Prezentace se nahrává, počkejte prosím

Prezentace se nahrává, počkejte prosím

1 Biochemicky významné reakce © Biochemický ústav LF MU (J.D.) 2010.

Podobné prezentace


Prezentace na téma: "1 Biochemicky významné reakce © Biochemický ústav LF MU (J.D.) 2010."— Transkript prezentace:

1 1 Biochemicky významné reakce © Biochemický ústav LF MU (J.D.) 2010

2 2 Přednáška je extraktem hlavních myšlenek z kapitol , LCH II, s důrazem na biochemické souvislosti Vznik poloacetalů, acetalů, aldiminů Funkční deriváty kyselin (estery, anhydridy, amidy) Dehydrogenace různých substrátů Oxygenace, hydroxylace, deoxygenace Konjugovaný pár vs. redoxní pár Transaminace aminokyselin, reakce citrátového cyklu

3 3 Vzájemné reakce vybraných sloučenin KyselinaAldehydThiolAlkohol esterpoloacetal-ether Thiolthioesterthiopoloacetalsulfid Aminsůl a / amid b aldimin c Aldehyd-aldol d Kyselinaanhydrid a Acidobazická reakce za studena, transfer H +. b Kondenzace při zahřátí, uvolní se voda. c Také zvaný Schiffova báze. d Vzniká pouze v alkalickém prostředí. LCH II Příloha 1

4 4 Poloacetaly a acetaly Poloacetaly vznikají adicí alkoholu na karbonylovou skupinu. Acetaly vznikají substitucí hydroxylové skupiny poloacetalu alkoxylovou skupinou (-OR) alkoholu. substituce adice

5 5 Aldiminy (Schiffovy báze) vznikají adičně-eliminační reakcí Vznikají adicí aminu na karbonylovou skupinu a eliminací vody za vzniku dvojné vazby C=N

6 6 Příklady Schiffových bází v organismu Neenzymová glykace proteinů (LCH II, str. 40) Transaminace AK – meziprodukt s pyridoxalfosfátem (viz přednáška Aminokyseliny) Příčné můstky v kolagenu (Lys... alLys) (LCH II, str. 42) Vznik glukosaminu z fruktosa-6-P a glutaminu (Semináře, str. 54) Vazba retinalu na opsin (Ledvina, II. díl, str. 474)

7 7 Estery karboxylových kyselin vznikají kondenzací za uvolnění vody (adičně-eliminační reakce) Esterifikace in vitro vyžaduje katalýzu silnou kyselinou. Enzymové esterifikace in vivo mají odlišný mechanismus. Zpětná reakce je hydrolýza esteru.

8 8 Rozlišujte: hydrolýza × hydratace substrát + H 2 O  produkt 2 OH substrát + H 2 O  + produkt 1 H produkt OH H Hydrolýza = štěpení vodou (estery, amidy, peptidy, glykosidy, anhydridy) Hydratace = adice vody (na nenasycené substráty)

9 9 Acetylsalicylová kyselina (Aspirin) je kyselina a současně ester kys. salicylová kys. acetylsalicylová

10 10 Učebnicové struktury anorganických kyselin H 2 SO 4 H 3 PO 4 HNO 2 HNO 3

11 11 Estery kyseliny sírové dodecyl-sulfát sodný (lauryl-sulfát sodný, sodium lauryl sulfate, sodium dodecyl sulfate, SDS) je syntetický aniontový tenzid alkyl-hydrogensulfát kyselina alkylsírová

12 12 Srovnejte: alkyl-sulfát  alkansulfonát alkyl-sulfát alkansulfonát vazba C-O-S čtyři atomy O vzniká esterifikací vazba C-S tři atomy O vzniká sulfonací R-OH + HO-SO 2 -OH  R-O-SO 2 -OH + H 2 O R-H + SO 3  R-SO 3 H

13 13 Estery kyseliny dusičné jako léčiva glycerol trinitrát (glyceroli trinitras) klasické léčivo působí poměrně rychle sublingualní tablety, sprej, náplast isosorbid dinitrát (isosorbidi dinitras) moderní léčivo výhodnějí farmakokinetické vlastnosti tablety R-OH + HO-NO 2  R-O-NO 2 + H 2 O vazodilatační účinek

14 14 Monoestery kyseliny fosforečné vznikají fosforylací neutrální molekula anion

15 15 Diestery kyseliny fosforečné jsou spojovacími elementy v nukleových kyselinách. 3’,5’-fosfodiesterová vazba

