandatavad loengukonspektid hõlmavad järgmisi kursusel "Bioloogiliselt aktiivsete ainete keemia" loetud teemasid:

Süsivesikud, klassifikatsioon, keemiline struktuur ja bioloogiline roll, süsivesikutele omased keemilised reaktsioonid. Monosahhariidid, disahhariidid, polüsahhariidid.

Lipiidid. Klassifikatsioon keemilise struktuuri, lipiidide ja nende derivaatide bioloogiliste funktsioonide järgi - vitamiinid, hormoonid, bioregulaatorid.

Aminohapped, üldvalem, klassifikatsioon ja bioloogiline roll. Aminohapete füüsikalised ja keemilised omadused. Proteinogeensed aminohapped, aminohapped kui bioloogiliselt aktiivsete molekulide eelkäijad - koensüümid, sapphapped, neurotransmitterid, hormoonid, histohormoonid, alkaloidid ja mõned antibiootikumid.

Valgud, elementide koostis ja valkude funktsioonid. Valgu esmane struktuur. Peptiidsideme iseloomustus. Valgu sekundaarne struktuur: α-heeliks ja β-voltimine. Valkude suprasekundaarne struktuur, valgu evolutsiooni domeenipõhimõte. Valgu tertsiaarne struktuur ja seda stabiliseerivad sidemed. Fibrillaarsete ja globulaarsete valkude mõiste. Valgu kvaternaarne struktuur.

Valkude füüsikalis-keemilised ja bioloogilised omadused. Denatureerimine. Saatjad.

Lihtvalgud: histoonid, protamiinid, prolamiinid, gluteniinid, albumiinid, globuliinid, skleroproteiinid, toksiinid.

Kompleksvalgud: kromoproteiinid, metalloproteiinid, lipoproteiinid, glükoproteiinid, proteoglükaanid, nukleoproteiinid.

Nukleiinhapped, bioloogiline roll rakus. Lämmastikku sisaldavad alused, nukleosiidid, nukleotiidid, DNA ja RNA polünukleotiidid. RNA tüübid. DNA ruumiline struktuur, DNA tihendamise tasemed kromatiinis.

Ensüümid kui bioloogilised katalüsaatorid, nende erinevus mittevalgulistest katalüsaatoritest. Lihtsad ja keerulised ensüümid. Ensüümi aktiivne sait. Ensüümide toimemehhanism, aktivatsioonienergia vähendamine, ensüümi-substraadi kompleksi moodustumine, sidemete deformatsiooni teooria, happe-aluse ja kovalentne katalüüs. ensüümi isovormid. polüensümaatilised süsteemid.

Ensüümide aktiivsuse reguleerimine raku tasandil: piiratud proteolüüs, molekulide agregatsioon, keemiline modifitseerimine, allosteeriline inhibeerimine. Inhibeerimise tüübid: pöörduv ja pöördumatu, võistlev ja mittekonkureeriv. Ensüümi aktivaatorid ja inhibiitorid.

Ensüümide nomenklatuur. Rahvusvaheline klassifikatsioon ensüümid.

Oksüdoreduktaasid: NAD-sõltuvad dehüdrogenaasid, flaviinist sõltuvad dehüdrogenaasid, kinoonid, tsütokroomsüsteem, oksüdaasid.

Transferaasid: fosfotransferaasid, atsüültransferaasid ja koensüüm-A, aminotransferaasid, mis kasutavad püridoksaalfosfaati, C1-transferaasid, mis sisaldavad koensüümidena foolhappe ja tsüanokobalamiini aktiivseid vorme, glükosüültransferaasid.

Hüdrolaasid: esteraasid, fosfataasid, glükosidaasid, peptidaasid, amidaasid.

Lüaasid: dekarboksülaasid, kasutades koensüümidena tiamiinpürofosfaati, aldolaasi, hüdrataase, deaminaase, süntaase.

Isomeraasid: vesiniku, fosfaat- ja atsüülrühmade ülekanne, kaksiksideme ülekandmine, stereoisomeraasid.

Ligaasid: sünteesi konjugatsioon ATP, karboksülaasi ja karboksübiotiini, atsüül-koensüümi A-süntetaasi lagunemisega.

