Молекула биотина представляет бициклическую систему, в которой тетрагидротиофеновое кольцо конденсировано с мочевиной и в качестве бокового радикала содержит фрагмент валериановой кислоты.
остаток мочевины
О
((
HN NH фрагмент валериановой кислоты
СН2СН2СН2СН2СООН
S
биотин В молекуле биотина три центра хиральности, поэтому для него возможно существование восьми стереоизомеров, причем биологическую активность проявляет только один из них — обнаруженный в природе (+)-биотин, в котором все три атома водорода, связанные с хиральными центрами, находятся в цис-положении относительно друг друга.
Биотин принимает участие в реакциях переноса карбоксильных групп in vivo. Примером служит образование малонил-СоА из ацетил-СоА и диоксида углерода. При этом на первой стадии процесса происходит образование карбоксибиотина, который подвергается далее нуклеофильной атаке и передает нуклеофилу карбоксильную группу.
О
((
HN NH
О СО2
(СН2)4С
S Е биотин, фиксированный на ферменте Е
О О
((((
С (N NH
НО О — Y;
(СН2)4С — биотин, — Е
S Е
карбоксибиотин, фиксированный на ферменте Е
O
Y (C
O;
продукт карбоксилирования Витамин В1 (тиамин) — один из важнейших витаминов — содержит два гетеролитических кольца — пиримидиновое и тиазольное, связанные метиленовой группой.
NH2
S
N CH2 N+
CH2CH2OH
H3C N CH3
тиамин (витамин В1)
Тиазольный атом азота имеет положительный заряд (аммониевый азот), и выделенный из природных источников или синтезированный витамин В1 обычно представляет собой четырехзамещенную аммониевую соль (тиаминхлорид или тиаминбромид). При нагревании в нейтральной и еще легче в щелочной среде тиамин быстро разрушается. Это объясняется склонностью мостикового атома углерода подвергаться нуклеофильной атаке вследствие электроноакцепторного влияния соседнего положительно заряженного атома азота.
Недостаток витамина В1 в пище приводит к тяжелому заболеванию, известному на Востоке под названием «бери-бери». Это заболевание в XIX в. особенно часто поражало японских рыбаков, чей рацион питания на судах состоял главным образом из очищенного риса.
Потребность в витамине В1 связана с тем, что он входит в структуру кофермента кокарбоксилазы, принимающего участие в декарбоксилировании (-оксокислот и синтезе ацетилкофермента А.
NH2
S
N CH2 N+ О О
CH2CH2OР (О (Р (ОН
H3C N CH3 ОН О;
тиаминдифосфат (кокарбоксилаза) Витамин В2 (рибофлавин) — кофермент флавиновых ферментов, осуществляющих реакции дегидрирования. Участвует в механизме зрения.
В структуру рибофлавина входят остаток D-рибита и гетероциклическая система изоаллоксазина, включающая фрагмент 2,4-диоксоптеридина:
фрагмент изоаллоксазина
O
СН3 N NH
СН3 N N O
CH2((CHOH)3(CH2OH
фрагмент рибита
Изоаллоксазин, имеющий ярко-желтый цвет, получил название флавин (от лат. flavus — желтый), и соответственно витамин В2 — название рибофлавин. Изоаллоксазиновая система является ответственной за окислительно-восстановительные процессы с участием ферментов оксидаз (например, окислительное дезаминирование (-аминокислот) и дегидрогеназ (например, превращение янтарной кислоты в фумаровую).
Витамин РР (никотиновая кислота, никотинамид) применяется в медицине для лечения пеллагры. Никотинамид является составной частью ферментных систем, осуществляющих боикаталитические функции в реакциях гидрирования и дегидрирования, протекающих в живых клетках. Диэтиламид никотиновой кислоты — кордиамин — служит эффективным стимулятором центральной нервной системы. Они могут быть получены из никотиновой кислоты обычными методами.
COOH SOCl2 COCl
N N
никотиновая хлорангидрид кислота никотиновой кислоты
NH3 CONH2
никотинамид
N
CON (C2H5)2
(C2H5)2NH
диэтиламид никотиновой кислоты
N (кордиамин) Кроме того, выделяют витаминоподобные вещества, например, холин (триметил-2-гидроксиэтиламмоний) НОСН2СН2N+(СН3)3
холин Известен как структурный элемент сложных липидов. Имеет большое значение как вещество, регулирующее жировой обмен. Замещенные фосфаты холина являются структурной основой фосфолипидов — важнейшего строительного материала клеточных мембран. Сложный эфир холина и уксусной кислоты — ацетилхолин — наиболее распространенный посредник при передаче нервного возбуждения в нервных тканях (нейромедиатор). Ряд производных холина используется в медицинской практике3.
4. Гормоны Гормонами называют регуляторы важнейших биологических функций организмов, таких как метаболизм, рост, размножение и т. д. Гормоны широко используются в современной медицине как лекарственные препараты, причем многие из них для этих целей получаются синтетически.
Среди гормонов также встречаются вещества, которые можно отнести к небелковым азотосодержащим соединениям (фенилалкиламины).