16 16 Diestery kyseliny fosforečné jsou spojovacími elementy ve fosfolipidech

17 17 Organofosfáty jsou syntetické deriváty neobvyklých kyselin fosforu kys. thiofosforečná kys. fluorofosforečná kys. kyanofosforečná kys. methylfosfonová kys. methylfluorofosfonová sarin Srovnejte: kys. sulfonová (C-S)  fosfonová (C-P)

18 18 Srovnejte dvojice a počty atomů kyslíku alkyl-sulfát alkansulfonát alkyl-fosfát alkanfosfonát

19 19 Anhydrid karboxylové kyseliny vzniká eliminací vody ze dvou molekul kyseliny + - H 2 O kondenzace

20 20 Anhydrid kyseliny fosforečné je kyselina difosforečná (difosfát)* + - H 2 O *Historický název „pyrofosfát“ je ještě užíván v některých zahraničních učebnicích kondenzace Vyskytuje se ve struktuře ATP, ADP, NAD +, FAD ad.

21 21 Srovnejte: difosfát  bisfosfát difosfát (anhydrid) fruktosa-1,6-bisfosfát (dvojnásobný ester)

22 22 Hexakisfosfát inositolu je kyselina fytová (fytát)

23 23 Smíšený anhydrid kys. karboxylové a kys. fosforečné se nazývá acylfosfát + - H 2 O acylfosfát Acylfosfáty jsou makroergní sloučeniny 3-fosfoglyceroylfosfát (1,3-bisfosfoglycerát) karbamoylfosfát (viz předn. Bioenergetika) kondenzace

24 24 aminoacyl-AMP + ATP + 2 P i + H 2 O Aktivace aminokyseliny reakcí s ATP poskytne smíšený anhydrid (při syntéze proteinů)

25 25 Amin a kyselina mohou reagovat dvojím způsobem H 2 O amonná sůl (alkylamonium karboxylát) N-alkylamid Při lab. teplotě - acidobazická reakce Při zahřívání - kondenzace

26 26 Amidy jsou polární neelektrolyty Volný el. pár na dusíku je v konjugaci s dvojnou vazbou

27 27 Srovnejte CharakteristikaAminyAmidy Obecný vzorec El. pár na dusíku Bazicita Tvorba solí Chování ve vodě pH vodného roztoku R-NH 2 volný ano slabý elektrolyt zásadité R-CO-NH 2 v konjugaci s C=O ne neelektrolyt neutrální

28 28 Močovina je diamid kys. uhličité kys. uhličitá močovina

29 29 Srovnejte CharakteristikaMočovinaMočová kyselina Chemický název Latinský název Chování ve vodě Rozpustnost ve vodě Vodný roztok je Redukční vlastnosti Tvorba solí Katabolit diamid k. uhličité urea neelektrolyt výborná neutrální ne aminokyselin 2,6,8-trihydroxypurin acidum uricum slabá dvojsytná kyselina špatná* slabě kyselý ano  antioxidant ano (dvě řady) adeninu a guaninu *Závisí na pH, při kyselém pH krystaluje z roztoku H

30 30 Lakton versus Laktam lakton je cyklický ester laktam je cyklický amid - H 2 O

31 31 Srovnejte vlastnosti (R = nižší alkyl) Karboxylová kys.EsterAmid slabý elektrolyt polární rozpustná v H 2 O neelektrolyt nepolární nerozpustný v H 2 O neelektrolyt polární rozpustný v H 2 O

32 32 Polarita vybraných organických sloučenin (viz LCH II, kap. 4) uhlovodíky halogenderiváty ethery estery ketony aminy amidy alkoholy karboxylové kys. polarita nepolární sloučeniny

33 33 Biochemicky významné dehydrogenace SubstrátProdukt alkandiová kys. primární alkohol sekundární alkohol endiol aldehyd-hydrát poloacetal / cyklický poloacetal hydroxykyselina p-difenol thiol aminosloučenina alkendiová kys. aldehyd keton diketon karboxylová kys. ester / lakton oxokyselina p-chinon disulfid iminosloučenina LCH II Příloha 3

34 34 Dehydrogenace v enzymových reakcích substrát ztrácí 2 atomy H z typických skupin: primární alkoholová skupina -CH 2 -OH (ethanol) sekundární alkoholová skupina >CH-OH (laktát) endiolové uskupení HO-C=C-OH (askorbát) sekundární aminová skupina >CH-NH 2 (aminokyseliny) nasycená skupina -CH 2 -CH 2 - (fumarát, acyly MK) vznikne dvojná vazba (C=O, C=NH, CH=CH) dva atomy H jsou přeneseny na kofaktor enzymu

35 35 Enzymové dehydrogenace vyžadují spolupráci tří složek enzym + substrát + kofaktor přípona -asa derivát vitaminu (B komplex )

36 36 Dehydrogenace ethanolu (zjednodušené schéma) POZOR: toto není reakce, pouze jeden redoxní pár.

