Біологічна та біоорганічна хімія_Мардашко О.О._ изд. 2008-342 с._ОНМедУ-2012

Специфічні реакції дикарбонових кислот

Малонова та щавлева кислоти здатні при нагріванні відщеплювати оксид карбону (IV), цей процес називається декарбоксилюванням. При введенні в молекули кислот електроноакцепторних замісників схильність їх до декарбоксилювання підвищується. У щавлевій та малоновій кислотах друга карбоксильна група виступає як електроноакцептор і цим полегшує декарбоксилювання.

Щавлева кислота НООС–СООН — найпростіша двохосновна кислота. Її солі називаються оксалатами. Деякі з них важко розчинні, часто утворюють камені в нирках і сечовому міхурі (оксалатні камені). До таких солей належить окса-

лат кальцію.

Нирково-кам’яна хвороба полягає в утворенні каменів — відкладанні солей різного складу: урату кальцію — солі сечової кислоти, малорозчинних фосфатів або оксалатів кальцію. Їх відкладенню сприяє збільшення рН сечі, тобто лужне середовище. До того ж, однією з причин загибелі при отруєннях етиленгліколем є заку-

порка судин множинним відкладенням малорозчинного оксалату кальцію, який утворюється через те, що у плазмі різко підвищується концентрація щавлевої кислоти — продукту метаболізму етиленгліколю:

HO CH2 CH2 OH [O] HO C C OH

O O

Етиленгліколь

Щавлева кислота

Хімічні прийоми лікування цих патологічних станів основані на дії препаратів, які розчиняють камені, для чого крім хіміотерапії застосовують спеціальні дієти і мінеральні води.

Щавлева кислота декарбоксилюється вже при слабому нагріванні:

HOOC COOH HCOOH + CO2

Щавлева Мурашина кислота кислота

Малонова кислота (НООС–СН2–СООН). По-

дібно до щавлевої кислоти, малонова кислота та її похідні декарбоксилюються, однак малонову кислоту для цього потрібно нагріти сильніше:

HOOC CH2 COOH CH3COOH + CO2

Малонова кислота Оцтова кислота

Бурштинову кислоту практично вже не вдається декарбоксилювати нагріванням (як оцтову та інші насичені кислоти). Однак декарбоксилювання будь-яких кислот, їх похідних легко здійснюється ферментативним шляхом, це одна з необхідних стадій перетворення органічних речовин в організмі.

У біосинтезі жирних кислот in vivo використовуються тіоефіри малонової кислоти: малонілКоА та малоніл-АПБ (АПБ — білок, який переносить ацил):

O	O
HOOC CH2 C	HOOC CH2 C
SKoA	АПБ
Малоніл-КоА	Малоніл-АПБ

Бурштинова кислота (НООС–СН2–СН2–

СООН) у значній кількості міститься в бурштині, звідки вона й дістала назву. Деякі її похідні називають, враховуючи латинську назву буршти-

ну (succinium):

HOOC CH2 CH2 C O Сукциніл-КоА

SKoA

					O	OH					Сукцинілфосфат
HOOC		CH2		CH2	C
					O	P			OH

O

Бурштинова та глутарова кислоти при нагріванні не декарбоксилюються, а втрачають молекулу води з утворенням циклічних ангідридів. Такий хід реакції зумовлений утворенням стійкого п’ятита шестичленного циклу.

O

O

CH2

C

t °C

CH2

C

OH

OH

- H2O

O

CH2

C

CH2

C

O

O

Бурштинова кислота

Бурштиновий ангідрид

O

O

CH2

C

t °C

CH2

C

CH2

OH

CH2

O

OH

- H O

CH

C

2

CH2

C

2

O

O

Глутарова кислота

Глутаровий ангідрид

Реакції нуклеофільного заміщення. Дикарбо-

нові кислоти, подібно до монокарбонових, вступають у реакції нуклеофільного заміщення за участю однієї або двох функціональних груп і утворюють складні ефіри, аміди, хлорангідриди, тіоефіри.

КОНТРОЛЬНІ ПИТАННЯ

1.Біоорганічна хімія як наука: визначення, предмет і завдання, розділи, методи дослідження. Значення в системі вищої медичної освіти.

2.Класифікація органічних сполук за будовою вуглецевого радикалу та природою функціональних груп.

3.Будова найважливіших класів біоорганічних сполук за природою функціональних груп: спиртів, фенолів, тіолів, альдегідів, кетонів, карбонових кислот, складних ефірів, амідів, нітросполук, амінів.

4.Номенклатура органічних сполук: тривіальна, раціональна, міжнародна. Принципи утворення назв органічних сполук за номенклатурою ІЮПАК: замісників, радикально-функціо- нальний.

29

	5. Природа хімічного зв’язку в органічних	8. Типи реакцій у біоорганічній хімії: класифі-
	сполуках: гібридизація орбіталей, електронна	кація за результатом (спрямованістю) та механіз-
	будова сполук Карбону.	мом реакції. Приклади.
	6. Просторова будова біоорганічних сполук:	9. Карбонільні сполуки в біоорганічній хімії.
		Хімічні властивості та біомедичне значення аль-
	стереохімічні формули; конфігурація та конфор-
	мація. Стереоізомери: геометричні, оптичні, пово-	дегідів і кетонів.
	ротні (конформери).	10. Карбонові кислоти в біоорганічній хімії:
		будова і хімічні властивості; функціональні
	7. Оптична ізомерія; хіральність молекул	похідні карбонових кислот (ангідриди, аміди,
	органічних сполук. D-, L- та R-, S-стереохімічні	складні ефіри). Реакції декарбоксилювання.
	номенклатури. Енантіомери та діастереоізомери	11. Будова і властивості дикарбонових кис-
	біоорганічних сполук. Зв’язок просторової будо-	лот: щавлевої, малонової, бурштинової, глутаро-
	ви з фізіологічною активністю.	вої.

