2.2. 5 Строение коферментов оксидоредуктаз

Никотинамиддинуклеотид ( НАД ⁺), никотинамидинуклеотидфосфат ( НАДФ ⁺)

Динуклеотиды НАД ⁺, НАДФ ⁺ были открыты в исследованиях всемирно известных биохимиков О.Г. Варбурга, Г. фон Эйлера, Ф. Шленка в 1935-1936 гг. Коферменты НАД ⁺, НАДФ ⁺ состоят из двух нуклеотидов, образованных никотинамидом и аденином , связанных с рибофуранозой N-β-гликозидной связью

Оба нуклеотида связаны посредством ангидридной связи между двумя фосфатами – эта связь имеет характер макроэргической.

В организме человека известно более 150 ферментов оксидоредуктаз (дегидрогеназ )в составе которых находятся НАД ⁺, НАДФ ⁺ . Биологические функции НАД ⁺ и НАДФ ⁺ имеют отличия: роль НАД ⁺ связана в большей степени с энергетическими процессами в клетке, а НАДФ ⁺ - с реакциями пластического обмена.

На рисунках представлены : окисленная форма кофермента НАД⁺ и восстановленная форма кофермента НАДФН.

Сравните отличия в химическом строении пиридинового цикла окисленной и восстановленных форм, отметьте положение остатка фосфорной кислоты в НАДФН ( НАДФ ⁺)

кофермент НАД⁺ - окисленная форма

кофермент НАДФН ^- восстановленная форма

Липоевая кислота

Липоевая кислота , содержащая две тиольные группы, необходима для нормального прохождения реакций цикла Кребса во всех аэробных тканях организма, высокое соднржание отмечено в печени, миокарде, почках. Используют как лекарственный препарат в профилактических целях и при заболеваниях: атеросклерозе, гепатитах, диабете, ожирении.

8 7 6 1

СН₂ – СН₂ –СН – (СН₂ )₄– СООН 8 7 6 1

| | + ФАД <————> СН₂ – СН₂ –СН – (СН₂ )₄– СООН

SH SH | |

S ——— S + ФАДН₂

Дигидролипоевая кислота Дегидролипоевая кислота

восстановленная форма - окисленная форма -

6,8- димеркаптооктановая кислота циклический

Аскорбиновая кислота (витамин С)

Аскорбиновая кислота — лактон L- гулоновой кислоты, синтезируется in vivo из глюкозы в клетках животных и растений.(Лактон- это циклический сложный эфир). Человек, некоторые приматы и морские свинки потеряли способность синтезировать аскорбиновую кислоту. Бесцветные кристаллы, растворимые в воде, имеет резкий кислый вкус. Водный раствор имеет кислую среду, с величиной рН около 3. В восстановленной форме содержит две енольные гидроксигруппы, обладающие кислотными свойствами, но действует как одноосновная кислота. Значения рКа 4.04 и 11.1( одна группа- сильная кислота, сильнее уксусной, а другая очень слабая).

Существует в двух формах: восстановленной (АК) и окислен­ной (дегидроаскорбиновой кислотой, ДАК), которые обратимо переходят друг в друга в окислительно-восстановительных реакциях.

- 2Н

Дигидроаскорбиновая кислота < ———> Дегидроаскорбиновая кислота

( АК ) + 2Н ( ДАК )

сильная слабая

кислотные группы

АК вместе с ДАК образует окислительно-восстановительную пару с редокс-потенциалом +0,139

В растворе аскорбиновая кислота может окисляться кислородом воздуха, пероксидом водорода, перманганатом калия, железом(+3) и другими окислителями.

АК + Н2О2 ———> ДАК + 2 Н2О

ДАК лег­ко восстанавливается цистеином, глутатионом, сероводородом (реакции обратимы )

ДАК + 2 R-SН ———> АК + R-S –S –R

Аскорбиновая кислота является при­родным антиоксидантом, она подавляет реакции свободно-радикального окисления. : инактивирует активные формы кислорода О₂^• , Н₂О₂, НО^• в водной фазе

При кулинарной об­работке пищи в присутствии окислителей и кислорода воздуха часть витамина С разрушается.

В слабощелочной среде проис­ходят разрушение лактонового кольца и потеря биологической активности. Одним из конечных продуктов обмена ДАК в организме является щавелевая кислота.

Суточная потребность человека в витамине С составляет 50—75мг.

Источники витамина С — свежие фрукты, овощи, зелень

Таблица

Содержание витамина С в продуктах

Продукт	Содержание витамина, мг/100г	Продукт	Содержание витамина, мг/100г
Плоды шиповника	2400	Яблоки	30
Облепиха	450	Картофель свежий	25
Смородина чёрная	300	Томаты	20
Лимоны	40	Молоко	2,0
Апельсины	30	Мясо	0,9

Нарушение обмена.