Loengukonspektide lõpus on loetelu kirjandusest, mida tuleb kasutada kursuse "Bioloogiliselt aktiivsete ainete keemia" edukaks arendamiseks.

Bioloogiliselt toimeaineid

Bioloogiliselt aktiivsete ainete hulka kuuluvad ensüümid, hormoonid, antibiootikumid, vitamiinid.

Ensüümid(ensüümid) - spetsiifilised valgud, mis täidavad organismis bioloogiliste katalüsaatorite funktsioone. On teada, et umbes 1000 ensüümi katalüüsivad vastavat arvu üksikuid reaktsioone. Ensüümidel on kõrge toime spetsiifilisus, intensiivsus, nad toimivad "leebetes" tingimustes (temperatuur 30-35ºС, normaalne rõhk, pH ~ 7). Katalüüsiprotsess on ruumiliselt ja ajaliselt rangelt piiratud. Sageli on ühe ensüümi toimel moodustunud ained teise ensüümi substraadiks. Ensüümidel on kõik valgu struktuuri tasemed (primaarne, sekundaarne, tertsiaarne; kvaternaarne – eriti reguleerivate ensüümide puhul). Molekuli struktuurne osa, mis on otseselt seotud Nazi katalüüsiga. katalüütiline koht. Kontaktpadi on koht ensüümi pinnal, millele aine kinnitub. Katalüütiline tsenter ja kontaktpadi moodustavad aktiivse tsentri (neid on tavaliselt ühes molekulis mitu). Ensüümirühmad:

1. ei sisalda mittevalgulisi komponente;

2. Valgukomponendi - apoensüümi omamine ja teatud orgaaniliste ainete - koensüümide olemasolu aktiivsuse avaldumiseks.

Mõnikord sisaldab ensüümi koostis erinevaid ioone, sealhulgas metalliioone. Ioonkomponenti nimetatakse ioonseks kofaktoriks. Inhibiitorid - ained, mis pärsivad ensüümide aktiivsust, moodustavad nendega inertseid ühendeid. Sellised ained on mõnikord substraadid ise või reaktsiooniproduktid (olenevalt kontsentratsioonist). Isoensüümid on ensüümi geneetiliselt määratud vormid samas organismis, mida iseloomustab sarnane substraadi spetsiifilisus.

Ensüümide klassifikatsioon

Ensüümid klassifitseeritakse nende katalüüsitava reaktsiooni tüübi järgi. Klassid:

1. Oksüdoredutaasid – katalüüsivad oksüdatsioonireaktsioone.

2. Transferaasid - funktsionaalrühmade ülekanne.

3. Hüdrolaasid – hüdrolüütiline lagunemine.

4. Lüaasid - teatud aatomirühmade mittehüdrolüütiline lõhustamine kaksiksideme moodustumisega.

5. Isomeraasid – ruumiline ümberkorraldus ühe molekuli sees.

6. Ligaasid – energiat täis sidemete lagunemisega seotud sünteesireaktsioonid.

Hormoonid- ülikõrge bioloogilise aktiivsusega kemikaalid, mis moodustuvad konkreetsest koest (näärmetest sisemine sekretsioon). Hormoonid kontrollivad ainevahetust, raku aktiivsust, rakumembraanide läbilaskvust, tagavad homöostaasi ja muid spetsiifilisi funktsioone. Neil on kaugmõju (kantakse verega kõikidesse kudedesse). Hormoonide teket juhitakse tagasiside põhimõttel: protsessi ei mõjuta mitte ainult regulaator, vaid protsessi olek mõjutab ka regulaatori moodustumise intensiivsust.

Hormoonide klassifikatsioon

Hormoone on mitu klassifikatsiooni: seotud hormooni päritoluga, selle keemilise koostisega jne. Keemilise olemuse järgi jagunevad hormoonid (keemiline klassifikatsioon):

1. Steroid – lühendatud külgahelatega steroolide derivaadid.

Östroon, östradiool, östriool - munasarjad; põhjustada naiste sekundaarsete seksuaalomaduste teket.

