Студопедия

КАТЕГОРИИ:


Архитектура-(3434)Астрономия-(809)Биология-(7483)Биотехнологии-(1457)Военное дело-(14632)Высокие технологии-(1363)География-(913)Геология-(1438)Государство-(451)Демография-(1065)Дом-(47672)Журналистика и СМИ-(912)Изобретательство-(14524)Иностранные языки-(4268)Информатика-(17799)Искусство-(1338)История-(13644)Компьютеры-(11121)Косметика-(55)Кулинария-(373)Культура-(8427)Лингвистика-(374)Литература-(1642)Маркетинг-(23702)Математика-(16968)Машиностроение-(1700)Медицина-(12668)Менеджмент-(24684)Механика-(15423)Науковедение-(506)Образование-(11852)Охрана труда-(3308)Педагогика-(5571)Полиграфия-(1312)Политика-(7869)Право-(5454)Приборостроение-(1369)Программирование-(2801)Производство-(97182)Промышленность-(8706)Психология-(18388)Религия-(3217)Связь-(10668)Сельское хозяйство-(299)Социология-(6455)Спорт-(42831)Строительство-(4793)Торговля-(5050)Транспорт-(2929)Туризм-(1568)Физика-(3942)Философия-(17015)Финансы-(26596)Химия-(22929)Экология-(12095)Экономика-(9961)Электроника-(8441)Электротехника-(4623)Энергетика-(12629)Юриспруденция-(1492)Ядерная техника-(1748)

Синтезы вторичных метаболитов триптофана

Особенно высокая активность амилаз и a-глюканфосфорилаз наблюдается при прорастании семян, клубней и луковиц, когда в них происходит интенсивный распад полисахаридов крахмала и увеличивается концентрация декстринов, мальтозы и моносахаридов, используемых для формирования тканей проростков.

В процессе распада крахмал не только может превращаться в мальтозу и глюкозу, но также и в сахарозу. Наиболее активно такие превращения происходят в листьях растений с фотосинтетическим крахмалом. На первом этапе указанных превращений под действием соответствующего трансгликозилирующего фермента остатки глюкозы от крахмала переносятся на УДФ, в результате образуется УДФ-глюкоза:

(глюкоза)n + УДФ ¾® УДФ-глюкоза + (глюкоза)n-1

крахмал декстрин

Затем под действием фермента сахарозо-УДФ-глюкозилтрансферазы остаток глюкозы от УДФ-глюкозы переносится на фруктозу с образованием сахарозы:

УДФ-глюкоза + фруктоза D сахароза + УДФ

Совершенно очевидно, что в результате обращения указанных выше двух реакций возможно также превращение сахарозы в крахмал.

Синтез и распад полифруктозидов. В растениях найдены ферменты, катализирующие превращения сахарозы в полифруктозиды и свободную глюкозу. У некоторых растительных видов (мятликовые, лилейные, астровые, колокольчиковые) образовавшиеся при фотосинтезе углеводы превращаются во фруктозиды, которые затем поступают в созревающие семена или другие запасающие органы. Схематически превращение сахарозы в полифруктозиды можно представить следующим образом:

n сахароза ¾® n глюкоза + [фруктоза]ո

 
 

Ферменты, катализирующие указанные превращения содержатся также в клетках бактерий. Донором фруктозных остатков при синтезе полифруктозидов служит УДФ-фруктоза:

При биосинтезе инулина остатки фруктозы присоединяются от УДФ-фруктозы к молекуле сахарозы, включающей остатки глюкозы и фруктозы:

глюкозо-О-фруктоза + УДФ-фруктоза ¾®глюкозо-О-фруктоза-О-фруктоза + УДФ

сахароза

В ходе реакции между остатками фруктозы образуется b(1®2)-связь. В дальнейшем к полученному продукту вновь осуществляется перенос остатка фруктозы от УДФ-фруктозы с образованием новой b(1®2)-связи. Удлинение полифруктозной цепи по указанному механизму будет продолжаться до тех пор, пока полностью не закончится синтез молекулы инулина. Распад молекулы инулина происходит гидролитическим путём под действием фермента инулазы (3.2.1.7) с образованием свободной фруктозы и сахарозы. Другие полифруктозиды гидролизуются соответствую-щими гликозидазами до свободной фруктозы.