Глава 2. ВИЩІ ЖИРНІ КИСЛОТИ. ЛІПІДИ. ФОСФОЛІПІДИ.

α -АМІНОКИСЛОТИ. ПЕПТИДИ. БІЛКИ

	2.1. ЛІПІДИ	лужному середовищі солей вищих карбонових
		кислот, тобто мил. Неомилювані ліпіди одноком-
	Ліпідами називають велику групу природних	понентні в тому розумінні, що є похідними одно-
	сполук, до якої входять різні за хімічною будо-	го негідролізуючого класу сполук. Омилювані
	вою речовини. Загальною властивістю, що доз-	ліпіди можуть бути двокомпонентними (прості
	волила об’єднати їх у єдину групу, є роз-	ліпіди) або складатися з трьох і більше компо-
	чинність їх в органічних розчинниках і нероз-	нентів (складні ліпіди), тобто утворювати при
	чинність у воді. Відповідно до цього до ліпідів	гідролізі органічні сполуки двох, трьох і більше
	були віднесені жирні кислоти, прості та складні	класів (рис. 2.1).
	ефіри гліцерину, аміди — похідні аміноспирту	Попередники і похідні ліпідів
	сфінгозину, холестерин і його ефіри, воски й
	навіть каротин. Доцільніше відносити до ліпідів	Похідні ліпідів — це такі сполуки, як вищі
	природні біологічно активні похідні вищих жир-	жирні кислоти, моно- і дигліцериди, вищі спир-
	них кислот і спиртів. Звичайно це прості й	ти, жиророзчинні вітаміни тощо, тобто сполуки,
	складні ефіри, що утворюються в результаті взає-	близькі до ліпідів за хімічною структурою, фізи-
	модії гліцерину та стероїдних спиртів із вищими	ко-хімічними властивостями, пов’язані з ними в
	жирними кислотами. У молекулі ліпіду неодмін-	процесах обміну, які входять разом із ліпідами до
	но присутній один або кілька гідрофобних заміс-	структури клітин.
	ників, які забезпечують добру розчинність у не-	Жиророзчинними є вітаміни А, Е, К, D, Q.
	полярних розчинниках. Багато ліпідів містять	Вони мають одну спільну структурну особливість
	поряд із гідрофобними також гідрофільні замісни-	— їхні молекули побудовані з ізопренових струк-
	ки, що мають спорідненість до полярних розчин-	тур (ізопренові блоки).
	ників. Наявність у ліпідах такого типу полярних	Вищі жирні спирти та альдегіди
	і гідрофобних замісників визначає їхню участь в
		Вищі жирні спирти входять до складу різних
	утворенні структури біологічних мембран і функ-
	ціональну роль, пов’язану з переносом речовин	ліпідів, мають нерозгалужене вуглецеве кільце,
	й іонів через мембрани, енергозабезпеченням	парну кількість атомів Карбону, можуть бути як
	клітини та захисних реакцій організму. Останнім	насиченими, так і ненасиченими.
	часом широко обговорюється роль ліпідів як біо-	Наприклад, насичені спирти:
	регуляторів.	С16Н33ОН	С26Н53ОН	С31Н63ОН
	Ліпіди виконують у живих організмах ряд важ-
		Цетиловий	Цериловий	Мірициловий
	ливих функцій. Вони є основними структурними
		спирт	спирт	спирт
	компонентами клітинних мембран, відіграють за-
	хисну роль, служать формою, у вигляді якої запа-	і ненасичені вінілові спирти:
	сається та транспортується енергетичне «паливо».	СН3(СН2)nСН=СНОН
	Класифікація та хімічна структура ліпідів
		До складу тригліцеридів і фосфоліпідів вхо-
	Ліпіди ділять на омилювані та неомилювані за-	дить триатомний спирт гліцерол (гліцерин). Шес-
	лежно від здатності до гідролізу з утворенням у	тиатомний спирт міоінозит (циклогексанового

30

			ОМИЛЮВАНІ ЛІПІДИ
	Прості				Складні
Воски	Жири, олії			Фосфоліпіди		Гліколіпіди
Алкілацилати	Триацилгліцероли		Фосфогліцериди		Сфінгомієліни Цереброзиди Гангліозиди
			(гліцерофосфоліпіди)
					Галакто-	Глюко-
			Фосфатиди
					цереброзиди	цереброзиди
	Фосфатидилсерини		Фосфатидилетаноламіни		Фосфатидилхоліни
	(серинкефаліни)		(коламінкефаліни)		(лецитини)

	НЕОМИЛЮВАНІ ЛІПІДИ
	Стероїди	Низькомолекулярні		Терпени
1.	Стерини (холестерол, копростанол)	біорегулятори ліпідної		1. Терпенові вуглеводні
2.	Жовчні кислоти	природи (жиророзчинні		та терпеноїди
3. Стероїдні гормони		вітаміни)		2. Каротиноїди
4.	Серцеві глікозиди

Рис. 2.1. Класифікація ліпідів

ряду) виявили у складі ліпідів рослинних і тва-

тами. Усього їх відомо близько 50. До складу

ринних тканин:

ліпідів входять жирні кислоти, які можуть бути

OH

OH

насиченими та ненасиченими. З насичених жир-

них кислот найчастіше в ліпіди входять такі:

H H

H OH

Насичені кислоти — (СnН2n+1СООН):

OH

H H

HO

СН3(СН2)14СООН; С15Н31СООН; (С16:0)

H

OH

Міоінозин (мезоінозит)

Пальмітинова кислота

Фосфоліпіди містять спирт (гліцерин), жирні

СН3(СН2)16СООН; С17Н35ООН; (С18:0)

кислоти, залишок фосфорної кислоти, а також

Стеаринова кислота

амінокислоту серин або аміноспирти коламін

NН2СН2СН2ОН і холін НОСН2СН2N+(СН3)3.

