химический каталог




Химия биологически активных природных соединений

Автор Н.А.Преображенский, Р.П.Евстигнеева

в эритроцит, высокоспециализнроваи и способен расщеплять полипептиды с определенной аминокислотной последовательностью. Молекула аномального гемоглобина, имеющая только одно незначительное изменение, соединяется с ферментом, но не может быть расщеплена им, выступая, таким образом, в роли ингибитора данного фермента. Гетерозиготные по гену аномального НЬ лица менее подвержены заболеванию малярией.

Нарушения биосинтеза, вызванные недостатком некоторых веществ. Биосинтез гемоглобина может нарушаться не только в тех случаях, когда имеются какие-то «неправильности» в структуре генетического материала, но и при недостатке некоторых веществ, необходимых для его синтеза. В случае недостатка железа в пище или при потерях крови, включающих и потерю железа, развивается микроцитарная анемия, характеризующаяся малыми размерами эритроцитов и понижением содержания в инх НЬ. Железо необходимо на двух этапах синтеза порфиринов: при конденсации глицина и сукцинил-кофермента А с образованием 6-аминолевулииовой кислоты и при внедрении железа в протопорфирин IX, поэтому отсутствие его блокирует синтез сразу в двух местах. Этот недостаток легко восполняется принятием внутрь соли двухвалентного железа, обычно в виде карбоната.

10*

Другое нарушение биосинтеза возникает в случае недостатка витамина В12 (циан-кобаламии), возникающего из-за отсутствия в слизистой желудка больного так называемого внутреннего фактора, способствующего всасыванию витамина. В результате этого дефекта развивается тяжелая макроцитарная анемия, при которой эритроциты увеличены в размерах, но содержат недостаточное количество Hb. Эритроциты попадают в кровь незрелыми, так как для их созревания необходим витамин Bi2; недостаток его, вероятно, блокирует синтез глобииа, так. как витамин В12 участвует в синтезе белка. Аналогичное нарушение биосинтеза, приводящее к макроцитарной анемии, наблюдается при недостатке фолиевой кислоты.

Катаболизм гемоглобина. Средняя продолжительность жизни эритроцитов составляет примерно 120 дней. После этого они разрушаются клетками ретикулоэндотелиальной системы. Молекулы гемоглобина также распадаются; в результате распада простетической группы — гема возникают желчные пигменты [64—66], которые выводятся с желчью в кишечник, а железо и аминокислоты остаются в организме.

Первая фаза распада гемоглобина происходит еще в то время, когда гем связан с глобином. а-Метеновый мостик в молекуле протопор-фирина окисляется и возникает окрашенный в зеленый цвет железный комплекс биливердинглобина, называемый также вердогемоглобином:

гемоглобин вердогемотлобин

Следующей ступенью является удаление железа из вердогемоглоби-на. Связь биливердина с глобином при этом сохраняется, но только за счет адсорбционных сил. Вердогемоглобин легко восстанавливается под действием лактатдегидрогеназы и ряда других дегидрогеназных систем, действующих на промежуточные соединения углеводного обмена. При этом средняя метеновая группа биливердина, являвшаяся ранее у-мо-стиком в протопорфирине, восстанавливается в метиленовую, и образуется билирубинглобин. Биливердин, не связанный с глобином, не восстанавливается в подобных условиях. Билирубинглобиновый комплекс распадается в клетках печени на глобин и билирубин, который может далее восстанавливаться в мезобилирубин и мезобилиноген, а также поступать в кишечник в виде комплекса с глюкуроновой кислотой. В кишечнике билирубин также восстанавливается в мезобилиноген. Из последнего получаются уробилин и стеркобилиноген, дающий затем стер1 кобилин (см. схему на стр. 149).

Окислительное расщепление гема с образованием желчных пигмен^ тов является общим и для других гемопротеидов [67].

Все природные желчные пигменты формально можно получить в результате частичного или полного восстановления биливердина. Они относятся к а-ряду IX, так как возникают при окислительном отщеплении а-углеродного мостика молекулы протопорфирина IX и имеют относи-

14в

мезобилин(уробилин)

R= СН3

R'= СН2СН2СООН

СНа It

R R CH NHV N

билирубин

CH3

R CH2 R R' R' R

XH^ NH

мезобилиноген

NH

NH

CH3 CH3 R CH2 R R' R' R R CH2

стеркобилиноген

СНз CH3 R СН2 R^ R' R^_p 9. pH2

HO

NH

NH ^ N стеркобилин

NH

-OH

тельное расположение заместителей такое же, как в биливердине. Винильные группы могут восстанавливаться в этильные; в этом случае возникают соединения мезо-ттг..

