ДЗ Химия / Занятие 6

ЗАНЯТИЕ №6

Методические указания для студентов

по теме «Окисление и восстановление биоорганических соединений»

Цель занятия: Изучить способы и механизмы осуществления окислительно-восстановительных реакций органических веществ в организме человека.

Значение изучения темы: Реакции окисления и восстановления имеют большое значение в качестве ключевых процессов, определяющих метаболизм (катаболизм) пищевых веществ в организме человека. Реакции окислительного гидроксилирования лежат в основе детоксикации ксенобиотиков, в том числе лекарственных веществ.

I. Теоретические вопросы

1. Определение реакций окисления и восстановления. Какие соединения являются окислителем, восстановителем. Окислительно-восстановительные пары.

Конкретные способы передачи электронов в реакциях окисления-восстановления.

1. Одноэлектронный перенос в окислительно-восстановительной паре металлов переменной валентности (Fe²⁺ - Fe³⁺, Fe³⁺ - Fe²⁺, Cu²⁺ - Cu⁺, Mn³⁺ - Mn²⁺).

2. Перенос атома водорода (свободнорадикальные реакции окисления, сопровождающиеся гомолитическим разрывом связей)

3. Перенос электронов от донора к акцептору в виде гидридиона Н^-.

1. Прямое взаимодействие с кислородом с образованием ковалентных связей с атомом кислорода - на примере реакций эпоксидирования, гидроксилирования (Окисление непредельных соединений).

2. Реакции окисления-восстановления, обратимо протекающие в парах органических кислот (чаще их ионов): сукцинат (янтарная кислота) - фумарат (фумаровая к-та); малат (соль яблочной кислоты) - оксалоацетат (щавелевоуксусная кислота); лактат (молочная) - пируват (пировиноградная), изоцитрат (изолимонная)- оксалосукцинат (2-оксо-3-карбксиглутаровая кислота). Реакции имеют место в цикле Кребса (сопряжены с синтезом АТФ).

3. Реакции обратимого окисления – восстановления тиолов, образование дисульфидов (на примере окисления цистеина в цистин, дигидролипоевой кислоты в липоевую).

4. Окисление аминов. Окислительное дезаминирование, реакции восстановления нитросоединений до аминов.

II. Обучающие упражнения

Задание 1. Способы переноса электронов в окислительно-восстановительных реакциях в биоорганической химии.

Вариант ответа: а) В организме человека одноэлектронный перенос осуществляется в активном центре ферментов (каталазы, гемоглобина, цитохромов, супероксиддисмутаз) в окислительно-восстановительных парах:

При этом восстановитель отдает электроны, окислитель - принимает их.

б) Перенос атома водорода (свободно - радикальные реакции окисления).

Свободно-радикальные процессы окисления, сопровождающиеся переносом водорода, имеют важное значение как реакции неферментативного окисления липидов. Неконтролируемый процесс свободно-радикального окисления липидов ведет к возникновению ряда патологических заболеваний.

в) Перенос электронов от донора к акцептору в виде гидрид-иона Н^-.

В результате реакции окисления происходит перенос гидрид-иона от субстрата

согласно схеме:

г) Прямое взаимодействие с кислородом с образованием ковалентных связей с атомом кислорода - на примере реакций эпоксидирования, гидроксилирования

эпоксид гликоль

Задание 2. Показать реакции окислительного дезаминирования аминокислот в общем виде.

Вариант ответа:

аминокислота

имин

кетокислота

III. Задания для самостоятельной работы

Задание 1. Напишите продукты и механизм гидроксилирования фенилаланина. Какое значение имеют реакции гидроксилирования в организме человека?

Задание 2. Написать продукты в следующей цепочке превращений, назвать их.

(щавелевоуксусная кислота)

Задание 3. Привести реакции окисления - восстановления в системе органических кислот: фумаровая-янтарная; ацетоуксусная – яблочная; пировиноградная - молочная.

Задание 4. Напишите формулу 2-оксобутандиовой (щавелевоуксусной) кислоты, которая является одним из продуктов углеводного обмена. Напишите схему реакции восстановления кислоты и назовите продукт восстановления.

IV. Выполнение самостоятельной аудиторной работы «Окисление и восстановление биоорганических соединений»

V. Подведение итогов занятия

VI. Домашнее задание: «Важнейшие редокс-системы организма»

СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

Основная литература

1. Тюкавкина Н.А., Бауков Ю.И. , Зурабян С.Э. .Биоорганическая химия. Учебник. ГЭОТАР-Медиа. 2010 – 416 с.

2. Тюкавкина Н.А., Бауков Ю.И., Зурабян С.Э. .Биоорганическая химия. Учебник. М., ГЭОТАР-Медиа.- 2009 – 416 с.

Дополнительная литература

1. Попков В.А., Пузаков С.А. Общая химия. Учебник для вузов, - М., ГЭОТАР - Медиа, 2007 - 976 с.

2. Биоорганическая химия: руководство к практическим занятиям: учебное пособие / ред. Н.А. Тюкавкина, Бауков Ю.И., Зурабян С.Э. - М., ГЭОТАР - Медиа, 2010 г. – 168 с.

Методическая рекомендация переработана15 января 2012г.

Зав. кафедрой общей Сторожок Н.М.

и биоорганической химии, д.х.н., профессор