Оптические изомеры и их влияние на организм человека

Благодаря этому обстоятельству иногда наблюдаются весьма интересные эффекты, в частности, избирательное поглощение или разрушение живыми организмами одного из стереоизомеров, используется для получения оптически активных соединений на основе рацемата.

Гипотеза возникновения раковых опухолей:

Данная теория была предложена в конце 30-х годов учеными Кегелем и Эркслебеном.

Согласно данной теории D-глутаминовая кислота, накапливающаяся с возрастом, является канцерогенным веществом, и способствует образованию раковых клеток.

Рацемизационная гипотеза старения

Данная гипотеза была предложена в середине XX века ученым Куном.

Согласно данной теории по мере старения организма в белках увеличивается содержание D-аминокислот, которые не выводятся и организма.

Накопление D-аминокислот приводит к процессам характерным для людей пожилого возраста: уменьшению скорости кроветворения, замедлению процесса обновления плазмы,

ухудшению процесса нейтрализации токсинов и антител, снижение адаптивных возможностей организма.

4. Пространственное строение углеводов и их влияние

4.1 Строение углеводов

Рассмотрим стереоизомерию углеводов на примере моносахаридов.

Молекулы моносахаридов содержат несколько центров хиральности, что служит причиной существования большого числа стереизомеров, соответствующих одной и той же структурной формуле. Например, в альдогексозе имеются четыре хиральных атома углерода HOCH(*CHOH)₄CHO и ей соответствуют 16 стереоизомеров (2⁴), т.е. 8 пар энантиомеров. По сравнению с соответствующимиальдозамикетогесозыHOCH₂(*CHOH)₃(O)CH₂OH содержат на один хиральный атом углерода меньше, поэтому число стереоизомеров (2³) уменьшается до 8 (4 пары энантиомеров).

Открытые (незамкнутые) формы моносахаридов изображают в виде проекционных формул Фишера.

Углеродная цепь в них записывается вертикально. У альдоз наверху помещают альдегидную группу, у кетоз - соседнюю с карбонильнойпервичноспиртовую группу. С этих групп начинают нумерацию цепи.(рис.18)

Рис.18. Важнейшие представители моносахаридов

Относительная конфигурация моносахаридов определяется по конфигурационному стандарту - глицериновому альдегиду. С конфигурацией его хирального центра сравнивается конфигурация наиболее удаленного от карбонильной группы ("концевого") асимметрического атома углерода, имеющего наибольший номер.

В альдопентозах таким атомом будет С-4 и т.п. При совпадении конфигурации этого атома углерода с конфигурацией D-глицеринового альдегида моносахарид в целом относят к D-ряду. И, наоборот, при совпадении с конфигурацией к L-ряду.

Семейство альдоз формально можно произвести от родоначального соединения - глицеринового альдегида (альдотриозы), а семейство кетоз - от дигидроксиацетона HOCH₂C(O)CH₂OH (кетотриозы) путем последовательного наращивания цепи на один атом углерода. Подавляющие большинство природных моносахаридов принадлежит к D-ряду. Ниже на рис.19показано генетическое родство альдоз D-ряда с D-глицериновым альдегидом.

Каждой альдозеD-ряда соответствует энантиомерL-ряда с противоположной конфигурацией всех центров хиральности.

Знак вращения плоскости поляризации света моносахаридами непосредственно нельзя связать с их принадлежностью к D- или L-рядам, он определяется экспериментально. Так, среди альдопентоз и альдогексозD-стереохимического ряда имеются как лево-, так и правовращающие соединения.

Как видно из рис.19, восемь стереоизомеров

D- альдогексоз имеют одинаковое строение, но отличаются конфигурацией одного или нескольких асимметрических атомов углерода, т.е. являются диастереомерами.

Соответственно альдопентозы имеют четыре диастереомера.Диастереомеры моносахаридов, различающихся конфигурацией только одного асимметрического атома углерода, называются эпимерами. Эпимеры - частный случай диастереомеров.

Физиологически важные моносахариды

В ходе метаболической деградации глюкозы при гликолизе образуются производные различныхтриоз.

Метаболические превращения глюкозы по пентозофосфатному пути приводят к образованию производных триоз, тетроз и пентоз, а также к образованию семиуглеродного сахара (седогептулозы). Пятиуглеродные моносахариды, пентозы, являются важными компонентами нуклеотидов, нуклеиновых кислот и многих коферментов (см. приложение№2). Из гексоз наиболее важное физиологическое значение имеют глюкоза, галактоза, фруктоза и манноза (см. приложение №3).

Структура биологически важныхальдосахаров показана на рис.20

Рис.20. Структурные соотношения между альдозамиD-ряда. D-треоза физиологической ценности не представляет

Пять кетосахаров, играющих важную роль в метаболизме, представлены на рис.21.

Рис.21. Кетозы (ряд примеров)

Самостоятельное значение имеют производные глюкозы, содержащие карбоксильную группу: б-D-глюкуронат (компонент глюкуронидов и гликоза-миногликанов) и его метаболические производные в-L-идуронат (компонент гликозаминогликанов, рис.22) и L-гулонат (участвует в метаболизме уроно-вой кислоты).

