Непредельные монокарбоновые кислоты
Пропеновая (акриловая) кислота СН 2=СН— СООН - первый представитель ряда
2,3-непредельных кислот – бесцветная жидкость с резким запахом, полимеризуется
при хранении. В организме человека в биохимических реакциях не встречается. Характерны все реакции карбоновых кислот и алкенов: Вступает в реакции присоединения воды, галогеноводородов и аммиака (присоединение происходит против правила Марковникова)
Используется в производстве полимеров – полиакрила, полиакрилонитрила, полиакриламида и их сополимеров с другими мономерами. Полимеры могут обладать свойствами каучуков или напоминают по внешнему виду стекло – органическое стекло, используются как основа при проведении электрофореза белков в полиакрилатном геле.
Метилпропеновая (метакриловая) кислота
СН 2=С- СООН используется широко в производстве пластмасс: органического
| стекла, в составе сополимеров для зубных протезов,
СН 3 пломбировочного материала в стоматологии. По химическим
|
|
свойствам напоминает акриловую.
Кротоновая (2-бутеновая) кислота - при комнатной температуре кристаллическое соединение, растворима в воде(7,6 г / 100 г при Т=200 , 65,5 г при 400).
СН3 - СН =СН - СООН
Существует в 2 формах: транс – изомер принято называть кротоновой, а цис-изомер – изокротоновой. Образует все функциональные производные карбоксильной группы; по двойной связи присоединяет водород, галогены, галогеноводороды (последние против правила Марковникова).
В клетках в условиях in vivo важное значение имеет реакция гидратации активной формы кротоновой кислоты, участвует фермент крононаза). Реакция идет в соответствии с распределением электронной плотности в молекуле(посмотрите устойчивость промежуточных σ-комплексов в лекции 4, раздел «Механизм реакции
АЕ»), образуется активная форма 3- гидроксибутановой кислоты.
СН3 - СН =СН – СОSКоА + Н2 О ——> СН3 - СН -СН 2– СОSКоА
|
ОН
По такой же схеме происходит гидратация активных форм любых 2,3 – непредельных кислот, которые образуются как в процессе синтеза., так и метаболизма высших карбоновых кислот в организме человека. животных, в клетках микроорганизмов.
R-СН 2 - СН =СН – СОSКоА + Н2 О ——> R- СН2 - СН (ОН) -СН 2– СОSКоА
Гомологический ряд насыщенных дикарбоновых кислот С n Н 2n-2 О 4
Дикарбоновые кислоты- твердые кристаллические соединения, растворимые в воде, обладают более сильными кислотными свойствами по сравнению с монокарбоновыми кислотами, содержащими одинаковое число атомов углерода.(табл.1). Сравните значения рК а пар кислот: уксусная- щавелевая, пропановая – малоновая, бутановая- янтарная)
|
|
Химические свойства карбоновых кислот в реакциях S N не отличаются от свойств монокарбоновых кислот: они образуют производные с участием одной или двух карбоксильных групп: сложные эфиры, амиды, соли.
Имеются свои особые свойства, связанные с влиянием карбоксильных групп на атомы углерода скелета.
Щавелевая кислота(этандиовая, оксалат) НООС-СООН- простейшая дикарбоновая насыщенная кислота, сильная кислота. В виде солей распространена в растениях. Соли носят название оксалаты. Нерастворимая кальциевая соль оксалат кальция содержится в оболочках клеток и внутри клеток лишайников, грибов, водорослей, папоротников. Кислая калиевая соль(кисличная соль) содержится в щавеле и кислице, в других видах растений встречаются оксалаты натрия и магния. У человека и животных в составе мочи и других биологических жидкостей находят небольшие количества щавелевой кислоты, особенно при приеме больших доз витамина С.
Избыток щавелевой кислоты в моче называется оксалурия и является признаком развития мочекаменной болезни, которая характеризуется отложением соли оксалата кальция в почках, суставах, протоках слюнных желез. Образование щавелевой кислоты в организме человека связано с нарушением обмена аминокислоты глицина (2- аминоуксусной кислоты).