Синтез и распад целлюлозы. Молекулы целлюлозы построены из остатков b-D-глюкозы, соединённых b(1®4)-связями. В опытах in vitro с использованием бесклеточных ферментных экстрактов, выделенных из растений, показано, что синтез клетчатки может осуществляться из УДФ-глюкозы или ГДФ-глюкозы (гуанозиндифосфатглюкозы), а также фрагментов целлюлозы (целлодекстринов), выполняющих роль акцепторов остатков b-глюкозы.

Содержащийся в составе этих экстрактов фермент целлюлозосинтетаза (2.7.7.34) катализирует синтез молекул целлюлозы по схеме:

[b-глюкоза]n + ГДФ-b-глюкоза ¾® [b-глюкоза]n+1 + ГДФ

Молекулы фермента образуют полиферментный комплекс, который катализирует одновременный синтез многих молекул целлюлозы, формирующих микрофибриллу. В микрофибриллах полимерные цепи из остатков β-глюкозы соединены водородными связями.

Молекулы целлюлозы расщепляются в основном путём гидролиза под действием фермента целлюлазы (3.2.1.4) с образованием целлобиозы. Особенно высокой целлюлазной активностью отличаются клетки многих почвенных микроорганизмов, а также клетки бактерий пищеварительной системы жвачных животных. Имеются также сведения о том, что и в листьях растений при их старении происходит процесс распада целлюлозы и превращения её в растворимые формы, которые затем подвергаются оттоку в созревающее зерно или клубни.

Продукт гидролиза целлюлозы – целлобиоза подвергается гидролитическому расщеплению с участием фермента b-глюкозидазы (3.2.1.21) до свободной b-глюкозы.

Гемицеллюлозы. В биосинтезе гемицеллюлоз также принимают участие ферменты, катализирующие перенос остатков моносахаридов от их нуклиозиддифосфатпроизводных на соответствующий олигосахарид, служащий первичным акцептором при образовании полисахарида. В качестве донора остатков ксилозы для синтеза ксиланов используется УДФ-ксилоза. Донором остатков арабинозы при образовании молекул арабанов служит УДФ-арабиноза. Для синтеза маннанов активированной формой моносахаридных остатков для включения в состав полисахаридной цепи является ГДФ-манноза (гуанозиндифосфатманноза).

Распад гемицеллюлоз происходит в основном гидролитическим путём под действием ферментов гемицеллюлаз. Такие ферменты найдены в клетках бактерий и плесневых грибов, а также в прорастающих семенах растений. Активирование гемицеллюлаз наблюдается в листьях растений в процессе их старения, при этом образующиеся в результате гидролиза гемицеллюлоз растворимые формы углеводов поступают в созревающие семена или клубни (у картофеля). Отмечается распад гемицеллюлоз и при созревании плодов у некоторых плодовых культур.

Пектиновые вещества. Пектины синтезируются из УДФ-галактуроновой кислоты, которая образуется при окислении УДФ-глюкозы или УДФ-галактозы, а также в результате активирования свободной галактуроновой кислоты путём фосфорилирования и взаимодействия с УТФ:

 

галактуроновая кислота + АТФ ¾® 1-фосфогалактуронова кислота + АДФ

1-фосфогалактуроновая кислота + УТФ ¾® УДФ-галактуроновая кислота + Н4Р2О7


В ходе образования пектинов остатки a- D -галактуроновой кислоты под действием специфических трансфераз переносятся от УДФ-галактуроновой кислоты на соответствующий акцептор. Одновременно происходят реакции метилирования карбоксильных групп под действием фермента метилтрансферазы, катализирующего перенос метильных радикалов от S-аденозилметионина на полигалактуроновую кислоту:

S-аденозил-

гомоцистеин

полигалактуроновая пектин

кислота

 

При взаимодействии пектина с галактанами и арабанами осуществляется синтез сложноэфирных связей протопектина с участием карбоксильных групп, содержащихся в молекулах пектина. Эти реакции также катализируют специфические трансферазы, осуществляющие синтез протопектина в клеточных стенках растений или в формирующихся плодах.

