Биологически важные ароматические и гетероциклические соединения

Важнейшие биологически значимые гетероциклические и ароматические соединений, их синтезы и биосинтезы

Задание 1.Привести формулы и названия пятичленных гетероциклических соединений.

Ответ:

пиррол тиофен фуран индол

азол тиол оксол бензазол

Задание 2.Привести структуру важных производных пятичленных гетероциклов.

Ответ.Триптофан-предшественник гормонов –серотонина и мелатонина.

фурфурол – определяет запах свежеиспеченного хлеба, используется для синтеза антибактериальных средств

Задание 3. Привести схему биосинтеза серотонина и мелатонина, указать их биологическую роль.

Ответ.

Серотонин– синтезируется на свету, является гормоном радости, счастья, локально его концентрация возникает в местах воспаления, ушибов и вызывает боль. Мелатонинсинтезируется из серотонина ночью, определяяет сексуальную активность, способствует засыпанию (природное снотворное). Обладает антиоксидантным, геронтологическим, противоопухолевым действием.

Задание 4.Показать схему реакций нитрования бензола, фенола, триптофана. Продукты нитрования окрашены в желтый цвет, в щелочной среде – в оранжевый, поэтому реакция используется как качественная для доказательства ароматической природы соединений.

Ответ:

Для ароматических аминокислот реакция носит название ксантопротеиновой. В реакцию вступают фенилаланин, гистидин, триптофан. По реакции косвенно ценят о качественной ценности белка, содержащего ароматические и гетероциклические аминокислоты.

Задание 7. Привести формулы пятичленных двухгетероатомных циклов и их производных. Указать их биологическую роль.

Ответ:

На основе гистидина (производного имидазола) синтезируется гистамин (отвечает за образование ряда биологических жидкостей (слезы, сопли), высокие уровни гистидина вызывают алергизацию организма.

Задание 8.Привести шестичленные одно- и двухатомные шестичленные гетероциклы и их биологически значимые производные..

Ответ. К шестичленным гетероциклам относится пиридин (азин), пиримидин (1,3-диазин), пиразин (1,4-диазин).

Большое значение имеют производные пиридина (никотиновая кислота), витамин В6 (пиридоксальфосфат), а также урацил, тимин, цитозин, входяцие в структуру нуклеиновых кислот.

Соединения могут находиться в фенольной (лактимной) форме или в виде лактамов, последние в структуре нуклеиновых кислот преобладают.

1.

Задание 9.Привести гетероциклические соединения с несколькими гетероатомами.

Ответ.К производным пиримидина и тиазола относится витамин В₁ (аневрин), который влияет на работу мышц (сердца, кишечника и др.), деятельность нервной системы. При недостатке возникает болезнь бери-бери. Содержится в оболочке злаковых культур, отруби обогащены витаминами группы В.

Производным птеридина является витамин В_с (фолевая кислота), участвующая в синтезе белка и кроветворении.

Производными пурина являются ряд соединений. Некоторые из них (аденин, гуанин) входят в структуру нуклеиновых кислот.

Продуктами окисления пурина являются гипоксантин, ксантин, мочевая кислота. Мочевая кислота не растворяется в воде и биологических и биологических жидкостях. При нарушении пуринового обмена мочевая кислота может откладываться в суставах, что приводит к подагре, а также в почках (мочекаменная болезнь).

К производным пурина относят теофиллин, теобромин, кофеин. Потребление большого количества шоколада, какао, кофе, чая может усугублять болезни, связанные с нарушением пуринового обмена.

II. Задания для самостоятельного решения.

Задание 1. Докажите ароматичность бензола, индола, пиридина, хинолина. Приведите продукты нитрования указанных соединений.

Задание 2Кислотно-основные свойства азотсодержащих гетероциклов (пиридина, хинолина, имидазола, пурина). Определение кислот и оснований по теории Бренстеда. Ряд основности. Получение солей

Задание 3.Напишите основные реакции превращения гистидина в организме человека (декарбоксилирование, дезаминирование), назовите продукты.

Задание 4. Тиофен. Структура гетероцикла. Биотин (витамин Н) - кофермент, участвующий в переносе карбоксильных групп.

Задание 5.Пиридин. Структура, критерии ароматичности, природа гетероатома. Биологически активные производные пиридина. Пиридоксаль, пиридоксальфосфат (витамин В₆).

Задание 6..Пиримидин. Строение, природа гетероатомов, критерии ароматичности. Производные пиримидина: урацил, цитозин, тимин. Лактим-лактамная таутомерия.

Задание 7. Какой гетероцикл входит в составгема. Какие ферменты в качестве активного центра содержат порфириновый цикл?

