Органическая химия / 4. НУКЛЕИНОВЫЕ_КИСЛОТЫ_И_АЛКАЛОИДЫ

Государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Пятигорская государственная фармацевтическая академия»

Министерства здравоохранения и социального развития Российской Федерации

НУКЛЕИНОВЫЕ КИСЛОТЫ

АЛКАЛОИДЫ

Методические указания

для студентов 2 курса (4 семестр) (очной формы обучения)

для студентов 3 курса (заочной формы обучения)

по дисциплине С2.Б.7 – «Органическая химия»

ПЯТИГОРСК 2011

1

УДК 547.94+547.963.32(076.5)

Методические указания разработаны кандидатом хим. наук Андреевой О.А.,

кандидатом фарм. наук Ивченко А.В. и кандидатом фарм. наук Кодониди И.П.

Методические указания представляют собой руководство к занятию

« Нуклеиновые кислоты. Алкалоиды ». В них вошли разделы, посвящѐнные строению, методам очистки и идентификации нуклеиновых кислот и алкалоидов,

а так же основным фармакологическим свойствам.

Материал методических указаний согласован с программами кафедр фармацевтической химии и фармакогнозии.

Общая редакция профессора Э.Т. Оганесяна

Рецензент: доц. Л.П. Смирнова

Утверждено на заседании ЦМС ПятГФА ………………..

Председатель ЦМС ПятГФА профессор В.И. Погорелов

Редакц. – изд. совет: проф. Вергейчик В.Н., докт. фарм. наук;

проф. Беликов В.Г., докт. фарм. наук;

проф. Галкин М.А., докт. биол. наук;

проф. Челомбитько В.А., докт. фарм. наук;

проф. Оганесян Э.Т., докт. фарм. наук;

проф. Ивашев М.Н., докт. мед. наук;

проф. Гацан В.В., докт. фарм. наук;

проф. Шульженко В.И., докт. филол. наук.

© Издательство Пятигорской государственной фармацевтической академии Перепечатка полностью или по частям без согласия авторов воспрещается

2

Содержание

I.Нуклеиновые кислоты…………………………………………..4

II.Алкалоиды. Классификация, методы выделения и очистки…9

1.Алкалоиды группы пиридина и пиперидина……………14

2.Алкалоиды группы хинолина………………………….....15

3.Алкалоиды группы изохинолина,

изохинолинфенантрена………………………………..….17

4.Алкалоиды группы пурина…………………………...…..20

5.Алкалоиды группы тропана………………………………22

3

Нуклеиновые кислоты

В 1869г. Мишером из ядер клеток было выделено вещество, связанное с белком и обладающее кислотными свойствами. Это вещество назвали нуклеиновой кислотой (Nucleus – ядро). Позже аналогичное соединение было выделено и из протоплазмы, но первоначальное название – нуклеиновая кислота сохранилось.

Гидролиз выделенных веществ показал, что в их состав входят пиримидиновые и пуриновые основания, фосфорная кислота и два типа моносахарида: рибоза и дезоксирибоза. По природе углеводного фрагмента они получили название рибонуклеиновая кислота и дезоксирибонуклеиновая кислота.

Гидролиз нуклеопротеинов

Нуклеопротеины Нуклеиновая кислота и белок Нуклеотиды

Нуклеозиды и фосфорная кислота

Пентоза и гетероциклические азотистые основания

Вещества, входящие в состав нуклеиновых кислот, имеют следующее

строение:

Азотистые основания

		OH	Урацил	O
	N			HN
HO		N		O N
				H

2,4-дигидроксипиримидин

4

Тимин

OH	O
CH3	CH3
N	HN
HO N	O N
	H

5-метил-2,4-дигидроксипиримидин

					Цитозин
			NH2			NH	2
			N			N
			HO N			O N
						H
			4-амино-2-гидроксипиримин
			Пуриновые
	Аденин			OH		Гуанин
								O
	NH2		N		N				N
							HN
		N
N
					N
			H2N	N		H N		N	N
					H
	N	N				2			H
		H

6-аминопурин	2-амино-6-гидроксипурин

Углеводы

СН2ОН

OН

СН ОН

OН

O

2

O

H

H

Н

H

H

Н

Н

H

ОН

ОН

OН

H

-D-рибоза

-D-2-дезоксирибоза

Углеводный компонент соединяется с гетероциклическим соединением,

образуя нуклеозиды.

5

СТРОЕНИЕ МОНОНУКЛЕОЗИДА

							N	NH2
HO			CH2		O					N } агликон
							N N
			H			H			N-гликозидная
		H					Н
									связь
			ОН			ОН

нуклеозид

Нуклеозиды – это N – гликозиды, образованные азотистым основанием

(урацил, тимин, цитозин, аденин и гуанин) и рибозой или дезоксирибозой.

Нуклеозиды, имея свободные гидроксигруппы, могут этерифицироваться фосфорной кислотой с образованием нуклеотидов. Кроме азотистого основания в состав нуклеотида входит углевод (рибоза – в РНК, дезоксирибоза – в ДНК) и

остаток фосфорной кислоты.

СТРОЕНИЕ МОНОНУКЛЕОТИДА

O

N

NH2

N } агликон

HO

P

O

CH

N

2

O

N

H

H

OH

N-гликозидная

H

Н

связь

ОН

ОН

фосфат

нуклеозид

└──────┘

└─────────┘

нуклеотид

└──────────────────────┘

АМФ

6

Нуклеотиды – это фосфорные эфиры нуклеозидов; остатки фосфорной кислоты связаны с рибозным (или дезоксирибозным) сахарным фрагментом по положениям С3 и С5 .