Ketoonid ja oksüketoonid:

Testosteroon (XVI) - munandid; põhjustab meeste sekundaarsete seksuaalomaduste teket.

Kortisoon, kortisool, kortikosteroon (XVII), 11-dehüdrokortikosteroon, 17-oksükortikosteroon - neerupealiste koor; reguleerida süsivesikute ja valkude ainevahetust.

11-deoksükortikosteroon, aldosteroon - neerupealiste koor; reguleerida elektrolüütide vahetust vees.

2. Peptiid.

Tsüklilised oktapeptiidid.

Oksütotsiin ja vasopressiin on hüpofüüsi tagumise osa hormoonid.

Polüpeptiidid.

Intermediin, kromatotropiin - hüpofüüsi vahesagara hormoonid; põhjustab melanofooride laienemist naha kromatofoorides.

Adrenokortikotroopne hormoon - hüpofüüsi eesmise osa hormoon; stimuleerib neerupealiste koore talitlust.

Insuliin on pankrease hormoon; reguleerib süsivesikute ainevahetust.

Sekretiin - soolestiku limaskestade näärmete hormoon; stimuleerib pankrease mahla sekretsiooni.

Glükagoon on kõhunäärme Langerhansi saartelt pärinev hormoon. suurendab suhkru kontsentratsiooni veres.

Valgulised ained

Luteotropiin - hüpofüüsi eesmine osa; toetab kollaskeha funktsiooni ja laktatsiooni.

Paratüreokriin - kõrvalkilpnääre; säilitab kaltsiumi ja fosfori kontsentratsiooni veres.

Somatotropiin - hüpofüüsi eesmine osa; stimuleerib kasvu, reguleerib valgu anabolismi.

Vagotoniin - pankreas; stimuleerib parasümpaatilist närvisüsteemi.

Centropnein - pankreas; stimuleerib hingamist.

Glükoproteiinid

Folliikuleid stimuleeriv (gonadotroopne) hormoon - hüpofüüsi eesmine osa; stimuleerib folliikulite, munasarjade kasvu ja spermatogeneesi.

Luteiniseeriv hormoon - hüpofüüsi eesmine osa; stimuleerib östrogeenide ja androgeenide moodustumist.

Türeotropiin - hüpofüüsi eesmine osa; stimuleerib kilpnäärme aktiivsust.

3. Seotud türosiiniga.

Fenüülalküülamiinid

Adrenaliin (XVIII), norepinefriin (närvilise erutuse vahendaja) - neerupealise medulla hormoonid; tõsta vererõhku, põhjustada glükogenolüüsi, hüperglükeemiat.

jooditud türoniinid.

Türoksiin, 3,5,3-trijodotüroniin – hormoonid kilpnääre; stimuleerida põhiainevahetust.

Antibiootikumid- mikroorganismide poolt moodustatud või muudest allikatest saadud ained, millel on antibakteriaalne, viirusevastane, kasvajavastane toime. Valinud ja kirjeldanud St. 400 antibiootikumi, mis kuuluvad erinevatesse keemiliste ühendite klassidesse. Nende hulgas on peptiidid, polüeeniühendid, polütsüklilised ained.

Neid iseloomustab selektiivne toime teatud tüüpi mikroorganismidele; mida iseloomustab spetsiifiline antimikroobne toimespekter. Nad suruvad maha mõned patogeenid, kahjustamata taimede ja loomade kudesid. Antibiootikumid toimivad, integreerudes ainevahetusse.

Antibiootikumide klassifikatsioon

Antibiootikume on mitu klassifikatsiooni. Päritolu:

1. Seene päritolu

2. Bakteriaalne päritolu

3. Loomne päritolu

Vastavalt toimespektrile:

1. Kitsa toimespektriga – toimides grampositiivsetele mikroobidele (erinevad kookid). Need on penitsilliin, streptomütsiin.

2. C lai valik toimed – mõjuvad nii grampositiivsetele kui gramnegatiivsetele mikroorganismidele (erinevad vardad). Need on: tetratsükliinid, neomütsiin.

(Grampositiivsed ja gramnegatiivsed antibiootikumid erinevad teatud värvainete osas. Grampositiivsed moodustavad värvainega värvilise kompleksi, mis ei kaota alkoholiga värvi, gramnegatiivsed ei määri).