Задание 8. Пурин. Структура, природа гетероатомов. Продукты окисления пурина (гипоксантин, ксантин, мочевая кислота). Таутомерия. Алкалоиды группы пурина (кофеин, теофиллин, теобромин). Применение в медицине.

Задание 9.

Выполнить превращения:

Задание 10.

А – β-индолилпировиноградная кислота

В - β-индолилуксусная кислота

Задание 11.

гидроксилирование ацилир., алкилир

А – 5-гидрокситриптофан

В – серотони

С – мелатонин

Задание 12.Приведите формулы салициловой (I), пара-аминобензойной (II), сульфаниловой кислот (III). Укажите значение этих кислот для организма человека.

Ответ:

I II III

Салициловая кислота (I) синтезируется в организме, снижает свертываемость крови, проявляет жаропонижающее и противовоспалительное действие. На ее основе создано ряд препаратов. Пара-аминобензойная кислота (ПАБК) (II) является составной частью фолиевой кислоты, участвующей в кроветворении и синтезе белков. Замещенные производные ПАБК блокируют синтез белков у микроорганизмов и используются в качестве консервантов пищевых продуктов. На основе структуры фолиевой кислоты, включающей модифицированную (измененную) молекулу ПАБК, создана группа антибиотиков и противоопухолевых средств. Сульфаниловая кислота (III) близка по своим размерам ПАБК, на ее основе создана группа сульфаниламидных препаратов, используемых в качестве антибиотиков

Задания для самостоятельного решения.

Задание 1. Докажите ароматичность бензола, индола, пиридина, хинолина. Приведите продукты нитрования указанных соединений.

Задание 2Кислотно-основные свойства азотсодержащих гетероциклов (пиридина, хинолина, имидазола, пурина). Определение кислот и оснований по теории Бренстеда. Ряд основности. Получение солей

Задание 3.Напишите основные реакции превращения гистидина в организме человека (декарбоксилирование, дезаминирование), назовите продукты.

Задание 4. Тиофен. Структура гетероцикла. Биотин (витамин Н) - кофермент, участвующий в переносе карбоксильных групп.

Задание 5.Пиридин. Структура, критерии ароматичности, природа гетероатома. Биологически активные производные пиридина. Пиридоксаль, пиридоксальфосфат (витамин В₆).

Задание 6..Пиримидин. Строение, природа гетероатомов, критерии ароматичности. Производные пиримидина: урацил, цитозин, тимин. Лактим-лактамная таутомерия.

Задание 7. Какой гетероцикл входит в составгема. Какие ферменты в качестве активного центра содержат порфириновый цикл?

Задание 8. Пурин. Структура, природа гетероатомов. Продукты окисления пурина (гипоксантин, ксантин, мочевая кислота). Таутомерия. Алкалоиды группы пурина (кофеин, теофиллин, теобромин). Применение в медицине.

Задание 9. Выполнить превращения:

Задание 10.

А – β-индолилпировиноградная кислота

В - β-индолилуксусная кислота

Тестовые задания для самостоятельного решения

1.Укажите формулу триптофана

а) б)

в) г)

2.Укажите формулу индола (бензпиррола).

а) б)

в) г)

3.Предшественником биосинтеза в организме мелатонина является:

а) фенилаланин б) триптофан

в) гистидин г) цистеин

4. Предшественником биосинтеза серотонина является

а) триптофан б) глицин

в) гистидин г) фенилаланин

5.Укажите формулу фурфурола (фуран-2-карбальдегида).

а) б)

в) г)

6. Выберите из предложенных формул никотиновую кислоту (пиридин-3-карбоновую кислоту).

а) б)

в) г)

7.Приведенное ниже соединение является витамином:

а) А б) В₁

в) Н г) D

8. Приведенная ниже формула отражает структуру:

а) пурина б) гипоксантина

в) гемоглобина г) каталазы

9. Укажите формулу витамина РР (амида никотиновой кислоты).

а) б)

в) г)

10.Укажите формулу пиридоксина (лекарственной формы витамина В₆)

а) б)

в) г)

11.Укажите формулу имидазола (1,3-диазола).

а) б)

в) г)

12. Салициловая кислота является

а) п.-сульфобензойной кислотой б) п.-аминобензойной кислотой

в) п.-бензолдикарбоновой кислотой г) о.-гидроксибензойной кислотой

13. Фолевая кислота в своей структуре содержит остаток:

а) п. –аминобнзойной кислоты б) терефталевой кислоты

в) сульфаниловой кислоты г) никотиновой кислоты

14. Витамин В₁ в своей структуре включает гетероциклы:

а) пиридина и тиофена б) пиримидина и тиазола

в) пурина и имидазола г) пиперидина и тиазола

Важнейшие α-аминокислоты, пептиды.

