Organické sloučeniny obsahující kyslík, dusík a síru Biologicky významné heterocykly Martina Srbová martina.srbova@lfmotol.cuni.cz.

Prezentace na téma: "Organické sloučeniny obsahující kyslík, dusík a síru Biologicky významné heterocykly Martina Srbová martina.srbova@lfmotol.cuni.cz."— Transkript prezentace:

1 Organické sloučeniny obsahující kyslík, dusík a síru Biologicky významné heterocykly
Martina Srbová

2 Organické sloučeniny obsahující kyslík

3 Elektronová konfigurace atomu kyslíku
2p4 Z elektronové konfigurace kyslíku vyplývá, že v molekule organické sloučeniny může být kovalentně vázán jako dvojvazný. O O

4 Hydroxyderiváty (Alkoholy a fenoly)
– mají hydroxylovou skupinu (-OH) R - O – H Fenoly:-OH se přímo váže na aromatické jádro Ethery – sloučeniny s alkoxylovou skupinou (-OR) R - O – R Aldehydy a ketony – sloučeniny s karbonylovou skupinou - C = O C = O R H - C = O R - - Karboxylové kyseliny – sloučeniny s karboxylovou skupinou C = O R O H - -

5 I.Hydroxyderiváty OH skupina dává uhlovodíkům zvláště aromatickým lehce kyselý charakter Prodlužováním uhlovodíkového řetězce se snižuje rozpustnost alkoholů ve vodě. H-můstky → rozpustnost ve vodě, vyšší bod varu než alkany.

6 Vlastnosti hydroxyderivátů
Chovají se jako kyselina i jako zásada. Alkohol alkoxidový ion Alkohol oxoniový ion

7 Hydroxyderiváty Podle počtu –OH skupin v molekule: Monohydroxyderiváty
Polyhydroxyderiváty (polyoly) Dioly (dihydroxyderiváty) Trioly (trihydroxyderiváty) Tetroly (tetrahydroxyderiváty)

8 Alkoholy Klasifikace podle vazebného místa v řetězci
etanol isopropanol terc-butanol primární alkohol sekundární alkohol terciární alkohol Primární alkohol: 1 uhlík ve vazbě na uhlík s hydroxylovou skupinou Sekundární alkohol: 2 uhlíky ve vazbě na uhlík s hydroxylovou skupinou Terciární alkohol: 3 uhlíky ve vazbě na uhlík s hydroxylovou skupinou

9 Eliminace dehydratace př. v glykolýze 2-fosfoglycerát fosfoenolpyruvát

10 Oxidace alkoholů

11

12 Metanol: silně jedovatý, oslepnutí, smrt
Etanol (spiritus, líh) Kvasné procesy cukerných šťáv rostlin za přítomnosti kvasinek při teplotě nižší než 37°C. Nejprve excitační účinky, posléze narkotické účinky, působí jako sedativum. Návyková droga.

13 Oxidace alkoholu v těle
Methanol se v játrech oxiduje na formaldehyd 1 2 Metanol formaldehyd kys. mravenčí

14 Ethylenglykol - ethan-1,2-diol HO–CH2–CH2–OH
Používá se do nemrznoucích směsí Fridex Toxický: 50 ml, letální: 100 ml Nasládlá chut‘, rozpustný ve vodě Glycerol - propan-1,2,3-triol (glycerin) CH2 - OH CH - OH Uhlíková kostra glycerolu je součástí biologicky významných látek v organismu

15 Reakcí s kyselinami vznikají estery – s kyselinou dusičnou vzniká glyceroltrinitrát – tzv. nitroglycerin. Podává se jako lék při onemocnění srdce

16 S kyselinou fosforečnou se esterifikuje primární –OH skupina na kyselinu 1-glycerofosforečnou.
Významný metabolit a strukturní složka komplexních lipidů.