3. Seentele toimiv – polüeenantibiootikumide rühm. Need on: nüstatiin, kanditsidiin

4. Toimib nii mikroorganismidele kui ka loomade kasvajarakkudele. Need on: aktinomütsiinid, mitomütsiin ...

Antimikroobse toime tüübi järgi:

1. Bakteritsiidne.

2. Bakteriostaatiline.

vitamiinid- rühm täiendavaid toiduaineid, mida inimkehas ei sünteesita. Vitamiinid on keemiliste reaktsioonide bioloogilised katalüsaatorid või kehas toimuvate fotokeemiliste protsesside reagendid. Osaleda ainevahetuses ensüümsüsteemide osana. Nad sisenevad inimeste ja loomade organismidesse väliskeskkond. Mõned asendatud funktsionaalrühmadega vitamiinide derivaadid omavad vitamiinidega võrreldes vastupidist toimet ja neid nimetatakse antivitamiinideks. muutuvad vitamiinideks. Provitamiinid on ained, mis pärast kehas toimuvate muutuste jada

Vitamiinide klassifikatsioon

Klassifikatsioon inimkeha järgi:

1. Organismi üldise aktiivsuse tõstmine – reguleeri funktsionaalne seisund kesknärvisüsteem (B1, B2, PP, A, C).

2. Antihemorraagiline – normaalse läbilaskvuse ja elastsuse tagamine veresooned(C, P, K).

3. Antianeemiline – reguleerib vereloomet (B12, Bc, C).

4. Nakkusvastane – organismi vastupanuvõime suurendamine infektsioonidele (C, A).

5. Nägemise reguleerimine – nägemisteravuse tõstmine (A, B2, C).

Samuti eristage:

1. Vees lahustuv (vitamiinid C, B1, B2, B6, B12, PP, pantoteenhape, biotiin, mesoinositool, koliin, p-aminobensoehape, foolhape).

2. Rasvlahustuvad (vitamiinid A, A2, D2, D3, E, K1, K2).

A-vitamiin (retinool) – mõjutab nägemist, kasvu (V).

B1-vitamiin (tiamiin) – osaleb süsivesikute (VI) ainevahetuses.

B2-vitamiin (riboflaviin) - osaleb süsivesikute, rasvade, valkude metabolismis; mõjutab kasvu, nägemist, kesknärvisüsteemi (VII).

vitamiin PP ( nikotiinhape) – osaleb rakuhingamises (VIII).

B6-vitamiin (püridoksiin) - osaleb valkude, rasvade imendumises; lämmastiku metabolism (IX).

Vitamiin B9 (foolhape) – osaleb ainevahetuses, nukleiinhapete sünteesis, vereloomes (X).

Vitamiin B12 (tsüanokobalamiin) - osaleb vereloomes (XI).

C-vitamiin ( C-vitamiin) - osaleb valkude assimilatsioonis, kudede parandamises (XII).

D-vitamiin (kaltsiferool) – osaleb mineraalainete metabolismis (XIII).

E-vitamiin (tokoferool) - lihased (XIV).

K-vitamiin (fülokinoonid) – mõjutab vere hüübimist (XV).

Ained (lühendatult BAS) on spetsiaalsed kemikaalid, mis on madalal kontsentratsioonil väga aktiivsed teatud organismirühmade (inimesed, taimed, loomad, seened) või teatud rakurühmade suhtes. Bioloogiliselt aktiivseid aineid kasutatakse meditsiinis ja haiguste ennetamiseks, samuti täisväärtusliku elu säilitamiseks.

Bioloogiliselt aktiivsed ained on:

1. Alkaloidid – lämmastikku sisaldav iseloom. Tavaliselt, taimset päritolu. Neil on põhiomadused. Need on vees lahustumatud ja moodustavad hapetega erinevaid sooli. Neil on hea füsioloogiline aktiivsus. Suurtes annustes - need on tugevaimad mürgid, väikestes annustes - ravimid (ravimid "Atropiin", "Papaveriin", "Efedriin").