ЦИТОХРОМЫ

Гемоглобин переносит молекулярный кислород из легких к клеткам тканей, где в результате окисления питательных веществ выделяется энергия, необходимая для жизнедеятельности организма. Однако эти вещества не окисляются непосредственно молекулярным кислородом; перенос электронов с субстрата на кислород осуществляется ступенчато, при помощи ряда переносчиков. Вместо одной реакции окисления с большой энергией активации получается цепь последовательных реакций окисления — восстановления с малыми энергиями активации. Такой механизм позволяет наиболее полно и эффективно использовать энергию, выделяющуюся при окислении питательных веществ. Переносчиками электронов в клетке служат пиридиннуклеотиды, флавопротеи-ды, хиноны, витамины Е и К и цитохромы; все они легко и обратимо окисляются и восстанавливаются.

Цитохромы были обнаружены еще в 1886 г. при спектральном исследовании тканей животных Мак-Мунном, однако интенсивное изучение их началось только с 1925 г., когда они были вновь открыты Кей-лином. Им было установлено, что в клетках присутствуют три типа цитохромов — а, Ь и с, имеющих следующие полосы поглощения:

Цитохромы Полосы поглощения, нм

о Р ¦ У

a........... 604 532 448—449

b........... 566 528 428—432

c........... 550 521 415—417

Эти полосы четко выражены у восстановленных форм цитохромов, содержащих Fe2+; у цитохромов с р-полоса выражена слабо, а иногда вообще отсутствует. При окислении цитохромов а- и р-полосы исчезают, а у-полоса смещается в коротковолновую часть спектра. Это очень важно для изучения процессов окисления — восстановления в самой клетке. Цитохромы гораздо труднее выделить из тканей в индивидуальном состоянии, чем другие гемопротеиды. Кроме того, многие цитохромы связаны с клеточными структурами, и чтобы правильно понять их функцию, необходимо проводить исследования, не разрушая эти связи. Поэтому спектральные методы при изучении цитохромов имеют исключительно важное значение; многие цитохромы охарактеризованы только спектроскопически.

К другому типу методов исследования цитохромов относятся методы, основанные на измерении их каталитической активности, отравлении их различными ингибиторами (цианид, окись углерода и т. д.).

Кроме первоначально известных цитохромов а, Ь и с был открыт ряд других цитохромов, которые относили в ту или иную группу в основном по их спектральным характеристикам; порядковый номер (а4, bi, ci) давался этим цитохромам в зависимости от порядка их открытия после цитохромов а, b и с. Такой метод был очень условным и мог привести к путанице. Некоторые цитохромы, обнаруженные в последние годы, не могли быть отнесены ни в одну из этих групп. В связи с этим Комиссией по ферментам Международного биохимического союза была

150

разработана новая номенклатура цитохромов, согласно которой все исследованные до настоящего времени цитохромы относятся к одной из четырех групп [68].

В группу А входят цитохромы, имеющие в качестве простетической группы железо-формилпорфирин (гем с или родственный ему гем с формальной боковой цепью).

К группе В относятся цитохромы, имеющие в качестве простетической группы протогем IX (как у гемоглобинов и миоглобинов).

Группа С включает цитохромы с замещенным мезогемом IX в качестве простетической группы, причем гем связан с белком ковалентными тиоэфирными связями.

Цитохромы группы D содержат в качестве простетической группы не железо-порфирин, как соединения трех предшествующих групп, а желе-зо-дигидропорфирин (железо-хлорин).