Ненасичені кислоти містять один або кілька

Вищі аміноспирти входять до складу церебро-

подвійних зв’язків, які мають цис-конфігурацію.

зидів, сфінгомієлінів, гангліозидів та ін. Найчас-

Найближчий до карбоксильної групи подвійний

тіше це сфінгозин — двоатомний ненасичений

зв’язок розташований між 9-м і 10-м атомами

аміноспирт транс-конфігурації, а хіральні атоми

Карбону. Якщо подвійних зв’язків кілька, то

С-2 та С-3 — D-конфігурації:

вони відокремлені один від одного метиленовою

*

*

групою.

Цис-конфігурація

CH3

(CH2)12

CH

CH

CH

2

CH 1CH2OH

3

OH NH2

Сфінгозин

H

H H

H

C

C

C

C

Вищі жирні альдегіди є структурними компо-

CH2

Скорочене позначення

нентами плазмалогенів. Їхня частка у складі

природних ліпідів незначна, але вони дуже різ-

Моноєнові кислоти — (СnН2n-1СООН):

номанітні — можуть бути як насиченими, так і

ненасиченими. Кількість атомів Карбону в моле-

СН3(СН2)7СН=СН(СН2)7СООН;

кулах альдегідів — від 6 до 20 (здебільшого аль-

С17Н33СООН; (С18:1)

дегідні компоненти плазмалогенів складаються з

16 і 18 атомів Карбону).

Олеїнова кислота

Карбонові кислоти входять до складу ліпідів

Полієнові кислоти — (СnН2n-3(5,7) СООН):

у вигляді складних ефірів або амідів. Вищі жирні

кислоти, що входять до складу жирів, мають, як

СН3(СН2)4СН=СН–СН2–СН=СН2(СН2)7СООН;

правило, парну кількість атомів Карбону (най-

С17Н31СООН; (С18:2)

частіше С12–С20), нерозгалужений ациклічний

Лінолева кислота

вуглецевий ланцюг, є монокарбоновими кисло-

31

СН3–СН2–СН=СН–СН2–СН=СН–СН2–

кислот (рідкі жири). Ворганізмі людини нейтральні

–СН=СН(СН2)7СООН; С17Н29СООН; (С18:3)

жири є основною складовою частиною адипо-

цитів жирової тканини. Нейтральні жири адипо-

Ліноленова кислота

цитів є змішаними триацилгліцеролами.

С19Н31СООН; (С20:4)

2. Воски

Арахідонова кислота

Ці сполуки утворюють захисні водостійкі по-

криття на поверхні багатьох рослин і на шкірі

Лінолева кислота, біологічна цінність якої для

тварин. Приклади природних восків: спермацет,

організму зумовлена її просторовою будовою —

бджолиний віск.

цис-конфігурацією, може перетворюватися на

Фрагменти пальмітинової кислоти

іншу незамінну кислоту — арахідонову.

Важливу роль для організму мають полінена-

сичені жирні кислоти, зокрема лінолева, ліноле-

O

O

нова та арахідонова. Перші дві не синтезуються

CH3

(CH2)14

C

O(CH2)15CH3

CH3

(CH2)14

C

O(CH2)30CH3

в організмі, а арахідонова синтезується, але в не-

Цетилпальмітат (головний

Мірицилпальмітат

достатній кількості. Тому їх називають незамін-

компонент спермацету)

(головний компонент

ними (або есенціальними) кислотами. Добова

бджолиного воску)

потреба людини в них становить 5–10 г. Багаті

джерела їх — це рослинні масла. Біологічна роль

Спермацет — складний ефір цетилового спир-

цих кислот полягає в тому, що вони входять до

ту та пальмітинової кислоти. Цетиловий спирт

складу ліпідів; сприяють обміну холестерину в

С

Н СООН. Бджолиний віск — складний ефір

організмі, зокрема знижують його рівень у крові,

16

33

миріцилового спирту (С31Н63СООН) і пальміти-

стимулюють його обмін у печінці та виділення з

нової кислоти.

жовчю. З поліненасичених жирних кислот синте-

Складні ліпіди поділяють на фосфоліпіди і

зуються гормони ейкозаноїди, що регулюють

гліколіпіди.

обмін речовин в організмі.

І. Фосфоліпіди, в свою чергу, поділяються на:

Прості та складні ліпіди

— гліцерофосфоліпіди (спиртгліцерол);

— сфінгофосфоліпіди (спиртсфінгозин).

Залежно від здатності до гідролізу ліпіди роз-

Гліцерофосфоліпіди — похідні гліцерол-3-фос-

діляються на дві групи:

фату, головний ліпідний компонент клітинних

а) ліпіди, здатні до омилення (омилювані);

мембран. Гліцерол-3-фосфат містить хіральний

б) ліпіди, не здатні до омилення (неомилю-

атом Карбону й може існувати у вигляді двох сте-

вані).

реоізомерів. Природні гліцерофосфоліпіди є по-

Омилювані ліпіди поділяються на прості та

хідними L-гліцерол-3-фосфату:

складні.