2. Vitamiinid - eriline rühm orgaanilisi ühendeid, mis on loomadele ja inimestele eluliselt olulised hea ainevahetuse ja täisväärtusliku elutegevuse jaoks. Paljud vitamiinid osalevad vajalike ensüümide moodustamises, pärsivad või kiirendavad teatud ensüümsüsteemide tegevust. Vitamiine kasutatakse ka toiduna (sisaldub nende koostises). Osa vitamiine siseneb kehasse toiduga, teised moodustuvad soolestikus olevate mikroobide poolt, teised aga tekivad ultraviolettkiirguse mõjul rasvataolistest ainetest sünteesimise tulemusena. Vitamiinide puudus võib põhjustada mitmesuguseid ainevahetushäireid. Haigust, mis tekkis kehas vähese vitamiinide tarbimise tagajärjel, nimetatakse beriberiks. Puudus - ja liigne kogus - hüpervitaminoos.

3. Glükosiidid - orgaanilise looduse ühendid. Neil on mitmesuguseid mõjusid. Glükosiidimolekulid koosnevad kahest olulisest osast: mittesuhkur (aglükoon või geniin) ja suhkur (glükoon). Meditsiinis kasutatakse seda südame- ja veresoonkonnahaiguste raviks, antimikroobse ja rögalahtistina. Glükosiidid leevendavad ka vaimset ja füüsilist väsimust, desinfitseerivad kuseteede, rahustavad kesknärvisüsteemi, parandavad seedimist ja suurendavad söögiisu.

4. Glükolalkaloidid – glükosiididega seotud bioloogiliselt aktiivsed ained. Nendest saate järgmisi ravimeid: "Kortisoon", "Hüdrokortisoon" ja teised.

5. (teine ​​nimi on taniidid) on võimelised sadestama valke, lima, liime, alkaloide. Sel põhjusel ei sobi need ravimites sisalduvate ainetega kokku. Koos valkudega moodustavad nad albuminaate (põletikuvastane aine).

6. Rasvõlid on rasvhapped ehk kolmeaatomiline alkohol. Mõned rasvhapped on seotud kolesterooli eritumisega organismist.

7. Kumariinid on bioloogiliselt aktiivsed ained, mis põhinevad isokumariinil või kumariinil. Sellesse rühma kuuluvad püranokumariinid ja furokumariinid. Mõnel kumariinil on spasmolüütiline toime, teistel aga kapillaare tugevdav toime. Samuti on olemas antihelmintikumid, diureetikumid, kurariidsed, antimikroobsed, valuvaigistid ja muud kumariinid.

8. Mikroelemente, nagu vitamiine, lisatakse ka bioloogiliselt aktiivsetele toidulisandid. Need on osa vitamiinidest, hormoonidest, pigmentidest, ensüümidest, moodustavad valkudega keemilisi ühendeid, akumuleeruvad kudedes ja elundites, sisesekretsiooninäärmetes. Inimese jaoks on olulised järgmised mikroelemendid: boor, nikkel, tsink, koobalt, molübdeen, plii, fluor, seleen, vask, mangaan.

Bioloogiliselt aktiivseid aineid on teisigi: (on lenduvad ja mittelenduvad), pektiinained, pigmendid (teine ​​nimi on värvained), steroidid, karotenoidid, flavonoidid, fütontsiidid, ekdüsoon, eeterlikud õlid.

Uuringu ajaloolised, teaduslikud ja sotsiaalsed aspektid

bioloogiliselt aktiivsed ained

Õpetaja:

Karzhina G.A.

Teostaja:

Tahkiskeemia osakonna doktorant

(1. õppeaasta)

Gusarova E.V.

Nižni Novgorod

Sissejuhatus………………………………………………………………………………….3

1. „Bioloogiliselt aktiivse aine” mõiste ……………………………………..5

2. Bioloogiliselt aktiivsete ainete uurimise ajalugu…………………………………………………….………7

2.1. Ensüümiuuringute ajalugu………………………………………………8

2.2. Vitamiiniuuringute ajalugu………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………….10

2.3. Hormoonide uurimise ajalugu……………………………………..……16

3. Toidulisandid ………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………….

4. BAS-i uurimise kaasaegsed suunad………………………………..25

5. Bioloogiliselt aktiivsete ainete uuringud, mis viidi läbi UNN-i keemiateaduskonna tahkiskeemia osakonnas. Lobatševski…………………………………29

Järeldus…………………………………………………………………………….33

Viited…………………………………………………………………34

Sissejuhatus

Igaüks meist on kuulnud sellist mõistet nagu "bioloogiliselt aktiivne aine", kuid vähesed on mõelnud, mida selle fraasi all mõeldakse.