17 Inositol: součást fosfolipidů (fosfatidylinositolu)
Sfingosin (2-amino-4oktadien-1,3diol) součást sfingolipidů v mozku Ethanolamin: ve fosfolipidech Cholin: ve fosfolipidech Acetylcholin – přenos nervových vzruchů

18 Fenoly Benzendioly Pyrokatechol - součást molekuly katecholaminů (adrenalin, noradrenalin) Resorcinol – použití jako desinfekce Hydrochinon – oxidací chinon,součást koenzymu Q (ubichinon) pyrokatechol resorcinol hydrochinon +2H -2H p- benzochinon hydrochinon

19 II.Aldehydy a ketony (oxosloučeniny)
Společná je pro ně karbonylová skupina (polární), velmi reaktivní Aldehydy - karbonyl na primárním uhlíku aromatické či alifatické redukční vlastnosti Ketony - karbonyl na sekundárním uhlíku mohou být i smíšené neredukují aldehyd keton

20 Přehled běžných aldehydů a ketonů
Formaldehyd Methanal Acetaldehyd Ethanal Propionaldehyd Propanal Akrylaldehyd Propenal Aceton propanon Ethylmethylketon Butanon Cyclohexanon Glyoxal Ethandial Benzaldehyd Cinnamaldehyd 3-phenylpropenal Acetophenon Methylphenylketon Benzophenon Diphenylketon

21 NUKLEOFILNÍ ADICE

22 Tvorba poloacetálů (hemiacetálů)
Reakce alkoholu s aldehydem nebo s ketonem. -OH skupina akoholu se váže na karbonylovou skupinu aldehydu nebo ketonu. polocetálový hydroxyl Vznik poloacetalu je zejména významný u sacharidů a je příčinou vzniku jejich cyklické struktury.

23

24 Reakce aldehydů a ketonů s aminy
R-CHNH2-COO- pyridoxalfosfát pyridoxalfosfát +AMK Aldehydy a ketony reagují s primárními aminy za vzniku iminů - Schiffovy báze: transaminace (pyridoxalfosfát) neenzymatické glykace při diabetu

25 Aldolová kondenzace glukoneogeneze

26 III.Karboxylové kyseliny
Funkční skupina je -COOH Podle počtu –COOH skupin rozlišujeme: mono-, di-, tri- až polykarboxylové kyseliny. Karboxylová skupina je polární a vytváří proto pevné vodíkové můstky Nukleofilní substituce (esterifikace)

27 Monokarboxylové kyseliny
Vzorec Triviální název kyseliny - česky Systematický název kyseliny - česky Latinský název kyseliny - acidum název soli HCOOH Mravenčí metanová formicum formiát CH3COOH Octová etanová aceticum acetát CH3CH2COOH Propionová propanová propionát CH3(CH2)2COOH Máselná butanová butyrát (CH3)2CHCOOH Isomáselná isobutanová isobutyrát CH3(CH2)3COOH Valerová pentanová valerát CH3(CH2)14COOH Palmitová hexadekanová palmitát Ústav lékařské biochemie a laboratorní diagnostiky, 1. lékařská fakulta, Univerzita Karlova v Praze a Všeobecná fakultní nemocnice v Praze,

28 Monokarboxylové kyseliny
Vzorec Triviální název kyseliny - česky Systematický název kyseliny - česky Latinský název kyseliny - acidum název soli CH3(CH2)16COOH Stearová Oktadekanová stearát CH3(CH2)7CH=CH-(CH2)7COOH Olejová oleát CH2=CHCOOH Akrylová 2-en 1-propanová akrylát Benzoová benzoicum benzoát Ústav lékařské biochemie a laboratorní diagnostiky, 1. lékařská fakulta, Univerzita Karlova v Praze a Všeobecná fakultní nemocnice v Praze,

29 Dikarboxylové kyseliny
Vzorec Triviální název kyseliny - česky Systematický název kyseliny - česky Latinský název kyseliny - acidum název soli HOOC-COOH šťavelová 1,2-ethandiová oxalicum oxalát HOOC-CH2-COOH malonová propan-1,3-diová malonicum malonát HOOC-(CH2)2-COOH jantarová butan-1,5-diová succinisum sukcinát HOOC-(CH2)3-COOH glutarová pentan-1,5-diová glutamicum glutarát maleinová cis-but-2-en-1,5-diová maleinát fumarová trans-but-2-en-1,5-diová fumarát ftalová o-benzendiová ftalát Ústav lékařské biochemie a laboratorní diagnostiky, 1. lékařská fakulta, Univerzita Karlova v Praze a Všeobecná fakultní nemocnice v Praze,

30 Funkční deriváty karboxylových kyselin
OH acylová skupina ester amid acylhalogenid anhydrid thioester

31 Substituční deriváty karboxylových kyselin
Hydroxykyseliny k. mléčná k. jablečná k. citrónová laktát malát citrát k.acetylosalicylová p-aminosalicylová