Недостаточность аскорбиновой кис­лоты приводит к развитию скорбута- цинги (отсюда название «аскорбиновая кислота»- антискорбутная). Главные проявления цинги - нарушение обра­зования коллагена в соединительной ткани, что проявляется разрыхлением дёсен, расшатыванием зубов, нарушением це­лостности капилляров и подкожными кровоизлияниями. Возникают отёки, боль в суставах, анемия. Причина анемии связана с нарушением обмена железа и витамина фолиевой кислоты, в которых участвует витамин С.

Активные формы кислорода.

В процессе биохимических реакций образуются свободные радикалы при восстановлении кислорода и особом ферментативном окислении аминокислоты аргинина.

Полное восстановление дикислорода О ₂ обычно сопровождается образованием двух ионов оксида О ^-2 .

О ₂ + 4 е —> 2 О ^-2

При Восстановлении с участием одного электрона образуется супероксид ( англ - superoxide ), который представляет из себя ион-радикал с зарядом ( -1)

О ₂ + 1 е —> • О ₂^—1

Распределение электронов в молекуле дикислорода и супероксида .

• • • •

• О • • О • + 1 е —> • • • • ( - )

• • • • • О • • О • • супероксид

дикислород • • • •

в молекуле О ₂ нет

двойной связи неспаренный электрон « лишний» электрон ( - )

два неспаренных электрона

Восстановление с участием двух атомов кислорода приводит к образованию пероксида ( в виде пероксида водорода), который может быть источником двух гидроксид-радикалов.

О ₂ + 2 е —> О ₂^—2

О ₂ + 2 е + 2 Н ⁺ —> Н ₂ О ₂ пероксид водорода

НО •|• ОН —> 2 Н О • гидроксид- радикал

Радикалы гидроксида обладают высокой активностью, они могут получаться также при радиолизе воды в момент воздействия рентгеновского или радиоактивного излучения .

НОН —> Н• + НО •

Эти активные частицы вызывают изменения структуры белков мембран, рецепторов, ферментов, нуклеиновых кислот. Эти патохимические нарушения - важное звено в развитии лучевой болезни.

Образование оксида азота( +2), относящегося также к свободным радикалам, имеет важное значение для регуляции процессов обмена веществ и осуществления адаптации ( приспособления) клетки в изменяющихся условиях существования.

Оксид NO образуется в физиологических условиях in vivo ферментативно из аминокислоты аргинина и при приеме нитроэфиров- лекарственных препаратов( самым известным и распространенным лекарством является тринитроглицерин)

На схеме видно, что атом азота в оксиде имеет неспаренный электрон.

•• •• В электронной оболочке кислорода 8 , а азота- 7электронов

• N = О Неспаренный электрон создает радикальные свойства.

••

Органические молекулы также образуют радикалы при отрыве атома водорода от атома углерода в sp³ –гибридном состоянии или разрыве связи между атомами С sp³.

Атом углерода , имеющий неспаренный электрон, переходит в состояние sp² , неспаренный электрон располагается на негибридной орбитали, а три связи с другими атомами располагаются в одной плоскости под углом 120⁰. Устойчивость радикалов зависит от нескольких факторов:

а) возникновение системы сопряжения при образовании радикала ; атом, несущий неспаренный электрон, включается в цепь сопряжения, происходит увеличение устойчивости радикала.

•

— СН = СН—СН₂—СН=СН— + R^• —— > — СН = СН—СН—СН=СН— + RН

несопряженная система | цепь сопряжения |

Дисциплинарный модуль 2. Энергетические и пластические пути обмена углеводов в организме человека.

Для успешного усвоения этой темы необходимо

знать

-классификацию углеводов.

- стереоизомерию, химические и физические свойства, главных представителей моно,- олиго-, полисахаридов, которые присутствуют в организме и находятся в продуктах питания

уметь

- записать структурные формулы моно,- олиго-, полисахаридов, которые присутствуют в организме и находятся в продуктах питания

- написать химические реакции, происходящие in vivo c участием моно,- олиго-, полисахаридов, которые присутствуют в организме и находятся в продуктах питания: реакции гидролиза, образования сложных эфиров, окисления и восстановления редуцирующих моносахаридов.

-провести качественные реакции обнаружения углеводов в биологическом образце.

Ключевые слова к теме:

Альдоза, альдоновая, альдаровая, альдуроновая кислоты, амилоза, амилопектин, аминосахар, аномер, аномерный атом углерода, гепарин, гомополисахарид, гликозид, глицит, дезоксисахар, декстрин, кетоза, крахмал, лактоза, мальтоза, моносахарид, мутаротация, олигосахарид, пираноза, полисахарид, реактив Селиванова, реактив Фелинга, сахароза, фосфоргвй эфир моносахарида, целлюлоза.

эпимеры.