ЦЕЛЬ:Сформировать знания о строении и свойствах важнейших a-аминокислот как химических основах структурной организации белковых молекул для дальнейшего изучения биологических функций белков на молекулярном уровне.

ЗНАТЬ:

1. Строение аминокислот. Классификация. Основы стереоизомерии.

2. Кислотно-основные свойства аминокислот. Биполярный ион, катионная, анионная формы. Изоэлектрическая точка. Показатель кислотности аминокислот.

3. Химические свойства аминокислот:

а) реакции по аминогруппе;

б) реакции по карбоксильной группе;

в) специфические и биологически важные реакции аминокислот (трансаминирование, окислительное дезаминирование, элиминирования, декарбоксилирование, окисление тиольных групп);

г) реакции в радикалах характеристических группах.

4. Образование, строение и свойства пептидной связи. Дипептиды, трипептиды, первичная структура белка.

5. Важнейшие пептиды: глутатион, карнозин, 6-аминопенициллоновая кислота, инсулин, окситоцин, вазопрессин, метионин - энкефалин, лейцин - энкефалин.

6. Первичная, вторичная, третичная, четвертичная структура белков. Функции белков в организме. Денатурация белков. Протеиды и протеины.

7. Свойства растворов высокомолекулярных соединений (ВМС).

УМЕТЬ:

1. Приводить структуры a-аминокислот, их классификацию по характеру бокового радикала.

2. Приводить схемы равновесия катионных, анионных, и диполярных форм для нейтральных, кислых и основных a-аминокислот.

2. Показывать химизм реакций декарбоксилирования, окислительного дезаминирования, элиминирования, окисления тиольных групп a-аминокислот.

3. Образовывать дипептиды, трипептиды, тетрапептиды..., уметь их называть, выделять пептидную связь с обозначением электронных эффектов.

4. Приводить схемы гидролиза пептидов.

ВЛАДЕТЬ:Навыками проведения цветных реакций (нингидринная, биуретовая, ксантопротеиновая, «формольное титрование», выявления меркаптогруппы) обнаружения a-аминокислот и пептидов с обоснованием результатов .

Обучающие упражнения

Задание 1. Один из стереоизомеров 2-амино-3-гидроксибутановой кислоты (треонин) входит в состав белков. Какие стереоизомеры возможны для треонина?

Ответ:в молекуле треонина два центра хиральности

Изобразим возможные стереоизомеры в виде проекционной формулы Фишера

Для отнесения амино- и гидроксикислот к стереохимическим рядам, используется так называемый “гидроксильный ключ”, когда рассматривается конфигурация хирального центра с наименьшим номером.

По этому правилу стереоизомеры I и IV относятся к L ряду, а II и III к D-ряду. В состав белков входит L-треонин IV. Соединения I и II имеют эритроконфигурацию, т.е. заместители находятся в проекции Фишера по одну сторону углеродной цепи, в этом случае еще используется приставка алло-.

Заключение: I и II, III и IV - энантиомеры; I и III; I и IV; II и III; II и IV; диастереомеры.

Задание 2.На примере a-аланина и триптофана опишите схему образования биполярной структуры. Получите дипептиды образованные этими аминокислотами. Каковы особенности строения пептидной связи?

Ответ:

В кислой среде a-аминокислоты существуют в виде катионной формы, в щелочной в виде анионной и в изоэлектрической точке в виде биполярного иона, т.е. одинаковое количество катионной и анионной форм.

,это формула для определения изоэлектрической точки

При взаимодействии триптофана и a-аланина могут образовываться четыре дипептида: Три-Ала, Ала-Три, Ала-Ала, Три-Три.

аланилтриптофан Ала-Три

аланилаланин Ала-Ала

триптофанилтриптофан Три-Три

Строение пептидной связи

В составе пептидной (амидной) группы -СО-NH- атом углерода в sp² гибридном состоянии, атом азота тоже в sp² состоянии, неподеленная пара электронов атома азота вступает в сопряжение с p - электронами двойной связи С=О. Пептидная группа представляет собой трехцентровую p - р сопряженную систему, в которой электронная плотность смещена к кислороду, атомы С,О,N находятся в одной плоскости.

Вращение вокруг связи С-N затруднено, поэтому пептидная группа имеет плоскую, жесткую структуру.

Задание 3.Написать реакции внутри- и межмолекулярной конденсации a, b и g аминокислот.