CH2OH

Прості ліпіди — це складні ефіри різних

HO

H O

спиртів і жирних кислот. Залежно від того, який

C

спирт входить до складу простих ліпідів, вони

CH2O

P

OH

діляться на:

OH

— нейтральні жири або триацилгліцероли

L-Гліцерол-3-фосфат

(тригліцериди) — складні ефіри гліцеролу та ви-

щих жирних кислот;

Серед гліцерофосфоліпідів найбільш розпов-

— воски — складні ефіри вищих спиртів

сюджені фосфатиди — складні ефірні похідні

(ациклічні або циклічні), а також складні ефіри,

утворені вітамінами А і D й жирними кислотами.

L-фосфатидної кислоти, етерифікованої аміно-

1. Нейтральні жири триацилгліцероли

спиртами холіном, етаноламіном (коламіном) і

амінокислотою серином.

(тригліцериди)

O

O		O
CH2O C (CH2)14CH3	CH2O C (CH2)14CH3
O		O
HC O C (CH2)14CH3	HC O	C (CH2)16CH3
O		O
CH2O C (CH2)14CH3	CH2O	C (CH2)7CH CH(CH2)7CH3
Трипальмітоїлгліцерол	1-Пальмітоїл-2-стеароїл-
(простий триацил-		3-олеїлгліцерол
гліцерол)	(змішаний триацилгліцерол)

Залежно від фізичного стану при кімнатній температурі триацилгліцероли бувають нейтраль-

ними жирами — триацилгліцеролами насичених жирних кислот (тверді жири) і нейтральними оліями — триацилгліцероли ненасичених жирних

O	CH2O	C	R1
R C	O CH	O
	CH2O	P	OH

OH

Фосфатидна кислота

Прикладами фосфатидів є фосфатидилсерини,

фосфатидилетаноламіни, фосфатидилхоліни:

		O
O	CH2O	C	R1
R2 C	O CH	O
	CH O	P	O CH	CH N+ (CH )		3
	2		2	2	3

OH

Фосфатидилхолін (лецитин)

32

			O
O		CH2O C R1
R2 C	O	CH	O

CH2O P O CH2 CH COOH

OH NH2

Фосфатидилсерин (серинкефалін)

Менш розповсюджені фосфоліпіди з простим ефірним зв’язком, зокрема плазмалогени. Вони містять залишок вінілового спирту, зв’язаного простим ефірним зв’язком із С-1 L-гліцерол-3-фос- фатом:

O

CH2O

CH

CH

(CH2)nCH3

R2

C

O

CH

O

+

CH O

P O

CH

CH NH(СН )

2

2

2

3

3 3

OH

Плазмалоген

найбільшій кількості містяться у мієліновій оболонці нервів, а гангліозиди — у сірій речовині мозку. Цереброзиди мають тільки один вуглеводний залишок, причому тільки глюкозу або галактозу, зв’язані глікозидним зв’язком зі сфінгозином, — так утворилася назва глюкоцереброзиди. Гангліозиди мають розгалужений вуглеводний ланцюг, що складається з кількох (аж до семи) залишків цукру, причому обов’язково міні-

мум один залишок сіалової кислоти.

Залишок галактози Залишок цераміду

            

CH2OH

OH

O O

CH2

CH

CH

CH

CH

(CH2)12

CH3

OH

NH OH

OH

C

O

R

Галактоцереброзид

Плазмалогени становлять до 10 % від загаль-

Найпростішим гангліозидом, який зустрі-

ної кількості ліпідів центральної нервової систе-

чається в тканинах, є Gm3: він містить церамід,

ми.

одну молекулу глюкози, одну молекулу га-

У молекулах гліцеролфосфоліпідів є кислот-

лактози і одну молекулу сіалової кислоти.

ний (фосфорна кислота) й основний (аміногру-

G — означає гангліозид, індекс m — моносіа-

па) центри, що обумовлює їх амфіфільні (ди-

лова кислота, індекс 3 — умовний номер, що

фільні) властивості та здатність до утворення

характеризує місце при хроматографічному

внутрішніх солей. Ця властивість гліцеролфос-

розподілі.

фоліпідів і визначає їх основну роль у будові

Стероїди,

терпени

клітинних мембран.

До неомилюваних ліпідів належать речовини

Сфінгофосфоліпіди –— складні ефіри багато-

двох головних типів: стероїди і терпени. Спіль-

атомного аміноспирту сфінгозину та вищих жир-

них кислот. Сполука сфінгозину з жирною кис-

ним для них є те, що їхні молекули складаються

лотою називається церамідом.

з однакових ізопренових п’ятивуглецевих фраг-

ментів:

CH

(CH )

CH CH

CH

CH CH2OH

12

3

2

CH3

OH

NH

H2C

C CH

CH2

C O

Ізопрен

R

Церамід (N-ацилсфінгозин)

Під назвою терпени об’єднують ряд вугле-

O

воднів і їх кисневмісних похідних (спирти, альде-

гіди, кетони), що мають рослинне походження,

CH (CH2)12

CH CH

CH CH

CH

O P O

CH

2

вуглецевий скелет яких також побудований з

3

2

OH NH

O-

CH

двох, трьох і більше ізопренових структурних

2

C

O

+N(CH )

3

одиниць. Саме вуглеводні називають терпенами

3

R

(С5Н8)n, а їх кисневмісні похідні — терпеноїдами.

Сфінгомієлін

На терпени багаті ефірні олії рослин, смола хвой-

Молекула сфінгомієліну має полярну голівку,

них дерев. До терпенів належать рослинні пігмен-

ти і жиророзчинні вітаміни.

що несе як позитивний (холін), так і негативний

Терпени, які містять дві ізопренові групи, на-

(залишок фосфорної кислоти) заряди, і два непо-

лежать до монотерпенів, три — до сесквітерпенів,

лярних хвости — вуглеводні ланцюги сфінгози-

чотири, шість і вісім — до ди-, трита тетратер-

ну та вищої жирної кислоти. Сфінгомієліни вхо-

пенів відповідно.