Так, например, гормон адреналин — гормон мозгового вещества надпочечников, является представителем биогенных аминов, т. е. аминов, образующихся в организме в результате процессов метаболизма. Относится к классу аминоспиртов, содержащих в качестве структурного фрагмента остаток пирокатехина (катехоламинов).
НО (СН СН2 NHCH3
(адреналин
OH
HO
Адреналин обладает способностью суживать кровеносные сосуды, участвует в регуляции сердечной деятельности, обмена углеводов. При физиологических стрессах он выделяется в кровь («гормон страха»). Активность адреналина связана с конфигурацией хирального центра, определяющей взаимодействие с рецептором.
К такого рода веществам можно отнести также фитогормоны — ауксины (арилили гетерилзамещенные жирные кислоты), стимулирующие развитие корневой системы растений и цитокинины (например, триакантин), повышающие внутриклеточное давление.
NHCH2CH=C (CH3)2
CH2COOH N N
(-индолилуксусная
кислота NH N
NH триакантин Заключение В данной работе рассмотрены особенности состава, строения, физиологических функций и роли в организме важнейших классов органических соединений — небелковых азотосодержащих соединений.
В целом можно сделать следующие выводы:
1) Небелковые азотосодержащие соединения включают в себя различные классы органических соединений, отличающиеся сложным химическим составом и строением, разнообразными физиологическими свойствами.
2) Свойства и функции небелковых азотосодержащих соединений определяют их принадлежность к различным группам (алкалоиды, антибиотики, витамины, гормоны и др.).
3) Исключительна роль данных соединений для живых организмов, для здоровья человечества.
4) Несмотря на большие успехи отечественной и зарубежной науки в вопросах изучения небелковых азотосодержащих веществ, исследования в данной области продолжают активно проводиться. В частности, большое внимание при этом уделяется их применению для профилактических и лечебных целей, а также новым возможностям промышленного получения благодаря новейшим научным открытиям.
Список литературы
1) Артеменко А. И. Органическая химия.- М.: Высш. шк., 2001. — 536 с.
2) Ашмарин И. П. Молекулярная биология. — Л., Изд-во Ленингр. Ун-та, 1977. — 368 с.
3) Башлов В., Гуржин И. Биологическая химия. — Самара, 1992. — 517 с.
4) Биохимия / Под ред. Е. С. Северина. — М.: ГЭОТАР-МЕД, 2003.
5) Василенко Ю. К. Биологическая химия. — М.: Высш. шк., 1978. — 381с.
6) Грандберг И. И. Органическая химия. — М.: Дрофа, 2002.
7) Добрынина В. И. Биологическая химия. М., «Медицина», 1976. — 504с.
8) Збарский Б. И., Иванов И. И., Мардашев С. Р. Биологическая химия. — Л.: Медицина, 1972. ― 583 с.
9) Иванов В. Г. Органическая химия. — М.: Мастерство, 2003. — 624 с.
10) Кнорре Д. Г., Мызина С. Д. Биологическая химия. — М.: Высш. шк., 1998. — 479 с.
11) Комов В. П. Биохимия. — М.: Дрофа, 2004. — 638 с.
12) Крю Ж. Биохимия. Медицинские и биологические аспекты. М., «Медицина», 1979. — 510 с.
13) Моррисон Р., Бойд Р. Органическая химия. — М.: Мир, 1978.
14) Несмеянов А. Н., Несмеянов Н. А. «Начала органической химии» — Л.: Химия, 1974.
15) Основы биохимии / Под ред. А. А. Анисимова. — М.: Высш. шк., 1986. — 551 с.
16) Овчинников Ю. А. Биоорганическая химия. — М.: Просвещение, 1987.
17) Органическая химия: В 2 кн. / Под ред. Н. А. Тюкавиной. — Кн. 1. Основной курс. — М.: Дрофа, 2003.
18) Петров А. А., Бальян Х. В., Трощенко А. Т. Органическая химия. — М.: Высш. школа, 1981. — 592 с.
19) Проскурина И. К. Биохимия. — М., ВЛАДОС-ПРЕСС, 2003. — 240 с.
20) Робертс Дж., Касерио М. Основы органической химии. — М.: Мир, 1978.
21) Тюкавкина Н. А. Биоорганическая химия. — М.: «Дрофа», 2004. — 542 с.
22) Уайт А., Хендлер Ф., Смит Э. Основы биохимии: В 3-х томах. Т. 1. Пер. с англ. — М.:Мир, 1981. — 534 с.
23) Филиппович Ю. Б. Основы биохимии. — М.: «Агар», 1999. — 512 с.
24) Шабаров Ю. С. Органическая химия. — М.: Химия, 2000. — 848 с.
25) Яковлев В. В., Яковлев Д. В. Биологическая химия ― Минск: Вышэйш. шк., 1985. ― 494 с.
Овчинников Ю. А. Биоорганическая химия. — М.: Просвещение, 1987. — С. 3.
2 Тюкавкина Н. А. Биоорганическая химия. — М.: Дрофа, 2004. — С. 484.
3 Так, например, ацетилхолинхлорид — сосудорасширяющее средство, карбамоилхолинхлорид (карбахолин) — более активное средство, чем холин и обладает более продолжительным действием; сукцинилхолиниодид (дитилин) оказывает мышечно-расслабляющий эффект.
