5.9. Oксокарбоновые кислоты( альдегидо -, кетокарбоновые кислоты)

Содержат функциональную карбонильную группу >С=О.

Гомологический ряд начинается с оксоэтановой кислоты С₂ Н ₂О ₃ ( оксоуксусной, глиоксалевой)

НООС –СНО

.

Содержит две функциональные группы – альдегидную и карбоксильную, обе группы обладают всеми типичными химическими свойствами усиливая реакционную способность друг друга( т.к. обе группы обладают акцепторными свойствами).

Известна только в виде гидрата вследствие высокой активности карбонильной группы в реакции нуклеофильного присоединения А _Nu ( вспомните образование хлоральгидрата).

НООС –СНО + Н₂ О ———> НООС - СН – ОН

|

ОН

Обнаружена в клетках некоторых бактерий, грибов, растений, ее много в незрелых фруктах, по мере созревания ее содержание снижается. Находится в особых внутриклеточных образованиях глиоксисомах , где протекают реакции, приводящие к включению глиоксалевой кислоты в цикл Кребса. В организме животных и человека ее роль в обмене веществ не доказана, хотя в последнее время обнаружены некоторые процессы с ее участием

Пировиноградная кислота( 2-оксопропановая ). Свое название получила от винной и виноградной кислот, из которых образуется при их разложении( перегонке).

Пировиноградная кислоты( в биохимии принято сокращение ПВК) – жидкость, обладает резким запахом , смешивается с водой.

Проявляет свойства карбоновой кислоты и оксосоединения, склонна к кето-енольной таутомерии, т.к. метильная группа представляет собой α – СН- кислотный центр, в котором находятся подвижные атомы водорода.

СН₃ –С –СООН

/ | | \

СН-кислотный О реакции карбоксильной группы

центр ↓ -сложные эфиры

свойства

карбонильной

группы

- восстановление

- реакции A_Nu

Взаимное влияние двух акцепторных группировок : карбонильной и карбоксильной проявляется в реакции декарбоксилирования.

Восстановление( гидрирование ) пировиноградной кислоты приводит к образованию молочной кислоты, реакция обратима. В условиях in vitro образуется рацемическая смесь двух стереоизомеров, а в условиях in vivo c участием фермента только один

L( + )стереоизомер.

фермент

СН₃ - С(О) –СООН + НАДН + Н ⁺ <————> СН –СН ( ОН ) – СООН + НАД⁺

пировиноградная кислота молочная кислота

Реакция декарбоксилирования возможна in vitro и in vivo.

СН₃ - С(О) –СООН ————> СН₃ – С НО + СО ₂

уксусный альдегид

Кето-енольная таутомерия пировиноградной кислоты изучена в теме «Изомерия». Напомним биологическую роль фосфоенолпирувата- макроэргической соединения, который образуется в процессе гликолиза.

СН ₂= С - СООН

| ←макроэргическая связь

ОРО₃ Н₂

Реакция карбоксилирования in vivo с участием СН- кислотного центра( аналогична реакции карбоксилирования уксусной кислоты)

фермент

СО ₂ + СН₃ - С(О) –СООН ————> НООС – СН₂ –С (О ) -СООН

щавелевоуксусная кислота

Пировиноградная кислота образуется в клетках растений , животных и человека при обмене глюкозы в процессе гликолиза и из аминокислоты аланина и является одним из важнейших метаболитов, участвующих в обмене веществ.

Из пировиноградной кислоты in vivo вновь могут образоваться глюкоза и аминокислота аланин

Ацетоуксусная кислота ( 3-оксобутановая, ß – кетомасляная ), сироп, смешивается с водой в любых отношениях.. Все ß – кетокислоты чрезвычайно неустойчивы и легко декарбоксилируются при малейшем нагревании, а in vivo - при снижении рН крови( повышении кислотности среды). При этом образуется нейротоксичное соединение- ацетон. Ацетоуксусную кислоту в биохимии относят к « кетоновым телам», которые образуются при нарушении обмена глюкозы( инсулинзависимом сахарном диабете, голодании).

СН₃ – С – СН ₂ – СООН СН₃ – С – СН ₃ + СО ₂

| | ———> | |

О О

NB! Два биоактивных соединения в норме образуют кетоновые тела : 3-гидроксибутановая кислота( ß -гидроксимасляная), 3- оксобутановая( ацетоуксусная). Третье кетоновое тело ацетон свидетельствует о развитии патологических процессов.

Щавелевоуксусная кислота ( оксобутандиовая, оксоянтарная, ЩУК) Получила свое название в связи с тем, что ее скелет можно условно разделить на две части ( фрагменты щавелевой и уксусной кислот)

СН- кислотный центр

НООС – С - СН₂ -СООН

фрагмент щавелевой | | фрагмент уксусной

кислоты О кислоты

Существует в кетоновой и енольной формах. Енольные формы - кристаллические вещества, более устойчивы, существуют в виде двух изомеров : цис- и транс.

В растворе в интервале значений рН 6-10 образуется дианион( диссоциация по обеим группам), который на 82-88% находится в оксо-форме, на 7-10% в енольной форме

Строение енольной формы Пространственные изомеры енольной формы

НООС – С = СН—СООН

| НО- С - СООН НО - С - СООН

ОН | | | |

НООС — С -Н Н- С – СООН

(1) (2)

транс-гидроксифумаровая цис-гидроксималеиновая

кислота кислота

Восстановление ЩУК приводит к образованию яблочной( 2-гидроксибутандиовой , гидроксиянтарной кислоты.).

При декарбоксилировании ЩУК образуется пировиноградная кислота. Максимальная скорость реакции при рН=5,0 - 6,5.

α–Кетоглутаровая( 2-оксопентандиовая) –природное кристаллическое вещество, растворимое в воде образуется в цикле Кребса и из глутаминовой аминокислоты. Возможна кето - енольная таутомерия .

НООС- СН₂-СН₂-С –СООН <———> НООС- СН₂- СН=С-СООН

| | |

О ОН

Характерная реакция декарбоксилирования in vivo и in vitro, образуется полуянтарный альдегид, который в цикле Кребса сразу ферментативно окисляется в янтарную кислоту. Напоминаем, что реакция декарбоксилирования in vitro возможна только для α- и ß- кетокислот ( но не гидроксикислот или енольной формы).

декарбоксилирование и окисление

НООС- СН₂- СН₂ -С( О)-СООН ———>НООС –СН₂ –СН₂-СООН + СО₂

янтарная кислота

Значение величин рК_а биологически активных кислот цикла Кребса,

гликолиза ( для многокарбоновых кислот указано значение для ионизации

первой карбоксильной группы)

Таблица 2.

Кислота	Значение рК а	Кислота	Значение рК а
изолимонная	3,29	фумаровая	3,02
лимонная	3,13	щавелевоуксусная	2.22
молочная	3,73	яблочная	3,46
пировиноградная	2,39	янтарная	4,21