дять до складу мембран, особливо багато їх у

Тритерпен сквален С30Н50 — проміжний про-

нервовій тканині.

дукт у біосинтезі холестеролу.

ІІ.

Гліколіпіди

CH3

CH3

CH3

Складаються зі спирту сфінгозину, вищих

CH3

C

CH

CH

CH

C

CH

CH

CH

C

CH

CH

жирних кислот і вуглеводного компонента

2

2

2

2

2

CH3

C

CH

CH2

CH2

C

CH

CH2

CH2

C

CH

CH2

(замість фосфорилхоліну) — галактози (найчас-

CH3

CH3

CH3

тіше), глюкози, глюкозаміну, галактозаміну, ней-

рамінної та сіалової кислот.

Сквален

Фрагмент ізопрену

Найпоширеніші гліколіпіди — це цереброзиди

та гангліозиди. Ці гліколіпіди входять переваж-

Більш поширеними є моно- і біциклічні терпе-

но до складу нервової тканини. Цереброзиди в

ни, ніж ациклічні.

33

			CH3
							CH3
		C		CH2
CH
3
2CH2 C CH CH2		H2C		CH2
		C		CH2		H3C CH2
		H C
	3
Ізопрен						Дипентен

Замісні дипентени — психоактивна основа гашишу (марихуани).

Здебільшого терпени застосовуються в медицині і є вихідними продуктами для синтезу ліків. Так, з лімонену гідратацією в кислому середовищі одержують терпін, яким у вигляді гідрату користуються як відхаркувальним засобом.

	CH3			H C	OH
			3
			2H2O / H+
					OH
CH3 CH2				H3C	CH3

Лімонен Терпен

α -Пінен — біциклічний монотерпен ряду пінану, міститься в лимонній олії, а його лівообертаючий енантіомер — важлива частина скипидару з хвойних дерев.

CH3	CH
	3

CH3

O

CH3 CH3

CH3

α -Пінен Камфора

Камфора — це біциклічний кетон, що застосовується в медицині як стимулятор серцевої діяльності.

Особливу групу терпенів становлять каратиноїди — рослинні пігменти, у молекулах яких міститься багато спряжених подвійних зв’язків (β -каротин).

Стерини

Стерини мають загальну формулу:

CH3 R

CH33

HO

Вони можуть утворювати складні ефіри з жирними кислотами.

Найпоширенішим у природі зі стеринів є холестерин (холестерол):

			CH3		CH3			CH3				CH3
								CH		(CH )		CH
				11 12 13
						17				2	3
					14	16						CH3
	1			9		15
2			10		8
3	4	5		6	7
HO

У крові одна третина холестерину існує у вигляді вільного спирту, а дві третини його етери-

фіковані головним чином ненасиченими жирними кислотами. Крім цього, з холестерину в організмі утворюються деякі біологічно активні речовини: гормони кори надниркових залоз, статеві гормони, жовчні кислоти, вітамін D3 (з 7-де- гідрохолестерину) під впливом ультрафіолетових променів. Холестерин входить до складу клітинних мембран.

Холестерин (холестерол) синтезується в організмі тварин (у печінці) і практично наявний в усіх клітинах і рідинах організму. Особливо багато його в клітинах центральної та периферичної нервової системи, шкірному салі та нирках.

Підвищення рівня холестерину в крові швидко компенсується шляхом зменшення його синтезу в печінці. Інший механізм зниження рівня холестерину — утворення розчинних комплексів холестерину з білками. Стійкість цих комплексів залежить від природи фосфоліпідів. Наявність у крові ненасичених жирних кислот, особливо арахідонової, заважає відкладанню холестерину на стінках кровоносних судин, що затримує розвиток атеросклерозу. За недостатньої кількості холестерину в організмі порушуються передавання нервових імпульсів і гормональна діяльність. Холестерин є попередником у біосинтезі жовчних кислот і стероїдних гормонів.

Жовчні кислоти синтезуються печінкою. Вони відіграють важливу роль у травленні, забезпечують емульгування жирів. Сьогодні доведено, що жовчні кислоти утворюють стійкі сполуки з багатьма природними жирними кислотами. З жовчі людини і тварини виділено різні жовчні кислоти, у тому числі такі:

		CH3	CH3
			CH CH2	CH2
		OH			COOH
	CH3
	СН	3
HO		OH
		Холева кислота
		CH3	CH3
			CH CH2	CH2	COOH
		OH
	CH3

СН3

HO

Дезоксихолева кислота

CH3

CH3 CH CH2 CH2 COOH

CHСН3 3

HO

OH

Хенодезоксихолева кислота

Жовчні кислоти емульгують жири, що надходять із їжею, поліпшують їх засвоєння, а також активують фермент ліпазу, яка каталізує гідроліз жирів.

34

Хімічні властивості жирів

1.Основна частина ліпідів побудована за допомогою неполярних зв’язків. Тому малополярні

вцілому молекули ліпідів гідрофобні. Нерозчинні у воді клітинні оболонки побудовані з ліпідного матеріалу, що забезпечує функціонування водних розчинів усередині клітин.

Неполярна природа ліпідів є причиною їхньої низької електро- і теплопровідності. Тому ліпіди виступають як захисні оболонки багатьох живих організмів від електричних або термічних впливів (як від охолодження, так і від перегрівання), а також і від механічних впливів.

Невисока щільність (0,91–0,97 г/см3) є необхідною для надання багатьом організмам плавучості.

2.Жири розчиняються в ефірі, полігалогенопохідних, бензені, толуені тощо. Жири не розчиняються у воді, але можуть утворювати емульсії, що стабілізуються за наявності поверхнево активних речовин. Природною емульсією жиру, стабілізованою білками, є молоко.