37 37 Dehydrogenace ethanolu (úplná reakce s kofaktorem) NAD + = nikotinamid adenin dinukleotid Toto je reakce = kombinace dvou redoxních párů. alkoholdehydrogenasa

38 38 Postupná oxidace methanolu (zjednodušené schéma) Při otravě methanolem vzniká závažná metabolická acidóza způsobená mravenčí kyselinou.

39 39 Dvě cesty oxidace glycerolu dehydrogenace na C2 dehydrogenace na C1 oxygenace na C1

40 40 Postupná oxidace ethylenglykolu (viz LCH II, kap. 6) Otrava ethylenglykolem může mít fatální průběh

41 41 Dehydrogenace aldehyd-hydrátu nestabilní sloučenina

42 42 Dehydrogenace poloacetalu poloacetal ester cykl. poloacetal glukonolakton (glukopyranosa) - 2H

43 43 Hydroxykyseliny jako substráty dehydrogenace mléčná kyselina (2-hydroxypropanová) acidum lacticum  laktát jablečná kyselina (hydroxybutandiová ) acidum malicum  malát  -hydroxymáselná kyselina (3-hydroxybutanová)  -hydroxybutyrát

44 44 Dehydrogenace kys. mléčné (laktátu) laktát pyruvát metabolické využití laktátu: glukoneogeneze v játrech

45 45 Další příklady dehydrogenací Vzájemná přeměna ketolátek Poslední reakce citrátového cyklu

46 46 α,  -Dehydrogenace acylu (tak začíná odbourávání mastných kyselin)

47 47 Dehydrogenace aminosloučenin R-CH 2 -NH 2 + FMN  R-CH=NH + FMNH 2 amin imin 2-aminokyselina 2-iminokyselina iminoskupina >C=NH

48 48 Hydrolýza iminosloučeniny poskytne oxosloučeninu a volný (toxický) amoniak

49 49 Dehydrogenace difenolů poskytne chinony benzen-1,4-diol (hydrochinon) p-benzochinon (aromatický kruh) (není aromatický kruh)

50 50 Dehydrogenace -SH substrátů probíhá s dvěma molekulami (mírná oxidace)* thiol dialkyldisulfid disulfidové můstky v bílkovinách *Silnější oxidace je oxygenace na sulfonové kys.

51 51 Oxygenace aldehydu ½ O 2 Přímá: Nepřímá:

52 52 Hydroxylace fenylalaninu Kofaktor tetrahydrobiopterin (BH 4 ) je donorem dvou atomů H na vznik vody

53 53 Hydroxylace fenylalaninu jsou dvě souběžné redoxní reakce červený kyslík se redukuje na hydroxylovou skupinu para-uhlík (C-4) fenylu se oxiduje modrý kyslík se redukuje na vodu BH 4 (tetrahydrobiopterin) se oxiduje na BH 2 (dihydrobiopterin)

54 54 Další příklady hydroxylačních reakcí tyrosin   adrenalin cholesterol   kalcitriol cholesterol   žlučové kyseliny prolin  hydroxyprolin desaturace mastných kyselin hydroxylace xenobiotik R-H + O 2 + NADPH + H +  R-OH + H 2 O + NADP +

55 55 Biochemické hydrogenace substrát přijímá dva atomy H jejich zdrojem je NADPH + H + redukční syntézy (MK, cholesterol) -CH=CH- + NADPH+H +  -CH 2 -CH NADP +

56 56 Hydrogenace ubichinonu v dýchacím řetězci je zvláštní případ separátně se aduje elektron (red. kofaktorů) a proton (z matrix mitochondrie)

57 57 Deoxygenace D-ribosa 2-deoxy-D-ribosa Mechanismus je velmi složitý, vyžaduje řadu kofaktorů, mj. protein thioredoxin obsahující selen NADPH+H + + H 2 O + NADP +

