Organické sloučeniny obsahující kyslík, síru a dusík Biologicky významné heterocykly Tereza Popelková
Organické sloučeniny obsahující kyslík Hydroxyderiváty Ethery Karbonylové sloučeniny Karboxylové sloučeniny a deriváty
Elektronová konfigurace atomu kyslíku 1s 2 2s 2 2p 4 Ve sloučeninách jako dvojvazný O O
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 Karbonylové sloučeniny sloučeniny s karbonylovou skupinou (alkoholy, fenoly) R H C = O - - - - C = O - R C = O R - Karboxylové kyseliny sloučeniny s karboxylovou skupinou H - R - - O - - C = O
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.
I. Hydroxyderiváty Chovají se jako kyselina i jako zásada: alkohol alkoxidový ion alkohol oxoniový ion
I. Hydroxyderiváty Podle počtu OH skupin v molekule: Monohydroxyderiváty Polyhydroxyderiváty (polyoly) Dioly (dihydroxyderiváty) Trioly (trihydroxyderiváty) Tetroly (tetrahydroxyderiváty)
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
Eliminace Dehydratace glykolýza: 2-fosfoglycerát fosfoenolpyruvát
Oxidace alkoholů
Biologické vlastnosti alkoholů molekuly léčiv obsahují OH skupinu zvýšení polarity a rozpustnosti ve vodě hypnotická aktivita stoupá od terciárních k primárním alkoholům steroidy, hormony
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.
Oxidace alkoholu v těle Methanol se v játrech oxiduje na formaldehyd 1 2 Metanol formaldehyd kys. mravenčí
Ethylenglykol - ethan-1,2-diol HO CH 2 CH 2 OH Používá se do nemrznoucích směsí Fridex Toxický: 50 ml, letální: 100 ml Nasládlá chut, rozpustný ve vodě, bezbarvý Glycerol - propan-1,2,3-triol (glycerin) Uhlíková kostra glycerolu je součástí biologicky významných látek v organismu (TAG). CH 2 - OH CH - OH CH 2 - OH
Reakcí s kyselinami vznikají estery s kyselinou dusičnou vzniká glyceroltrinitrát tzv. nitroglycerin. Podává se jako lék při onemocnění srdce
S kyselinou fosforečnou se esterifikuje primární OH skupina na kyselinu 1-glycerofosforečnou. Významný metabolit a strukturní složka komplexních lipidů.
Inositol součást fosfolipidů (fosfatidylinositolu) Sfingosin (2-amino-4oktadien-1,3diol) součást sfingolipidů v mozku Ethanolamin ve fosfolipidech Cholin ve fosfolipidech Acetylcholin přenos nervových vzruchů
Fenoly Benzendioly pyrokatechol resorcinol hydrochinon Pyrokatechol - součást molekuly katecholaminů (adrenalin, noradrenalin) Resorcinol použití jako desinfekce +2H -2H Hydrochinon oxidací chinon, součást koenzymu Q (ubichinon) p- benzochinon hydrochinon
II. Karbonylové sloučeniny Společná je pro ně karbonylová skupina (polární), velmi reaktivní R 1 R 1 C O Aldehydy - karbonyl na primárním uhlíku - aromatické či alifatické red. vlastnosti O R C H aldehyde aldehyd Ketony - karbonyl na sekundárním uhlíku - mohou být i smíšené - neredukují O R C H aldehyde O R C R ketone keton
Přehled běžných aldehydů a ketonů Formaldehyd Metanal Acetaldehyd Etanal Propionaldehyd Propanal Akrylaldehyd Propenal Aceton propanon Etylmetylketon Butanon Glyoxal Ethandial Benzaldehyd Cinnamaldehyd 3-fenylpropenal Acetofenon Metylfenylketon Benzofenon Difenylketon Cyclohexanon
NUKLEOFILNÍ ADICE
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.