Слід пам’ятати про високу ліпідну розчинність багатьох отруйних речовин, молекули яких побудовані за допомогою ковалентних малополярних зв’язків.

3.Більшість природних жирів (оливкова олія, вершкове масло та інші харчові жири) є змішаними триацилгліцеролами, до складу яких входять жирні кислоти, що розрізняються як довжиною ланцюга, так і ступенем насиченості. Рослинні жири (олії) мають високий вміст ненасиче-

них ацилів.

Існує чітка кореляція між ступенем насиченості та температурою плавлення тригліцеридів.

Високоненасичені рослинні олії мають дуже низьку температуру плавлення, тоді як тваринні жири при звичайній температурі є твердими речовинами. Розроблено промислові методи переробки рослинних жирів у маргарин — продукт, який має фізичні властивості, подібні до властивостей типового тваринного жиру.

Оскільки природні жири є складними сумішами змішаних триацилгліцеролів, вони плавляться не при певній температурі, а в певному температурному інтервалі, причому спочатку вони розм’якшуються. Для характеристики жирів застосовують температуру твердіння, яка не збігається з температурою плавлення.

4. Крім температури плавлення і твердіння для характеристики жирів користуються й іншими величинами: кислотне число, число омилення, йодне число.

Кислотне число — це кількість міліграмів їдкого калі, потрібна для нейтралізації вільних жирних кислот, що містяться в 1 г жиру.

Число омилення дорівнює кількості міліграмів їдкого калі, що витрачається на омилення 1 г жиру під час кип’ятіння останнього з надлишком їдкого калі у спиртовому розчині.

Йодне число визначається кількістю грамів йоду, що може приєднатися за подвійними зв’язками до 100 г жиру.

Гідроліз жирів

Кислотний і лужний гідролізи жирів перебігають поступово, дуже ефективним каталізатором цього процесу є сульфокислоти.

Триацилгліцерол гідролізується при нагріванні в кислому чи лужному середовищі, а в організмі людини — під дією ферменту ліпази, який надходить у тонкий кишечник із підшлункової залози. Гідроліз жирів за наявності КОН або NаОН, який називають омиленням, приводить до утворення суміші калієвих або натрієвих солей і гліцеролу:

O

H2C

O

C

R'

H C

OH

R'

COONa

O

2

OH + R''

HC

O

C

R'' + NaOH

HC

COONa

O

H2C

OH

R'''

COONa

H2C

O

C

R'''

Солі жирних

Триацилгліцерол

Гліцерол

кислот (мила)

Реакції приєднання. Подвійні зв’язки ненасичених кислот, які входять до складу жиру, можуть бути прогідровані каталітично; вони приєднують бром і йод.

Окиснення ліпідів

Характерною хімічною властивістю ліпідів, як і інших органічних речовин, є окиснення. Ця реакція супроводжується виділенням 39 кДж енергії на 1 г жиру, що більш ніж удвічі перевершує тепловий ефект окиснення вуглеводів або білків. Тому жири відіграють роль енергетичних ресурсів, становлячи в нормі 20 % ваги людського організму. Інша важлива особливість окиснення ліпідів полягає в тому, що в результаті його з 1 г жиру утворюється до 1,4 г Н2О. Це істотний внесок у підтримку загального водного балансу організму. Окремі види тварин, що живуть у пустелях, ендогенною водою повністю задовольняють свої потреби у воді.

Біологічне окиснення ліпідів — багатоступінчастий процес, що починається з їхнього гідролізу до жирних кислот і гліцеролу (у випадку жирів) або інших компонентів. Гідроліз жирів відбувається східчасто за схемою:

Триацилгліцерол

Діацилгліцерол

Моноацилгліцерол

Гліцерол

Лише після гідролізу відбувається східчасте окиснення гліцеролу і жирних кислот.

CH2OH

CH2OH

CH2OH

CHOH

CHOH OH

C

O OH

CH2OH

CH O P O

CH O

P

O

2

2

OH

OH

Гліцерол

Гліцерол-

Діоксіацетон-

3-фосфат

фосфат

O

CH2OH

C H

H

H

O

H

CHOH OH

ОНOH

OH

H OH

CH2O

P O

H

OH

OH

Гліцеральдегід3-фосфат

Глюкоза

35

Цей процес є оборотним і лежить в основі багатоступінчастого взаємоперетворення вуглеводів і ліпідів, здійснюваного в організмі.

Ферментативне окиснення жирних кислот є основним джерелом енергії при окисненні ліпідів. Перша стадія процесу, що реалізується за участю коферменту А, складається в α ,β -дегідруван- ня жирної кислоти. Інші етапи представлені в схемі (рис. 2.2):

				O	Жирна кислота
	R CH2		CH2	C
				OH
			+ HSKoA		(кофермент А)
				O	Ацил-КоА
	R CH2		CH2	C
			- 2H	SKoA
				O	Еноїл-КоА
	R CH		CH C
				SKoA
			+ H2O
				O	β -Оксіацил-КоА
	R CH CH2			C
		OH		SKoA
			- 2H
				O	β -Оксоацил-КоА
	R	C	CH2	C
		O		SKoA
			+ HSKoA
	O				O
		+	CH3	C
	R C				SKoA
	SKoA

Ацил-КоА Ацетил-КоА

Рис. 2.2. Окиснення жирних кислот

Реакції перекисного окиснення ліпідів

Для біоорганічної хімії найбільше значення мають вільнорадикальні реакції утворення пероксидів поліненасичених жирних кислот у складі ліпідних молекул, які утворюють біологічні мембрани, ліпопротеїнові міцели плазми крові, нук- лео-протеїноліпідні комплекси ядерного хроматину. Ініціювання процесу відбувається шляхом генерації вільного радикала поліненасиченої жир-

ної кислоти — переважно С18:4, С20:4 або С22:6. Механізми генерації вихідного радикала складні

й різняться в окремих біохімічних системах — процес може бути ініційованим хімічно активними формами кисню (синглетним киснем 1О2, гідроксильним радикалом ОН•).