Распад протопекина происходит гидролитическим путём под действием ферментов протопектиназ, катализирующих гидролиз сложноэфирных связей, соединяющих полимерные цепи пектина с галактанами и арабанами. Процессы гидролиза протопекинов очень активно протекают в растениях при созревании плодов и старении листьев.

Под действием фермента пектазы (3.1.1.11), катализирующего гидролиз сложноэфирных связей метоксильных групп, пектины превращаются в полигалактуроновую (пектиновую) кислоту и метиловый спирт. Полигалактуроновая кислота в отличие от пектина не обладает способностью образовывать желе, но очень легко взаимодействует с катионами металлов, образуя нерастворимые соли. На этом основано химическое определение пектиновых веществ и происходит их защитное действие в пищеварительной системе человека и животных по связыванию и выведению из организма катионов тяжелых металлов.

Пектиновая кислота подвергается гидролизу с участием фермента полигалактуроназы (3.2.1.15), или пектиназы, действующей на О-глико-зидные связи, соединяющие остатки a- D -галактуроновой кислоты. Комплекс ферментов, гидролизующих пектиновые вещества, особенно активен в препаратах, получаемых из плесневых грибов. В связи с этим указанные препараты применяются для осветления плодовых соков и вин, содержащих растворимый пектин, который является причиной их возможной непрозрачности.

 

Вопросы для повторения:

1. В какой последовательности происходит синтез гексозы из СО2 и Н2О в ходе реакций цикла Кальвина? 2. При каких условиях усиливаются реакции фотодыхания и как они влияют на эффективность процесса фотосинтеза? 3. Как происходит ассимиляция СО2 у С4-растений? 4. Какие биохимические реакции происходят в пентозофосфатном цикле и какова его биологическая роль? 5. Как происходит синтез из моносахаридов спиртов? 6. Какие известны взаимные превращения гексоз (глюкозы, фруктозы, маннозы и галактозы)? 7. Каковы механизмы образования в организмах рибозы, ксилозы, арабинозы, эритрозы, глицеринового альдегида и диоксиацетона? 8. Как осуществляются синтез и превращения сахарозы и других олигосахаридов? 9. Какие биохимические реакции лежат в основе синтеза и распада крахмала, полифруктозидов, целлюлозы, гемицеллюлоз, пектиновых веществ? 10. С участием каких ферментов происходят синтез, превращения и распад раличных моносахаридов, сахарозы, крахмала и других полисахаридов?

 

Резюме по модульной единице. Первичный синтез углеводов в фотосинте-зирующих клетках осуществляется в ходе реакций цикла Кальвина. У С₃-растений эти реакции происходят в тех же клетках, в которых протекают фотохимические реакции усвоения солнечной энергии, а у С₄-растений – в клетках обкладочной паренхимы. В реакциях цикла Кальвина образуются не свободные моносахариды, а их фосфорнокислые эфиры – 3-фосфоглицериновый альдегид, фосфодиоксиацетон, эритрозо-4-фосфат, рибозо-5-фосфат, фруктозо-6-фосфат. В нефотосинтезирующих клетках указанные фосфаты моносахаридов синтезируются в ходе реакций пентозофосфатного цикла. Фосфорнокислые эфиры триоз образуются также в анаэробной стадии дыхания. Фосфаты моносахаридов легко подвергаются взаимопревращениям под действием соответствующих изомераз. Полный распад моносахаридов осуществляется в реакциях дыхания. Ксилоза и арабиноза образуются в результате окислительного декарбоксилирования глюкозы и галактозы.

В синтезе олиго- и полисахаридов важную роль играют нуклеозиддифосфат-производные моносахаридов – УДФ-глюкоза, УДФ-фруктоза, ГДФ-глюкоза, АДФ-глюкоза, УДФ-галактуроновая кислота и др. Они служат донорами моносахаридных остатков при синтезе олиго- и полисахаридов. Активирование молекул моносахаридов происходит путём фосфорилирования, которое катализируют ферменты – киназы (фосфотрансферазы). Синтез сложных углеводов катализируют гликозилтрансферазы, а распад – соответствующие гликозидазы – β-фруктофуранозидаза, α-глюкозидаза, амилазы, инулаза, протопектиназы и пектиназы, целлюлазы и др. В распаде крахмала участвуют также фосфорилазы, под действием которых из крахмала образуется глюкозо-1-фосфат.