58 58 Rozlišujte Konjugovaný pár = dvojice látek, které se liší přesně o jeden proton (H + ). Redoxní pár = dvojice látek, které se liší o určitý počet elektronů nebo atomů H nebo atomů O, liší se tedy oxidačním číslem jednoho nebo více atomů téhož prvku. Látka odštěpuje H + = kyselina Látka odštěpuje H = redukční činidlo Látka přijímá H + = báze Látka přijímá H = oxidační činidlo

59 59 Diverzita redoxních párů Redoxní pár (oxid. / red. forma) Liší se počtem Val. el.Atomů HAtomů ONábojů Fe 3+ / Fe O 2 / ·O MnO 4 - / Mn Pyruvát / laktát+ Octová k./acetaldehyd+ Typy redoxních párů: kation/kation, neutrální molekula/anion, anion/kation, anion/anion, neutr. mol./neutr. mol.

60 60 Příklad 1 Dva pohledy na laktát 1.Laktát jako báze 2.Laktát jako redukční činidlo

61 61 Konjugovaný pár (dvě konstanty pro dvě látky) kys. mléčná (kyselina) laktát (konjugovaná báze) Redoxní pár (jedna konstanta pro dvě látky) laktát pyruvát (reduk. forma) (oxid. forma) E o ’ = -0,185 V pK A 3,8pK B 10,2

62 62 Příklad 2 Dva pohledy na vitamin C 1.Kys. L-askorbová jako kyselina 2.Kys. L-askorbová jako redukční činidlo

63 63 L-Askorbová je dvojsytná kyselina Dva konjugované páry: askorbová kys. / hydrogenaskorbát hydrogenaskorbát / askorbát dva enolové hydroxyly pK A1 = 4,2 pK A2 = 11,6

64 64 L-Askorbová kyselina má redukční účinky (exogenní antioxidant, viz praktická cvičení, str. 32) askorbová kys. dehydroaskorbová kys. (redukovaná forma) (oxidovaná forma) E o ’ = 0,40 V

65 65 Příklad 3 Dva pohledy na kys. močovou 1. Kys. močová jako kyselina 2. Kys. močová jako redukční činidlo

66 66 Laktimová forma kys. močové je dvojsytná kyselina* kys. močová hydrogenurát urát pK A1 = 5,4 pK A2 = 10,3 2,6,8-trihydroxypurin *Laktamová forma je neelektrolyt

67 67 Kys. močová jako redukční činidlo (endogenní antioxidant) Různé přeměny radikál (oxidovaná forma) hydrogenurátový anion odštěpí jeden elektron R· je např. ·OH, superoxid aj. hydrogenurát (redukovaná forma)

68 68 Transaminace v metabolických souvislostech modrá barva indikuje katabolickou dráhu dusíku detoxikace

69 69 Transaminace aminoskupina je přenesena z aminokyseliny na 2-oxoglutarát (2-OG) přenos zajišťuje enzym aminotransferasa a kofaktor pyridoxalfosfát z aminokyseliny vznikne příslušná oxokyselina, z 2-OG vznikne glutamát (Glu)

70 70 Obecné schéma transaminace

71 71 NAD + Z glutamátu se uvolní amoniak dehydrogenační deaminací - NADH + H + 2-iminoglutarát

72 72 Transaminace alaninu ALT = alaninaminotransferasa

73 73 Transaminace aspartátu aspartát oxalacetát

74 74 Pamatujte pyruvát / laktát = redoxní pár pyruvát / alanin = transaminace oxalacetát / malát = redoxní pár oxalacetát / aspartát = transaminace !

75 75 Reakce citrátového cyklu terminální metabolická dráha aerobního metabolismu vstupní substrát: acetyl-CoA tři typy produktů: 2  CO 2  vydýchá se 4  redukované kofaktory  oxidovány v dýchacím řetězci 1  GTP – substrátová fosforylace Jak se vytvoří CO 2 z acetyl-CoA?

76 76 Kondenzace oxalacetátu s acetyl-CoA

77 77 Izomerace citrátu na isocitrát

78 78 Dekarboxylace a dehydrogenace a isocitrátu

79 79 Dekarboxylace a dehydrogenace 2-oxoglutarátu

80 80 Substrátová fosforylace za vzniku makroergního trifosfátu + CoA-SH

81 81 Dehydrogenace sukcinátu na fumarát

82 82 Hydratace fumarátu na L-malát hydratace není redoxní reakce

83 83 Dehydrogenace L-malátu na oxalacetát znovu vstupuje do CC


Stáhnout ppt "1 Biochemicky významné reakce © Biochemický ústav LF MU (J.D.) 2010."

Podobné prezentace


Reklamy Google