1. Перекисне окиснення ліпідів починається з відщеплення атома Гідрогену від незаміщеного ланцюга:

RH → R•.

2. Радикал R• реагує з О2 з утворенням пероксидного радикала:

R• + О2 → R–О–О•.

3. Пероксидний радикал забирає Гідроген від іншої молекули жирної кислоти:

R–О–О• + R′Н → R–О–О–Н + R′•.

4. У присутності іонів Fе2+ ініціюється подальше утворення радикала:

R–О–О–Н + Fе2+ → RО• + НО• + Fе3+.

5. Відбувається утворення альдегіду, який включається в подальші радикальні реакції (рис. 2.3).

O

HO

CH2

CH

CH

CH2

CH2

CH3

C

1

OH•

O

H2O

•

HO

C

CH2

CH

CH

CH

CH2

CH3

2

+ O2

O

O O•

HO

CH2

CH CH CH CH2

CH3

C

RH

3

R• + O

2

R

O O•

O

HO

O

OH

CH2

CH

CH

CH3

C

CH

CH2

4

Fe2+

Fe3+

O

O•

+ •OH

HO

C

CH

CH CH CH

CH

CH

2

2

3

5

O

O

•

HO

C

CH2

CH

CH C

H + CH3

CH2

Рис. 2.3. Перекисне окиснення ліпідів

Органічні речовини, що зупиняють реакції ліпопероксидації в біологічних системах шляхом взаємодії з хімічно активними вільними радикалами (виступаючи в ролі гасників, або «пасток» вільних радикалів), називаються антиоксидан-

тами.

Гіркнення. Більшість жирів, які перебувають на повітрі, гіркнуть — набувають неприємного смаку та запаху. Гіркнення відбувається внаслідок окиснення ненасичених вищих кислот або гідролізу. Розрізняють два типи гіркнення — гідролітичне й окиснювальне. При цьому можуть утворюватися вільні жирні кислоти (наприклад масляна), альдегіди і кетони з коротким ланцюгом, які також мають неприємні запах і смак. Процес гіркнення прискорюється за наявності вологи, при підвищенні температури, на світлі.

У клітинах за звичайних умов самоокиснення ненасичених жирів повністю загальмоване завдяки наявності вітаміну Е, різних ферментів, а також аскорбінової кислоти.

2.2. АМІНОКИСЛОТНИЙ СКЛАД БІЛКІВ І ПЕПТИДІВ

Білки — це високомолекулярні азотовмісні органічні сполуки, молекули яких побудовані із залишків амінокислот.

36

Друга назва цієї групи сполук — «протеїни» на з тим, що організм тварин не здатний синте-

(від грецьк. protos — перший, важливий, вкрай

зувати їх з інших речовин. Основним джерелом

необхідний). Цей термін найточніше відображає

α -амінокислот для живого організму є харчові

першочергове біохімічне значення цього класу

білки.

речовин.

Замінні амінокислоти можуть синтезуватися в

Амінокислоти — це похідні карбонових кис-

організмі з інших сполук.

лот, в яких один або кілька атомів Гідрогену у

За хімічною природою продуктів, які утворю-

вуглеводному радикалі замінені на аміногрупу

ються з амінокислот в процесі їх обміну, аміно-

(NН2).

кислоти діляться на глікогенні, кетогенні та

Загальна формула амінокислот:

змішані. Глікогенні амінокислоти, вуглецевий

α -Вуглецевий атом

скелет яких при розщепленні перетворюється на

піруват, α -кетоглутарат, сукциніл-КоА, фума-

R

CH

COOH

рат або оксалоацетат, — попередники глюкози.

NH2

Кетогенні амінокислоти, вуглецевий скелет яких

Амінокислоти, що входять до складу білків,

при розщепленні перетворюється на ацетил-КоА

мають аміногрупу, розміщену в α -положенні

та ацетоацетат, потім перетворюються на жирні

вуглецевого ланцюга. У тканинах людини і тва-

кислоти й кетонові тіла (табл. 2.1).

рин є амінокислоти, у яких аміногрупа не в α -,

Таблиця 2.1

а в β -положенні. Ці амінокислоти не входять до

Класифікація амінокислот

структури білка, а знаходяться у вільному стані

Глікогенні

Глікогенні

Кетогенні

або входять до складу інших сполук.

та кетогенні

Класифікація, номенклатура

Замінні

Аланін

Тирозин

Аспартат

та ізомерія амінокислот

Цистеїн

Сьогодні існує кілька класифікацій амінокис-

Аспарагін

Глутамат

лот:

Гліцин

1. За будовою вуглецевого ланцюга.

Пролін

2. За біохімічною роллю (здатність до синтезу

Глутамін

в організмі).

Серин

3. За хімічною природою продуктів, які утво-

НезамінАргінін

Ізолейцин

Лізин

рюються з амінокислот.

ні

Гістидин

Фенілаланін

Лейцин

4. За полярністю радикалів.

Метіонін

Триптофан

За будовою вуглецевого ланцюга амінокислоти

Треонін

діляться на дві групи:

Валін

1. Ациклічні, аліфатичні (або амінокислоти

жирного ряду).

За полярністю радикалів амінокислоти поділя-

2. Циклічні амінокислоти.