Reakce aldehydů a ketonů s aminy R-CHNH 2 -COO - pyridoxalfosfát pyridoxalfosfát +AMK Aldehydy a ketony reagují s primárními aminy za vzniku iminů - Schiffovy báze: transaminace (pyridoxalfosfát) neenzymatické glykace při diabetu
Glukoneogeneze: Aldolová kondenzace
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 CH 3 C O O H CH 3 Nukleofilní substituce (esterifikace): H O O C
Monokarboxylové kyseliny Vzorec Triviální název kyseliny - česky Systematický název kyseliny - česky Latinský název kyseliny - acidum Název soli HCOOH Mravenčí metanová formicum formiát CH 3 COOH Octová etanová aceticum acetát CH 3 CH 2 COOH Propionová propanová propionát CH 3 (CH 2 ) 2 COOH Máselná butanová butyrát (CH 3 ) 2 CHCOOH Isomáselná isobutanová isobutyrát CH 3 (CH 2 ) 3 COOH Valerová pentanová valerát CH 3 (CH 2 ) 14 COOH Palmitová hexadekanová palmitát Ústav lékařské biochemie a laboratorní diagnostiky, 1. lékařská fakulta, Univerzita Karlova v Praze a Všeobecná fakultní nemocnice v Praze, 2005-2014
Monokarboxylové kyseliny Vzorec Triviální název kyseliny - česky Systematický název kyseliny - česky Latinský název kyseliny - acidum Název soli CH 3 (CH 2 ) 16 COOH Stearová Oktadekanová stearát CH 3 (CH 2 ) 7 CH=CH- (CH 2 ) 7 COOH Olejová oleát CH 2 =CHCOOH Akrylová Propan-2-enová akrylát COOH Benzoová benzoicum benzoát Ústav lékařské biochemie a laboratorní diagnostiky, 1. lékařská fakulta, Univerzita Karlova v Praze a Všeobecná fakultní nemocnice v Praze, 2005-2014
Dikarboxylové kyseliny Vzorec Triviální název kyseliny - česky Systematický název kyseliny - česky Latinský název kyseliny - acidum Název soli HOOC-COOH šťavelová ethandiová oxalicum oxalát HOOC-CH 2 -COOH malonová propan-1,3-diová malonicum malonát HOOC-(CH 2 ) 2 -COOH jantarová butan-1,5-diová succinisum sukcinát HOOC-(CH 2 ) 3 -COOH glutarová pentan-1,5-diová glutamicum glutarát HOOC H C C COOH H maleinová cis-but-2-en-1,5- diová maleinát HOOC H C C H COOH fumarová trans-but-2-en-1,5- diová fumarát COOH COOH ftalová o-benzendiová ftalát Ústav lékařské biochemie a laboratorní diagnostiky, 1. lékařská fakulta, Univerzita Karlova v Praze a Všeobecná fakultní nemocnice v Praze, 2005-2014
Funkční deriváty karboxylových kyselin OH acylová skupina ester amid acylhalogenid anhydrid thioester
Substituční deriváty karboxylových kyselin Hydroxykyseliny: k. mléčná laktát k. jablečná malát COOH k. citrónová citrát COOH O C CH3 OH O k.acetylosalicylová NH2 p-aminosalicylová
Ketokyseliny: enolforma spontánně ketoforma k. pyrohroznová pyruvát k. oxalooctová oxalacetát k. α-ketoglutarová α-ketoglutarát
Organické sloučeniny obsahující dusík Nitroderiváty Aminy Amidy Imidy
Dusíkaté sloučeniny Typy vazeb v dusíkatých sloučeninách: 1s 2 2s 2 2p 3 ve sloučeninách jako trojvazný 2
Nitroderiváty: R-NO 2 Substituce vodíku nitroskupinou (NO 2 ) Vznik nitrací uhlovodíků (HNO 3 ) Příklad: chloramfenikol (antibiotikum) trinitrotoluen CH 3
Organické deriváty amoniaku Aminy: R-NH 2 -NH 2 -NH- -N- bazické a nukleofilní (volný elektronový pár dusíku) tvoří vodíkové můstky (velká polarita) tvorba nitrosoaminů
Význam aminů: Nejdůležitější organické zásady Význam v biochemii: kvartérní amoniové báze biogenní aminy aminokyseliny proteiny alkaloidy
Kvartérní amoniové báze: Cholin: R R' + N R'' R''' součást fosfolipidů (fosfatidylcholin - lecitin) Acetylcholin: neurotransmiter