32 Ketokyseliny spontánně enolforma ketoforma k. pyrohroznová pyruvát
k. oxalooctová k. a-ketoglutarová oxalacetát a-ketoglutarát

33 Organické sloučeniny obsahující dusík

34 Dusíkaté sloučeniny Typy vazeb v dusíkatých sloučeninách: 1s2 2s2 2p3

35 Nitroderiváty: R-NO2 Substituce vodíku nitroskupinou (NO2)
Vznik nitrací uhlovodíků (HNO3) Příklad: chloramfenikol (antibiotikum) trinitrotoluen CH3

36 Aminy: R-NH2 Organické deriváty amoniaku
bazické a nukleofilní (volný elektronový pár dusíku) tvoří vodíkové můstky (velká polarita) tvorba nitrosoaminů Aminy: R-NH2 -NH NH N-

37 Význam aminů: Nejdůležitější organické zásady Význam v biochemii:
kvartérní amoniové báze biogenní aminy aminokyseliny proteiny alkaloidy

38 Kvartérní amoniové báze:
Cholin: součást fosfolipidů (fosfatidylcholin - lecitin) Acetylcholin: neurotransmiter

39 Biogenní aminy: dekarboxylace aminokyselin
součástí biomolekul, neurotransmitery Aminokyselina Amin Funkce Serin Ethanolamin Fosfolipidy Cystein Thyoethanolamin Koenzym A Threonin Aminopropanol Vitamin B12 Aspartát β-alanin Glutamát γ-aminobutyrát Neurotransmiter (GABA) Histidin Histamin Mediátor, neurotransmiter Dopa Dopamin Neurotransmiter 5-hydroxytryptofan Serotonin

40 Biogenní aminy – příklady:

41 Adrenalin a amfetaminy:
Katecholaminy (adrenalin a noradrenalin) biogenní aminy s katecholovou skupinou odvozeny od tyrozinu hormony (syntéza dřeň nadledvin), neurotransmitery (sympatikus) Amfetaminy účinek jako katecholaminy stimulační účinek (zneužívání)

42 Alkaloidy: aminy původně získané z přírodních zdrojů
významné biologické vlastnosti Příklady: Atropin – blokuje acetylcholinové receptory Kokain – stimulující účinek Reserpin – sedativum Efedrin – bronchodilatátor, snižuje překrvení sliznic

43 Opium a opiáty: = morfinové alkaloidy
významné látky v medicíně, návykové váží se na opiové receptory Příklady: Opium, morfin – tišení bolesti, z máku Kodein – analgetikum, proti kašli Heroin – syntetizován z morfinu Hledání podobných látek bez návyku:

44 Amidy: R-CO-NH2 deriváty karboxylových kyselin (aminoskupina na karbonylovém uhlíku) Vlastnosti: nejsou bazické (karbonylová skupina – delokalizace elektronového páru) vznik peptidové vazby –NH2 + HOOC- (enzymaticky katalyzované) stabilita proti hydrolýze (peptidová vazba stabilní, enzymatická hydrolýza )

45 Asparagin, glutamin: Vznik peptidové vazby:

46 Karbamát a močovina Karbamoylfosfát = amidy kyseliny uhličité (H2CO3)
- součástí vzniku močoviny a pyrimidinů

47 Močovina konečný produkt metabolismu proteinů u savců
vznik v játrech (cyklus močoviny) dobře rozpustná ve vodě (vylučování močí) biuretová reakce (průkaz močoviny, peptidové vazby) – zahřívání - biuret v alkalickém prostředí s Cu2+ fialový

48 Kreatin Kreatinin Ve svalech, přenos energie pro svalovou činnost
Vzniká ve svalech neenzymaticky z kreatinu Vylučován močí

49 Barbituráty Deriváty kyseliny barbiturové:
Sedativa, hypnotika, narkotika

50 Iminy: R-C=N-R Schiffovy báze
funkční skupiny obsahující dvojnou vazby mezi C a N, další skupiny vázané na N Mechanismus transmaninace: R-CHNH2-COO- pyridoxalfosfát pyridoxalfosfát +AMK

51 Organické sloučeniny obsahující síru

52 Sirné sloučeniny Podobné kyslíkatým sloučeninám

53 Thioly: R-SH (sulfhydrylová skupina)
Vlastnosti: Netvoří vodíkové můstky Silnější kyseliny než alkoholy Snadno oxidovatelné → disulfidy Příklady: Cystein

54 Disulfidy: R-S-S-R Disulfidické můstky mezi cysteiny
disulfidický můstek důsledek oxidace dvou -SH skupin (vratná reakce) terciární struktura proteinů!