Bioloogiliselt aktiivsete ainete rolli inimelus on lihtne mõista kohe, kui tead, et need sisaldavad vitamiine, hormoone ja ensüüme, millest igaüks on eraldi kuulnud. Kui arvestada nende terminite päritolu, siis sõna vitamiin esimene osa - "vita" - tõlgitakse ladina keelest kui "elu", sõna hormoon "hormao" tõlge kreeka keelest kõlab omakorda nagu "erutada, esile kutsuda". Nimetuste põhjal peaksid bioloogiliselt aktiivsed ained "elu kutsuma" ja seega olema selleks vajalikud.

Bioloogiliselt aktiivsed ained osalevad peaaegu kõigis meie kehas toimuvates biokeemilistes protsessides. Need on metaboolsete protsesside katalüsaatorid ja täidavad sageli organismis regulatoorset funktsiooni. BAS-id vastutavad valkude, nukleiinhapete, lipiidide, hormoonide ja muude ainete sünteesi ja lagunemise eest kehakudedes. Sageli vastutavad BAS meie meeleolu, tunnete ja emotsioonide eest.

Mõned bioloogiliselt aktiivsed ained on inimkehas võimelised iseseisvalt tootma, teised aga mitte. Näiteks keha vitamiine praktiliselt ei tooda (ei sünteesita) - nad sisenevad sellesse toiduga või kujul. vitamiinide kompleksid. See aspekt on veel üks tõend nende ainete uurimise vajadusest.

Terve inimese päevane vajadus bioloogiliselt aktiivsete ainete järele ei ole suur – vaid 100-150 mg. Vahepeal, kui palju probleeme ootab meid ees, kui seda puru meie toidus pole ...

Kahjuks kannatab tänapäeval organismi järsult suurenenud keskkonnakoormuse, aga ka põllumajanduse keemistamisel ja mulla kurnamisest tingitud toitumise ammendumise tõttu peaaegu iga inimene teatud bioloogiliselt aktiivsete ainete puuduse all. Seetõttu vajab inimene nende nähtuste kompenseerimiseks ja tervise hoidmiseks täiendavalt põhilisi bioloogiliselt aktiivseid aineid ja mikroelemente ehk nn toidulisandeid.

Seoses eelnevaga otsustasin käesolevas töös välja selgitada, millised olid eeldused bioloogiliselt aktiivsete ainete uurimiseks, kuidas need avastati koos teaduse arenguga ning kas nende ühendite uurimise jätkamiseks on endiselt ühiskondlik vajadus. .

Mõiste "bioloogiliselt aktiivne aine" (BAS)

BAS - kemikaalid, millel on madalatel kontsentratsioonidel kõrge füsioloogiline aktiivsus teatud elusorganismide rühmade või nende rakkude üksikute rühmade suhtes. Bioloogiliselt aktiivsetest ainetest rääkides peame silmas eelkõige inimkeha, kuid seda mõistet saab rakendada nii loomade kui ka taimede puhul – ehk siis nende objektide puhul, mis koosnevad elusrakkudest, milles toimuvad mitmesugused eluprotsessid. BAS-i hulka kuuluvad sellised elutähtsad ja olulised ühendid nagu ensüümid, vitamiinid ja hormoonid.

Mõnikord jääb ekslik mulje, et kuigi bioloogiliselt aktiivsed ained on väga olulised, täidavad nad vaid osalisi, abifunktsioone. See väljendus selles, et eriala- ja populaarteaduslikus kirjanduses käsitleti iga BAS-i funktsioone üksteisest eraldi.