Практическими критериями для отнесения цитохрома в одну из этих четырех групп служат положения а-полосы пиридин-феррогемохрома, приготовленного из гемопротеида в щелочном растворе, и растворимость в эфире гемина, полученного путем обработки цитохрома смесью ацетона и соляной кислоты:

а-Полоса пиридин- Растворимость

феррогемохрома в эфире продукта

Группа в щелочном рас- обработки цито-

творе, нм хрома яч^тоиоы

в на

A........ 580—590 Растворим

B........ 556—558 Растворим

C........ 549—551 Нерастворим

D ...... 600—620 Растворим

Для определения природы простетической группы и, таким образом, групповой принадлежности цитохрома можно использовать также химические превращения, которые сопровождаются обычно характерными спектральными изменениями. Образование оксима при реакции гемина с гидроксиламином свидетельствует о наличии в порфириновом ядре формильной группы, что позволяет отнести соединение в группу А. Восстановление ненасыщенных боковых цепей (например, гидрированием над платиной) указывает на присутствие протогема (группа В). Характерной реакцией цитохромов группы С является расщепление тиоэфир-ной связи сульфатом серебра. Наконец, для соединений группы D характерно наличие специфической полосы при 605 нм в спектре поглощения раствора гемина в уксусной кислоте и образование соответствующего хлорина.

В настоящее время известно свыше тридцати цитохромов. В литературе можно встретить названия нескольких различных типов, которые соответствуют различным уровням накопленных сведений о данном соединении. Так, название типа «цитохром 554 (СЫогоЫит)» является предварительным и озьачает, что об_ этом соединении в данное время известны следующие основные сведения: оно является гемопротеидом из водоросли СМотоЫит, в спектре восстановленной формы имеется а-полоса при 554 нм; изучение его внутриклеточного окисления — восстановления показало, что оно является цитохромом. Название типа «цитохром с (554, Ch!orobium)» также является временным и показывает, что вещество уже получено в достаточно очищенном виде и на основании критериев принадлежности к той или иной группе отнесено к группе С. Наконец, название типа «цитохром Ь&> является окончательным и означает, что принадлежность цитохрома к группе В установлена точно прн помощи реакций, определяющих природу простетической группы, причем показано, что вещество является индивидуальным.

Необходимо, однако, иметь в виду, что эти рациональные принципы номенклатуры были разработаны относительно недавно; и в литературе до 1962 г., и в некоторых бо-

151

-лее поздних работах можно встретить названия другого типа (цитохромы [, Л, RHP и т. д.).

Цитохромы, известные в настоящее время, включены в «Список цитохромов», составленный Комиссией по ферментам [68], причем список этот пополняется по мере выделения новых соединений.

ЦИТОХРОМЫ ГРУППЫ А

Простетической группой цитохромов а служит цитогемин, или гемин а, из которого удалением железа получают порфирин а. Одним из заместителей в порфириновом кольце является формильная группа, присутствие которой доказывается получением оксима, гидразона, диметилацеталя, продукта присоединения бисульфита. Наличие винильной (или алкилви-нильной) группы было доказано каталитическим гидрированием и присоединением диазоуксусного эфира к порфирину а в том случае, когда формильная группа защищена оксимированием (формильная группа также реагирует с диазоуксусным эфиром):

—сн=свд + n„chcoor' -*¦ —нс-chr

\hcoor'

Присутствие в порфирине а а-оксиалкильной группы показано окислением ее в а-кетоалкильную группу, дегидратацией в алкилвинильную группу и повышением значения /?/ при ацетилировании [69].

При сплавлении порфирина а с резорцином (190°С) формильная, оксиалкильная и алкилвинильная группы отщепляются и возникает ци-тодейтеропорфирин, отличающийся от дейтеропорфирина IX тем, что он содержит на одну метильную группу меньше и имеет три незамещенных р-положения порфиринового ядра: при бромировании его получается трибромпроизводное, в то время как при бромировании дейтеропорфирина — дибромпроизводное. Строение цитодейтеропорфирина было подтверждено синтезом. Сплавление дипиррилметенов I и II в метилянтар-ной кислоте дало продукт, идентичный природному, в то время как изомерные соединения от него отличались:

" I—У

НООССН2 СН2СООН

СН

<^А/--СН3

/ \

СН2 сн2

НООССНо сн2соон

цитодейтеропорфирин

После установления строения цитодейтеропорфирина нужно было определить положения заместителей в порфирине а, удаляемых при сплавлении с резорцином. Формильная группа была превращена в ок-

152

симную, а затем в нитрильную дегидратацией уксусным ангидридом. При окислении полученного нитрила перманганатом калия образуются производные пиррола, содержащие карбоксильные группы в а,а'-по-ложениях, CN-rpynna при этом не изменяется. Таким образом, при окислении цианопорфирина могло получиться одно из двух приведенных ниже пиррольных производных в зависимости от того, находится ли формильная группа в пиррольном кольце I, II или IV:

NC. ,СН2СН2СООН НООС-<^~А-СООН

NH

При хроматографическом анализе продуктов окисления цианопорфирина перманганатом было обнаружено, однако, только соединение, содержащее карбоксиэтильную группировку, которое могло возникнуть лишь в том случае, если формильная группа была в кольце IV. Таким образом, было установлено, что формильная группа находится в положении 8 порфиринового ядра.