Рис.22 б-D-глюкуронат (слева) и в-L-идуронат (справа)

4.2 Гликозиды

Гликозиды -- это соединения, образующиеся путем конденсации моносахарида (или моносахаридного остатка в составе более сложного сахара) с гидроксильной группой другого соединения, которым может быть другой моносахарид или вещество неуглеводной природы (тогда его называют агликоном). Гликозидную связь называют ацетальной, так как она образуется в результате реакции между полуацетальной группой (образующейся при взаимодействии альдегида с --ОН-группой) и другой -- ОН-группой. Если полуацетальная группа принадлежит глюкозе, образующееся соединение называют глюкозидом, если галактозе--галактозидом и т.д.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис.23. Стрептомицин (слева) и уабаин (справа)

Гликозиды найдены в составе многих лекарств и пряностей, они являются также компонентами животных тканей. Агликонами могут быть метанол, глицерол, какой-либо стерол или фенол.

Гликозиды, имеющие важное медицинское значение, а именно влияющие на работу сердца (сердечные гликозиды), содержат в качестве агликонового компонента стероиды; так, из наперстянки и строфанта выделен гликозид уабаин -- ингибитор

Na⁺/K⁺-ATPaзы клеточных мембран. К числу гликозидов относится ряд антибиотиков, в частности стрептомицин (рис. 23).

Дезоксисахара

У дезоксисахаров одна из гидроксильных групп, присоединенных к кольцевой структуре, замещена на атом водорода. Они образуются при гидролизе ряда соединений, играющих важную роль в биологических процессах.

Примером служит дезоксирибоза (рис.24.), входящая в состав нуклеиновых кислот (ДНК).

Рис.24. 2-Дезокси-D-рибофураноза (дезоксирибоза)

Другими примерами дезоксисахаров являются L-фукоза (рис.25)--компонент ряда гликопротеинов и 2-дезоксиглюкоза--ингибитор метаболизма глюкозы.

Рис.25. в-L-Фукоза (6-дезокси-в-L-галактоза)

Аминосахара (гексозамины)

Примерами аминосахаров служат D-глюкозамин (рис.26), D-галактозамин и D-маннозаминвсе эти вещества обнаружены в природе. Глюкозамин является компонентом гиалуроновой кислоты. Галактозамин (хондрозамин) входит в состав хондроитина.

Рис.26. Глюкозамин (2-амино- D-глюкопираноза) (б-форма)

Ряд антибиотиков (эритромицин, карбомицин) содержит в своем составе аминосахара. Считается, что аминосахара вносят существенный вклад в биологическую активность этих антибиотиков.

Дисахариды

Рис.27. Структура ряда важных дисахаридов

Дисахариды представляют собой сахара, состоящие из двух моносахаридных остатков, соединенных гликозидной связью (рис.27.). Их химическое название отражает название составляющих их моносахаридов. Физиологически важными дисахаридами являются. мальтоза, сахароза, лактоза и трегалоза (см.приложение№4).

Заключение

Проанализировав множество литературных источников, я прихожу к выводу: оптическая изомерия оказывает огромное влияние на организм человека.

В моей курсовой работе приведены основные особенности пространственного строения важнейших для организма соединений: аминокислот и углеводов. Как было сказано выше, аминокислоты организма человека состоят только из L-аминокислот. Существуют особые ферментативные системы, способные отличить нужные для организмаL-аминокислоты от D-аминокислот. Что же касается углеводов, то они состоят только из D-моносахаридов.

Также была затронута тема оптической изомерии лекарственных препаратов. Некоторые лекарственные препараты являются энантиомерами. Изучение влияние тех или иных энантиомеров лекарственных препаратов играет очень важную роль в терапии многих заболеваний.

Я считаю, что для фармацевта, как специалиста, важно хотя бы иметь представление об оптической изомерии. И различать лево- и правовращающие изомеры. Моя курсовая работа является лишь началом в дальнейшей работе по выявлению влияния оптической изомерии на организм человека.

Библиографический список

1. Вайзман Ф. Л. "Основы органической химии"

2. Грандберг И.И. "Органическая химия"

3. Гудман М., Морхауз Ф. "Органические молекулы в действии"

4. Дунина В.В., Белецкая И.П. // Журн. орган. Химии

5. Зык Н.В., Белоглазкина Е.К., Тиханушкина В.Н "Основы стереохимии"

6. Интернет-ресурс: http://www.krugosvet.ru/enc/nauka_i_tehnika/fizika/OPTICHESKAYA_IZOMERIYA.html?page=0,4

7. Ленинджер А. "Основы биохимии. Том 1"

8. Марри Р., Греннер Д., Мейс П., Родуэл В. "Биохимия человека. Том 1"

9. Перекалин В.В. "Органическая химия"

10. Потапов В.М. "Стереохимия"

11. Раубах Х. "Загадки молекул"

12. Северин Е.С. "Биохимия"

13. Травень В.Ф. "Органическая химия. Том1"

14. Тюкавкина Н.А. "Органическая химия"

15. Тюкавкина Н.А., Бауков Ю.И. "Биоорганическая химия"

16. Хазова О. "Аминокислоты"

Приложение №1. Схема строения поляриметра

1-источник света, 2- поляризатор, 3-поляметрическая трубка, 4-анализатор

Оптический поляриметр Р1000

Приложение №2 Физиологически важные пентозы

Приложение №3Физиологически важные гексозы

Приложение №4 Физиологическое влияние дисахаридов

Размещено на Allbest.ru