55 Glutathion antioxidant (odstranění volných radikálů) Gly Cys Glu Gly
Glutathione peroxidasa Gly Cys Glu Gly Cys Glu Gly Cys SH Glu + R-O-O-H S S + H2O + NADPH Glutathione reductasa Redukovaný (monomer) Oxidovaný (dimer, disulfid)

56 Sulfidy: R-S-R Příklad: Methionin S-Adenosylmethionin (SAM)
= sulfoniový ion reaktivní metylová skupina (metylační agens)!

57 Sulfonové kyseliny: R-SO3H
Příklady: Taurin = derivát cysteinu Sulfonamidy důležitá chemoterapeutika sulfanilamid

58 Biologicky významné heterocykly

59 Biologicky významné deriváty
Název Struktura Biologicky významné deriváty Furan Furanosy (cukry) Pyrrol Porfin (hem, vit. B12 - kobalamin) Bilirubin Prolin, Hydroxyprolin Indol Tryptofan, Serotonin, Melatonin LSD, Psilocybin Imidazol Histidin, Histamin Biotin (vit. H)

60 Biologicky významné deriváty
Název Struktura Biologicky významné deriváty Thiazol Thiamin (vit. B1) Penicilin Pyran Pyranosy (cukry) Benzopyran Tokoferol (vit. E) Pyridin Nikotinamid (vit. B2) Pyridoxal (vit. B6)

61 Biologicky významné deriváty
Název Struktura Biologicky významné deriváty Pyrimidin Pyrimidinové báze (U,T,C) Fenobarbital Vit. B1 Purin Purinové báze (A,G) Hypoxanthin Kofein Kyselina močová Pteridin Kyselina listová (vit. B9) Isoalloxazin Riboflavin (vit. B2)

62 Pyrrol Hem Bilirubin součástí hemoglobinu, myoglobinu, cytochromů
4 pyrolová jádra + Fe2+ váže kyslík - přenos do tkání Bilirubin degradační produkt hemu exkrece žlučí

63 Indol Tryptofan Serotonin Melatonin
aminokyselina (prekurzor syntézy serotoninu a melatoninu) Serotonin neurotransmiter (ovlivňuje náladu) léky zvyšující hladinu serotoninu v mozku (léčba deprese) Melatonin hormon (reguluje cyklus spánek/bdění) ochranný účinek na organismus

64 Imidazol Histidin Histamin Biotin (vit. H)
aminokyselina (prekurzor syntézy histaminu) Histamin neurotransmiter (alergická reakce - vasodilatace, bronchospasmus) antihistaminika Biotin (vit. H) v játrech, vejcích, luštěninách, ořechách, pivu funkce: karboxylace CO2

65 reagující funkční skupina
Thiamin (vit. B1) v obilí, vepřovém masu, pivu nedostatek (choroba beriberi) funkce: např. oxidativní dekarboxylace hydroxyalkyl reagující funkční skupina Tokoferol (vit. E) v cereáliích, játrech, vejcích, slunečnicovém oleji funkce: antioxidant

66 Pyridin Nikotinamid (niacin) Pyridoxin (vit. B6)
v masu, ovoci, zelenině, pivu nedostatek (choroba pelagra) funkce: součástí NADH a NADPH (oxidoredukční reakce) NAD+ NADH NH2 Pyridoxin (vit. B6) v masu, zelenině, obilovinách funkce: metabolismus aminokyselin

67 Pyrimidinové báze součást nukleových kyselin Cytosin Uracil Thymin
(RNA i DNA) (RNA) (DNA)

68 Purinové báze součást nukleových kyselin, ATP, NADP, FAD, CoA
degradace purinových nukledotidů → kys. močová Guanin Adenin Kys. močová (RNA i DNA) (RNA i DNA) ATP

69 Kyselina listová Riboflavin v zelené zelenině, játrech
nedostatek (megaloblastická anémie) funkce: transfer C-zbytků (např. syntéza nukleotidů) Riboflavin v mléku, vejcích funkce: součástí FMN a FAD (oxidoredukční reakce) riboflavin FAD FADH2

70 Děkuji za pozornost