Biogenní aminy: dekarboxylace aminokyselin součástí biomolekul, neurotransmitery Aminokyselina Amin Funkce Serin Ethanolamin Fosfolipidy Cystein Thyoethanolamin Koenzym A Threonin Aminopropanol Vitamin B 12 Aspartát β-alanin Koenzym A Glutamát Histidin γ-aminobutyrát Histamin Neurotransmiter (GABA) Mediátor, neurotransmiter Dopa Dopamin Neurotransmiter 5-hydroxytryptofan Serotonin Mediátor, neurotransmiter
Biogenní aminy příklady:
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)
Alkaloidy: aminy původně získané z přírodních zdrojů významné biologické vlastnosti Příklady: Atropin blokuje acetylcholinové receptory Kokain stimulující účinek Reserpin antihypertenzivum Efedrin bronchodilatátor, snižuje překrvení sliznic
Opium a opiáty: = morfinové alkaloidy významné látky v medicíně, návykové váží se na opiové receptory Příklady: Opium, morfin tišení bolesti (zdroj: mák) Kodein analgetikum, proti kašli Heroin syntetizován z morfinu Hledání podobných látek bez návyku:
Amidy: R-CO-NH 2 deriváty karboxylových kyselin (aminoskupina na karbonylovém uhlíku) Vlastnosti: nejsou bazické (karbonylová skupina delokalizace elektronového páru) vznik peptidové vazby NH 2 + HOOC- (enzymaticky katalyzované) stabilita proti hydrolýze (peptidová vazba stabilní, enzymatická hydrolýza )
Asparagin, glutamin: Vznik peptidové vazby:
Karbamát a močovina = amidy kyseliny uhličité (H 2 CO 3 ) Karbamoylfosfát součástí vzniku močoviny a pyrimidinů
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 Cu 2+ fialový
Kreatin ve svalech, přenos energie pro svalovou činnost Kreatinin vzniká ve svalech neenzymaticky z kreatinu vylučován močí clearance kreatininu
Barbituráty deriváty kyseliny barbiturové: sedativa, hypnotika, narkotika
Iminy: R-C=N-R Schiffovy báze funkční skupiny obsahující dvojnou vazby mezi C a N, další skupiny vázané na N Mechanismus transaminace: R-CHNH 2 -COO - pyridoxalfosfát pyridoxalfosfát +AMK
Organické sloučeniny obsahující síru Thioly Disulfidy Sulfonové kyseliny
Sirné sloučeniny podobné kyslíkatým sloučeninám:
Thioly: R-SH (sulfhydrylová skupina) Vlastnosti: Netvoří vodíkové můstky Silnější kyseliny než alkoholy Snadno oxidovatelné disulfidy Příklady:
Disulfidy: R-S-S-R Disulfidické můstky mezi cysteiny disulfidický můstek důsledek oxidace dvou -SH skupin (vratná reakce) terc. struktura proteinů!
Glutathion antioxidant (odstranění volných radikálů) Gly Glutathione peroxidasa + R-O-O-H Gly Gly Cys SH Cys S S Cys + H 2 O Glu + NADPH Glutathione reductasa Glu Glu Redukovaný Oxidovaný (monomer) (dimer, disulfid)
Sulfidy: R-S-R Příklad: Methionin S-Adenosylmethionin (SAM) = sulfoniový ion reaktivní metylová skupina (metylační agens)
Sulfonové kyseliny: R-SO 3 H Příklady: Taurin = derivát cysteinu Sulfonamidy důležitá chemoterapeutika sulfanilamid
Biologicky významné heterocykly
Název Struktura Biologicky významné deriváty Furan O Furanózy (cukry) Pyrrol Indol N H N H Porfin (hem, vit. B 12 ) Bilirubin Prolin, Hydroxyprolin Tryptofan, Serotonin, Melatonin LSD, Psilocybin Imidazol N H N Histidin, Histamin Biotin (vit. H)
Název Struktura Biologicky významné deriváty Thiazol S N Thiamin (vit. B 1 ) Penicilin Pyran Pyranózy (cukry) O O Benzopyran Tokoferol (vit. E) Pyridin N Nikotinamid (vit. B 2 ) Pyridoxal (vit. B 6 )
Název Pyrimidin Struktura N Biologicky významné deriváty Pyrimidinové báze (U,T,C) Fenobarbital Purin N N N N N H N N Vit. B 1 Purinové báze (A,G) Hypoxanthin Kofein Kyselina močová Pteridin Kyselina listová (vit. B 9 ) N N Isoalloxazin Riboflavin (vit. B 2 )
tereza.popelkova@lfmotol.cuni.cz DĚKUJI ZA POZORNOST