Состав нуклеиновых кислот

	Химическое соединение	Тип нуклеиновой кислоты
		ДНК	РНК
	Пуриновые основания	Аденин	Аденин
		Гуанин	Гуанин
	Пиримидиновые основания	Цитозин	Цитозин
		Тимин	Урацил
	Углеводы	Дезоксирибоза	Рибоза
	Неорганическое вещество	Фосфорная	Фосфорная
		кислота	кислота

Нуклеиновые кислоты – это высокомолекулярные природные соединения,

состоящие из большого количества мононуклеотидов, связанных между собой остатками фосфорной кислоты. В организме они участвуют в молекулярных механизмах хранения и передачи генной информации. Мононуклеотиды выполняют важную роль в биохимических процессах обмена веществ и энергии.

Полинуклеотиды подразделяются на дезоксирибонуклеиновые кислоты

(ДНК) и рибонуклеиновые кислоты (РНК). Мононуклеотиды состоят из азотистых оснований, связанных с углеводной частью молекулы N-гликозидной связью,

которая в свою очередь через остатки фосфорной кислоты объединяется в полинуклеотидную цепь.

ДНК присутствует во всех живых клетках и отвечает за хранение наследственной информации, следовательно, устойчивость ее молекулы должна быть крайне высокой. ДНК представляет собой двойную спираль, состоящую из двух цепей, закрученных вокруг общей оси. Стабилизация пространственной структуры ДНК осуществляется двумя механизмами:

7

1.Образование межмолекулярных водородных связей между комплиментарными основаниями различных цепей молекулы ДНК: аденин-

тимин (А-Т) и гуанин-цитозин (Г-Ц).

2.Формирование межмолекулярных водородных связей между плоскостями азотистых оснований (гидрофобные взаимодействия), способных образовывать своеобразную «стопчатую структуру» вдоль двойной спирали ДНК.

Передача генной информации происходит путем образования водородных

связей между комплиментарными основаниями ДНК и РНК, что приводит к возможности синтеза специфических белков.

Строение ДНК

а) расположение двойной спирали в пространстве,

8

O

H

OH

H

H

H

H дезоксирибоза

N

H N

H

H

N

OH

N

тимин

O

CH2

O

N

O

O P O

H

O P O

N

N

O

H N

H

O

CH2

O

аденин

H

O

H

H

H

N

H

H

N

H

H

N

H

O

цитозин

CH2

O

N

O

O

H

O P O

N H

N

O P O

N

O

H

O

O CH2 O

H

H N

H

H

H

H

H

гуанин

H N

N

H

H

H

H

N

N

тимин

O

CH2

O

O

O

H

H

O P O

O P O

N

N

H N

H

O

O

CH2 O

аденин

H

H

O

H

H

N

H

H

N

H

H

N

H

O H C O

N

цитозин

O

H

O

2

N N H

O P O

N

O

CH2 O

H

H H гуанин

H H

O H

O P O

O

б) образование межмолекулярных водородных связей между комплиментарными азотистыми основаниями

Важнейшее значение в протекании энергетических процессов в клетке принадлежит аденозинтрифосфатной кислоте (АТФ). Отщепление от ее молекулы остатков фосфорной кислоты (расщепление макроэргической связи) и перенос фосфатной группы на субстрат высвобождает энергию, которая используется для нужд клетки.

Алкалоиды

Алкалоиды – азотосодержащие органические соединения природного происхождения, обладающие высокой физиологической активностью. В переводе с арабского „алкалоид― означает щѐлочноподобный.

Они являются специфическими продуктами обмена, свойственными, главным образом, растительной клетке, хотя некоторые алкалоиды выделены из микроорганизмов, насекомых и животных.

В растениях алкалоиды находятся в виде солей органических и неорганических кислот. Они растворены в клеточном соке, накапливаются в листьях, плодах, семенах, коре, подземных органах. Обычно концентрация

9

алкалоидов в растении невелика и составляет сотые и десятые доли процента. У

некоторых растений алкалоиды содержатся в значительном количестве во всех его частях, но у большинства растений преобладают в каком-либо одном органе или части растения.

В основе подавляющего количества алкалоидов лежат азотосодержащие гетероциклические системы. Наличие атомов азота, содержащих свободную пару электронов, обусловливает основные свойства алкалоидов, поэтому они легко реагирует с кислотами и образуют соли. В виде оснований алкалоиды легко растворяются в органических растворителях, а их соли нерастворимы в органических растворителях, но растворяются в воде. Перевод из оснований в соли и наоборот используют для выделения и очистки алкалоидов.

Элементный состав алкалоидов представлен углеродом, водородом, азотом и кислородом. Кислородосодержащие алкалоиды – обычно кристаллические вещества, а безкислородные – представляют собой чаще летучие маслянистые жидкости. Большинство алкалоидов характеризуются чѐткими температурами плавления, кипения, оптически активны. Они, как правило, бесцветны, без запаха,

имеют горький вкус.

В настоящее время используется химическая классификация алкалоидов. В

основе классификации алкалоидов лежит природа гетероциклического ядра,

входящего в молекулу. Наиболее важными гетероциклическими системами,

лежащими в основе алкалоидов, являются:

1.Группа пиридиновых и пиперидиновых алкалоидов (никотин,

анабазин)

Воснове этой группы алкалоидов лежат гетероциклические системы пиридин

ипиперидин;

	4
5	3

	N
			6	2
				N
	H
				1
	пиперидин			пиридин

10