Относительное расположение двух других заместителей определили на основании спектральных данных. Порфирин а имеет о/ссо-робЪ-тип спектра, т. е.. формильная и алкилвинильная группы находятся у противоположных пиррольных ядер. Поскольку формильная группа находится в положении 8, следовательно алкилвинильная группа — в положении 4, а а-оксиалкильная — в положении 2.

На основании полученных данных строение порфирина а можно изобразить следующим образом [70]:

RCH2CHOH СНз CHe-/y^fy-CH=CHR'

HN"4

I

СН,

i

HOOCCHa СН2СООН порфирин а

Дальнейшие данные о структуре порфирина а были получены в результате изучения продуктов окислительной деградации восстановленного порфирина а.

Порфирин а был прогидрирован в присутствии палладия в муравьиной кислоте; при этом восстанавливались двойные связи в боковой цепи, формильная и а-оксиалкильная группы. Из продуктов окисления гидрированного порфирина а, не содержащего лабильных, легко окисляющихся Fpynn, хромовой кислотой были выделены метилэтилмалеин-имид, имид гематиновой кислоты и липофильный метилалкилмалеия-имид, который был идентичен с синтетическим метил- (5,9,13-триметил-

153

тетрадецил)-малеинимидом (ИК- и масс-спектры, тонкослойная и газо-жидкостная хроматография)

ГСН2СН2СН2СН ~|—СНз

Н3С /СНа— ГСН2СН2СН2СН ~|-0=/ \=0 L СНз 1з

nh

Выделение из продуктов окисления метилэтилмалеинимида показывает, что у порфирина а в положении 4 стоит незамещенная винильная группа (R'=H). Из структуры приведенного выше липофильного ме-тилалкилмалеинимида становится ясным углеродный скелет алкильного заместителя (R) в порфирине а.

Дополнительную информацию о строении липофильного заместителя в положении 2 дают ПМР-спектры продуктов реакции гема

страница 21
< К СПИСКУ КНИГ > 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69

Скачать книгу "Химия биологически активных природных соединений" (6.60Mb)


[каталог]  [статьи]  [доска объявлений]  [прайс-листы]  [форум]  [обратная связь]

 

 

Реклама
стеклянная стойка под аппаратуру
system of a down в россии 2017 города
седельный клапан belimo h664s
домашние кинозалы оборудование

Рекомендуемые книги

Введение в химию окружающей среды.

Книга известных английских ученых раскрывает основные принципы химии окружающей среды и их действие в локальных и глобальных масштабах. Важный аспект книги заключается в раскрытии механизма действия природных геохимических процессов в разных масштабах времени и влияния на них человеческой деятельности. Показываются химический состав, происхождение и эволюция земной коры, океанов и атмосферы. Детально рассматриваются процессы выветривания и их влияние на химический состав осадочных образований, почв и поверхностных вод на континентах. Для студентов и преподавателей факультетов биологии, географии и химии университетов и преподавателей средних школ, а также для широкого круга читателей.

Химия и технология редких и рассеянных элементов.

Книга представляет собой учебное пособие по специальным курсам для студентов химико-технологических вузов. В первой части изложены основы химии и технологии лития, рубидия, цезия, бериллия, галлия, индия, таллия. Во второй части книги изложены основы химии и технологии скандия, натрия, лантана, лантаноидов, германия, титана, циркония, гафния. В третьей части книги изложены основы химии и технологии ванадия, ниобия, тантала, селена, теллура, молибдена, вольфрама, рения. Наибольшее внимание уделено свойствам соединений элементов, имеющих значение в технологии. В технологии каждого элемента описаны важнейшие области применения, характеристика рудного сырья и его обогащение, получение соединений из концентратов и отходов производства, современные методы разделения и очистки элементов. Пособие составлено по материалам, опубликованным из советской и зарубежной печати по 1972 год включительно.

 

 



Рейтинг@Mail.ru Rambler's Top100

Copyright © 2001-2012
(26.04.2017)