Ensüümid osaleb toidu seedimises ja assimilatsioonis. Samal ajal toimuvad organismi kudedes ensümaatilised reaktsioonid, nagu valkude, nukleiinhapete, lipiidide, hormoonide ja muude ainete süntees ja lagunemine. Igasugune elusorganismi funktsionaalne ilming – hingamine, lihaste kokkutõmbumine, neuropsüühiline tegevus, paljunemine jne. - on samuti otseselt seotud vastavate ensüümsüsteemide toimega. Teisisõnu, ilma ensüümideta pole elu ja paljud inimeste haigused põhinevad ensümaatiliste protsesside rikkumistel, mistõttu ei saa nende tähtsust inimorganismile üle hinnata.

vitamiinid- Need on erineva keemilise struktuuriga bioloogiliselt aktiivsed orgaanilised ühendid, mis esinedes tühistes kontsentratsioonides avaldavad mõju ainevahetusele. Need on lihtsalt vajalikud peaaegu kõigi organismis toimuvate protsesside normaalseks toimimiseks: suurendavad organismi vastupanuvõimet erinevatele äärmuslikele teguritele ja nakkushaigused, aitavad kaasa mürgiste ainete neutraliseerimisele ja eemaldamisele jne.

Hormoonid - Need on sisemise sekretsiooni tooted, mida toodavad spetsiaalsed näärmed või üksikud rakud, mis vabanevad verre ja kanduvad kogu kehasse, põhjustades tavaliselt teatud bioloogilist toimet. Hormoonid ise ei mõjuta otseselt ühtegi raku reaktsiooni. Ainult kokkupuutel teatud, ainult talle omase retseptoriga tekib teatud reaktsioon.

BAS-i uurimise ajalugu

Inimorganismi funktsioonide uurimine, võitlus haiguste ja vanadusega on läbi aegade olnud paljude teadlaste – arstide, füsioloogide, bioloogide ja keemikute – üks tähtsamaid uurimiseesmärke. Just nende teaduste ristumiskohas viidi läbi arvukalt uuringuid, mis viisid meile teadaolevate bioloogiliselt aktiivsete ainete avastamiseni.

20. sajandi algus on keemias, eriti orgaanilise sünteesi vallas, silmapaistvate saavutuste aeg. Koos sellega toimub ka intensiivne farmakoloogia areng. Piiramatud võimalused üksikute keemiliste ühendite saamiseks (tuntud struktuuriga ja antud farmakoloogilised omadused, kitsas tegevusfookus), näib, sai lahendus kõikidele probleemidele. Kuid mõne aastakümne pärast saab selgeks, et sünteetilised uimastid, hoolimata nende ilmsetest eelistest, ei õigusta neile pandud lootusi: nad ei saa inimest terveks teha.

Laiaulatuslikud uuringud veel 60ndatel kinnitasid dokumenteeritud täpsusega, et iga loomulikul teel surnud loom või inimene ei sure mitte vanadusse, vaid alatoitumusse, s.o. vitamiinide ja muude toitainete puudusest. Just siis, 70ndate alguses, toimus kõigis tsiviliseeritud riikides vitamiinirevolutsioon.

1969. aastal vastuseks küsimusele Maailma Terviseorganisatsioonilt juhtiv maailma teadlased: "Mis on terve inimene?", vastas Nobeli preemia laureaat Ameerika biokeemik Linus Pauling: " Terve mees selline, milles kõik ensüümsüsteemid on hästi tasakaalus. "Ja pealegi räägiti juba siis, et saabub aeg, mil meditsiin ravib mitte ühte haigust, vaid inimest ja mitte antibiootikumidega, vaid peamiselt ensüümidega. ja anti-ensüümid ning ka - oksüdandid ja antioksüdandid.

Bioloogiliselt aktiivsete ainete uurimine ja selle valdkonna avastused algasid aga palju varem kui 20. sajandil. Paljudelt Babüloni ja Mesopotaamia territooriumilt leitud savitahvlitelt leiti retsepte, mis kirjeldasid, mida süüa ja milliste vaevuste korral. Arheoloogid dateerivad need "meditsiinilised märkmed" aastasse 1500 eKr. Vana-Egiptuses raviti haigusi toiduga.