 

Тестовые задания к лекции. Тесты № 115-155.

путем создания индольного ядра с боковой аминоалкильной цепью в ходе реакции

 

Для синтеза биологически активных производных индола по реакции Джеппа-Клингемана используют 2-алкилацетоуксусный эфир, содержащий функциональную группу в алкильном заместителе.

Кроме защищенной аминогруппы были использованы диметиламино-, карбэтокси-, цианогруппы и галоген производные.

Подобным образом был получен серотонин (20).

Описанный синтез 5-гидрокситриптамина пригоден для работы с относительно большими количествами и использует в качестве исходных соединений легко доступные исходные вещества.

Этил-a-ацетил-d-фталимидовалерат, получают с 96% выходом из 3-фталимидопропилбромида и ацетоуксусного эфира. Затем проводят конденсацию с п -бен­зилоксифенилдиазоний хлоридом в присутствии ацетата натрия; образующийся фенилгидразон (90%) циклизуется при насыщении кипящего этанольного раствора хлористым водородом, давая этил-5-бензилокси-3-(2’-фталимидоэтил)индол-2-карбоксилат с выходом 51-58%.

Щелочной гидролиз эфира дает 98% выход дикислоты, которая при 240-250°, циклизуясь, повергалась сопутствующему декарбоксилированию и дегидратации, давая 5-бензилокси-3-(2’-фталимидоэтил)индол с выходом 84%.

5-Бензилокси-3-(2’-фталимидоэтил)индол был превращен в 5-бензилокситриптамин с выходом до 73% действием гидразин гидрата в кипящем этаноле. Восстановительное дебен­зилирование в присутствии палладия на угле дало 5-гидрокситриптамин.

 

Несмотря на легкую доступность исходных соединений и высокие выходы на отдельных стадиях метод имеет ограничения при синтезе триптаминов с некоторыми заместителями в бензольном кольце, например нитрогруппа. Более удобный и универсальный метод использует в качестве исходных соединений соответствующим образом замещенные гидразины и g-фталимидомасляный альдегид:

В качестве циклизующего агента предлагается использовать кипящий раствор сульфосалициловой кислоты в уксусной кислоте. Применение этого реагента обеспечивает условия, при которых гидразон вступает в реакцию практически мгновенно, а выделяющееся тепло отводится за счет теплоты испарения растворителя. Это дает возможность регулировать интенсивность процесса скоростью прибавления гидразона и применять значительные загрузки последнего. При охлаждении фталимидотриптамины выделяются в довольно чистом состоянии. Декарбоксилирование при этом способе не требуется. Фта­лимидная защитная группа удаляется гидразинолизом в достаточно мягких условиях.

При получении исходных фенилгидразинов восстановлением диазониевых солей сульфитом натрия, стадия гидролиза дисульфокислоты может быть совмещена с образованием гидразона:

 

g-Фталимидомасляный альдегид синтезируют из g-аминомасляной кислоты путем фталилирования и превращения в хлорангидрид с последующим восстановлением по Розенмунду. Вместо альдегида можно использовать его ацеталь, например, диметиловый. Условия проведения реакции и выходы при этом не изменяются.

Синтетические лекарственные средства – аналоги триптаминов.

Суматриптан

Препарат разработан Glaxo Group в 1989 для лечения мигрени. Описанный в патенте (U.S. Patent 4,785,016) синтез протекает по схеме:


Лекция 14

Простагландины – низкомолекулярные биорегуляторы производные арахидоновой кислоты. Полный синтез простагландинов, как основа химического производства лекарственных средств.

 

<== предыдущая лекция | следующая лекция ==>
Взаимопревращения моносахаридов | Биосинтез полиеновых кислот
Поделиться с друзьями:


Дата добавления: 2014-01-11; Просмотров: 759; Нарушение авторских прав?; Мы поможем в написании вашей работы!


Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет



studopedia.su - Студопедия (2013 - 2024) год. Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав! Последнее добавление




Генерация страницы за: 0.035 сек.