Кожна з цих груп амінокислот ділиться на

ють таким чином:

підгрупи. Ациклічні амінокислоти залежно від

кількості карбоксильних та аміногруп у їх моле-

Позитивно заряджені R-групи

кулах діляться на чотири підгрупи:

1. Моноамінокарбонові: С2 — гліцин; С3 —

NH2

аланін, серин, цистеїн; С4 — треонін; С5 — валін,

NH

2

HN

C

метіонін; С6 — лейцин, ізолейцин.

CH

2

2. Моноамінодикарбонові: С4 — аспарагінова

O

NH

CH

2

кислота; С5 — глутамінова кислота.

CH2

CH

H2N

CH C

OH

3. Діаміномонокарбонові: С5 — аргінін; С6 —

2

CH2

CH2

CH

2

N

лізин.

CH2

HO

C

CH

NH2

NH

4. Діамінодикарбонові: цистин.

HO C

CH NH2

O

Група циклічних амінокислот ділиться на дві

O

L-Лізин

L-Гістидин

L-Аргінін

підгрупи:

— карбоциклічні (ароматичні) амінокислоти

— їхній цикл складається з атомів Карбону: фе-

нілаланін, тирозин;

Ароматичні R-групи

— гетероциклічні амінокислоти: триптофан,

гістидин, пролін, оксипролін. До складу їхніх

O

O

циклів, окрім атомів Карбону, входять інші ато-

O

H2N

CH C

OH

H2N

CH

OH

ми (гетероатоми), найчастіше Нітрогену.

H N

CH

C

OH

C

CH2

2

За біохімічною роллю амінокислоти поділяють

CH2

CH2

на замінні та незамінні.

Незамінні амінокислоти життєво необхідні для

HN

OH

нормального росту, розвитку та функціонуван-

ня організму. Незамінність їх для росту пов’яза-

L-Фенілаланін

L-Тирозин

L-Триптофан

37

Полярні незаряджені R-групи

O

H2N

CH

O

O

C

OH

CH2

H2N

CH

C

OH

H2N

CH

C

OH

CH2

CH2

CH2

C

O

OH

SH

NH2

L-Серин

L-Цистеїн

L-Глутамін

O

O

O

H2N

CH

C

OH

H2N

CH

C

OH

CH2

H2N

CH C OH

CH2

CH2

CH

OH

C

O

S

CH3

NH2

CH3

L-Треонін

L-Метіонін

L-Аспарагін

Негативно заряджені R-групи

O

O

H2N

CH

C

OH

H2N

CH

C

OH

CH2

CH2

CH2

C

O

C

O

NH2

OH

L-Аспарагінова кислота

L-Глутамінова кислота

Неполярні R-групи

O

O

O

H2N

CH

C

OH

H2N

CH

C

OH

CH2

H2N

CH C OH

HC

CH3

HC

CH3

CH3

CH3

CH3

L-α -Аланін

L-Валін

L-Лейцин

O

O

O

H2N

CH

C

OH

C

OH

HC

CH3

H2N

CH

C

OH

HN

CH2

H

CH3

L-Гліцин

L-Пролін

L-Ізолейцин

Амінокислоти, в яких кількість аміногруп більша за кількість карбоксильних, називають основними (наприклад лізин), а при надлишку карбоксильних груп — кислими (наприклад глутамінова кислота).

Назва амінокислоти за номенклатурою IUPAC складається з назви відповідної кислоти і префікса «аміно-» з означенням положення групи NН2 в радикалі.

Наприклад,

O H2N CH2 C OH

Гліцин, глікокол, або амінооцтова (2-аміноетанова) кислота

O H2N CH C OH

CH3

α -Аланін, або α -амінопропіонова (2-амінопропанова) кислота

Однак для амінокислот, які беруть участь у побудові білків, застосовують переважно тривіальні назви.

У назві ароматичних амінокислот як основоположник структури використовується бензенова кислота. Ароматичні амінокислоти існують у вигляді орто-, мета- і параізомерів:

COOH	H2N	COOH	COOH
NH2			H2N
орто-		мета-	пара-
амінобензенова	амінобензенова		амінобензенова
кислота		кислота	кислота

Ізомерія амінокислот

Для амінокислот характерні структурна і просторова ізомерія. Структурна ізомерія зумовлена будовою вуглецевого ланцюга і положенням аміногрупи в радикалі. Оптична ізомерія пов’язана з тим, що в усіх амінокислотах є хіральний атом Карбону, зв’язаний з чотирма різними замісниками (рис. 2.4).

ІЗОМЕРІЯ АМІНОКИСЛОТ

Структурна ізомерія

Ізомерія вугле-

Ізомерія положення

цевого ланцюга

функціональної групи

O

α

O

H2N

CH

OH

C

H2N

CH

C

OH

CH2

CH3

CH

CH3

α -Аланін

CH3

Лейцин

O

O

H2N

CH

OH

CH2

C

β

C

OH

CH2

CH

CH3

CH2

NH2

CH3

β -Аланін

Ізолейцин

Оптична ізомерія

		COOH						COOH
H2N		C*			H	H		C*			NH2
		CH3						CH3
L-Аланін						Дзеркало D-Аланін

Рис. 2.4. Ізомерія амінокислот

Відносна конфігурація D- і L-амінокислот визначається, як і в гідроксикислот, за конфігураційним еталоном — гліцериновим альдегідом.

Майже всі природні α -амінокислоти, на відміну від вуглеводів, належать до L-ряду. α -Амінокислоти D-ряду іноді називають «неприродними», тому що вони не беруть участь у біосинтезі білків у організмі людини і тварин.

Амінокислоти, що належать до різних стереохімічних рядів, різняться за смаком. Амінокислоти D-ряду — гіркі або не мають смаку.

38