Под действием серной кислоты или при быстром нагревании in vitro наблюдается разложение щавелевой кислоты
серная кислота
НООС-СООН ————> СО + СО2 + Н2 О
НООС-СООН ——нагревание —> НСООН + СО2
Токсичность щавелевой кислоты связана с ее сильными кислотными, восстановительными свойствами и возможным разложением с выделением СО, который необратимо связывается с ионом железа в составе гемоглобина.
Малоновая кислота(пропандиовая, малонат) НООС-СН2-СООН содержится в свекольном соке, в организме человека образуется в цитоплазме в связанном с белками –ферментами виде как нормальный продукт в процессе биосинтеза высших карбоновых кислот (см. реакцию образования малонилКоА, приведенную выше).
Однако обнаружен еще один патологически й путь образования малоновой кислоты при усиленном окислении липидов мембран клеток, который получил название «перекисное окисление липидов», или сокращенно «ПОЛ». Этот очень важный для понимания жизнедеятельности процесс изучается подробно в курсе биохимии. Малоновая кислота токсична для организма человека и животных. Она имеет структурное сходство с янтарной кислотой(см. последующий раздел), поэтому малоновая кислота блокирует тот участок реакций цикла Кребса., на котором происходит превращение янтарной кислоты в фумаровую. Нарушение цикла Кребса сопровождается снижением или
прекращением выработки АТФ.
В биохимии малоновую кислоту называют «конкурентным ингибитором» реакции окисления янтарной кислоты в цикле Кребса.
В условиях in vitro малоновая кислота легко декарбоксилируется при нагревании, что связано с взаимным влиянием близко расположенных карбоксильных групп.
нагревание
НООС-СН2-СОООН ———> СН 3- СООН + СО 2
уксусная кислота
Янтарная кислота (бутандиовая, сукцинат) НООС-СН2 -СН2 –СООН, хорошо растворима в воде, биоактивное вещество
Выделена из янтаря. Обнаружена в клетках растений, в тканях всех животных, содержится в митохондриях. Один из компонентов реакций цикла Кребса. Превращение in vivo янтарной кислоты в фумаровую является примером обратимой реакции дегидрирования (окисления) с участием активированных атомов водорода СН2- кислотного центра и стереоспецифичной реакции. поскольку образуется только один изомер, имеющий транс-строение.
фермент
НООС-СН2- СН2 - СОООН + ФАД <———> ФАДН2 + НООС-СН = С Н -СООН
транс-бутендиовая фумаровая
Сложная молекула флавинадениндинуклеотида(ФАД)является окислителем (аналогично молекуле НАД +), содержит в своем составе рибофлавин - витамин В2.
|
|
Эту реакцию тормозит(ингибирует) малоновая кислота, в составе которой также две карбоксильные группы, но только один -СН2- кислотный центр.
Скелет янтарной кислоты имеют другие биоактивные соединения: яблочная, щавелевоуксусная кислоты, аминокислота аспарагиновая.
Все перечисленные кислоты превращаются друг в друга, обеспечивая энергетический и пластический обмен в клетке:
янтарная ↔ фумаровая ↔ яблочная ↔ щавелевоуксусная ↔ аспарагиновая.
| ……последовательность реакций цикла Кребса…………|
В клетках животных и человека янтарная кислота вместе с аминоуксусной кислотой (глицином) необходимы для синтеза сложной гетероциклической системы- гема., который состоит из 4 циклов пиррола.
Соль янтарной кислоты –сукцинат натрия- применяется как препарат, обладающий общим стимулирующим действием и выпускается в нескольких лекарственных формах: «Сукцинат Кардиа» - для профилактики нарушения сердечной деятельности, «Сукцинат Геронто» - для пожилого возраста, «Сукцинат Бэби» - для детей.
Глутаровая кислота (пентандиовая) НООС-СН 2-СН 2-СН 2- СООН, растворима в воде. Содержится в свекольном соке. Скелет глутаровой кислоты имеют биологически активные соединения, участвующие в различных видах обмена: в цикле Кребса – α –кетоглутаровая, лимонная, аминокислота глутаминовая, в синтезе холестерина – 3-гидрокси - 3- метилглутаровая.
В растениях обнаружена трикарбоновая кислота- трикарбаллиловая-3-карбоксипентандиовая, в виде кальциевой соли найдена в свекольном соке.
НООС- СН2 –СН- СН2 –СООН
|
СООН
Ее производными являются гидроксикислоты: лимонная и изолимонная.