Ответ:

а) a-аминокислоты при нагревании претерпевают межмолекулярную дегидратацию, при этом от двух молекул кислоты отщепляются две молекулы воды:

б) b-аминокислоты при нагревании отщепляют аммиак с образованием непредельных кислот:

β-аминомасляная кислота кротоновая кислота

в) g - аминокислоты претерпевают внутримолекулярную дегидратацию:

γ-аминомасляная кислота γ-бутиролактон или пирралидон-2

Задания для самостоятельной работы

Задание 1. Напишите основные реакции превращения гистидина в организме человека. Назовите продукты.

Задание 2. Напишите схему метаболизма триптофана в организме человека (окислительное дезаминирование, декарбоксилирование, гидроксилирование), приводящие к образованию b-индолилпировиноградной кислоты, b-индолилуксусной кислоты, триптамина, серотонина и мелатонина.

Задание 4. На примере фенилаланина напишите уравнения реакций аминокислот с гидроксидом меди, азотной кислотой, формальдегидом. Получите дипептиды фенилаланина с глицином, назовите их.

Задание 5. Напишите реакции, образования дикетопиперазина и дипептида α-аланина.

Задание 6. Реакции гидроксилирования, как способ окисления непредельных и ароматических углеводородов. Продукты гидроксилирования фенилаланина, триптамина. Названия продуктов гидроксилирования.

Задание 7. Приведите уравнение реакции, по которой можно определить наличие в белке остатков аминокислот (цистеина, метионина), содержащих атомы серы.

Задание 8. Напишите структурные формулы цистеинилаланина.

Задание 9. Напишите строение трипептидного фрагмента - валил-глицил-аланина. Изобразите электронное строение пептидной группы.

Задание 10. Приведите строение дипептида гистидилаланина.

Задание 11. Напишите схему образования биполярной структуры аминокислот на примере триптофана и a-аланина. Получите дипептиды, образованные этими аминокислотами.

Задание 12. На пример a-аланина напишите уравнения реакций аминокислот с уксусным ангидридом, йодистым метилом, формальдегидом, метанолом(Н⁺).

Тестовые вопросы

1.Укажите формулу цистеина (2-амино3-меркаптопропановая кислота):

А) HSH₂C–(NH₂)HC–COOH;

Б) (H₃C)₂HC–(NH₂)HC–COOH;

В) HОH₂C–(NH₂)HC–COOH;

Г) H₂N–CH₂–COOH

2. Какие из перечисленных аминокислот относят к ароматическим:

А) метионин (2-амино-3-метилтиопропановая кислота);

Б) лейцин (2-амино-5-метилпентановая кислота);

В) тирозин (2-амино-3-гидроксифенилпропановая кислота;

Г) пролин (2-карбоксипирролидин)

3. Изоэлектрическая точка белка рI=4,8. Какой заряд имеет этот белок в растворе с рН=6,7?

А) положительный -;

Б) отрицательный - ;

В) нулевой

Г) не имеет заряда

4.Какое соединение образуется при декарбоксилировании серина

HO–H₂C–(NH₂)HC–COOH

А) 2-аминопропановая кислота;

Б) пропановая кислота;

В) 3-гидроксипропановая кислота;

Г) 2-аминоэтанол

5.По аминогруппе глицин H₂N–CH₂–COOH взаимодействует:

А) с метиламином Н₂N - СН₃;

Б) с уксусным ангидридом (СН₃СОО)₂О;

В) с пентахлоридом фосфора РCI₅;

Г) с этанолом С₂Н₅ОН

6. В результате окислительного дезаминирования α-аланина образуется:

А) молочная кислота (2-гидроксипропановая кислота);

Б) этанол;

В) пропановая кислота;

Г) пировиноградная кислота (2-оксопропановая кислота)

7. Качественной реакцией обнаружения белков является:

А) реакция с нингидрином;

Б) биуретовая реакция;

В) ксантопротеиновая реакция;

Г) реакция серебрянного зеркала

8. Молекулы природных аминокислот являются:

А) L-стереоизомерами;

Б) D- стереоизомерами;

В) рацемической смесью D и L-стереоизомеров

Г) оптически неактивными

9. Какая аминокислота не участвует в образовании трипептида глутатион:

А) α-аланин;

Б) глицин;

В) цистеин;

Г) глутаминовая кислота

10. Название дипептида карнозин (содержится в мышечной ткани животных и человека) соответствует:

А) α-аланилгистидин; Б) гистидилаланин;

В) глицилгистидин; Г) β-аланилгистидин

Дата добавления: 2014-09-10; просмотров: 1083; Нарушение авторских прав

Мы поможем в написании ваших работ!