I. Uvod.
TO biološki aktivne supstance vezati: enzimi, vitamini i hormoni. To su vitalni i neophodni spojevi, od kojih svaki igra nezamjenjivu i vrlo važnu ulogu u životu organizma.
Varenje i apsorpcija hrane se odvija uz učešće enzimi. Sinteza i razgradnja proteina, nukleinskih kiselina, lipida, hormoni i drugih tvari u tkivima tijela također je skup enzimskih reakcija. Međutim, svaka funkcionalna manifestacija živog organizma - disanje, kontrakcija mišića, neuropsihička aktivnost, reprodukcija itd. - takođe su direktno povezane sa delovanjem odgovarajućih enzimskih sistema. Drugim riječima, bez enzimi nema života. Njihov značaj za ljudski organizam nije ograničen samo na normalnu fiziologiju. Mnoge ljudske bolesti su zasnovane na poremećajima u enzimskim procesima.
Vitamini može se klasifikovati kao grupa biološki aktivnih jedinjenja , djelujući na metabolizam u zanemarivim koncentracijama. To su organska jedinjenja različite hemijske strukture koja su neophodna za normalno funkcionisanje gotovo svih procesa u organizmu. Povećavaju otpornost organizma na razne ekstremne faktore i zarazne bolesti, doprinose neutralizaciji i eliminaciji toksičnih supstanci itd.
Hormoni - To su proizvodi unutrašnjeg lučenja koje proizvode posebne žlijezde ili pojedinačne stanice, ispuštaju se u krv i distribuiraju po cijelom tijelu, pri čemu obično izazivaju određeni biološki učinak.
Sami hormoni ne utiču direktno na ćelijske reakcije. Samo kontaktom sa određenim receptorom, samo za njega, izaziva se određena reakcija.
Često hormoni Oni također navode neke druge metaboličke produkte formirane u svim [npr. ugljični dioksid] ili samo u nekim [npr. acetilholin] tkiva koja imaju, u većoj ili manjoj meri, fiziološku aktivnost i učestvuju u regulaciji funkcija životinjskog tela.Međutim, ovako široko tumačenje pojma "hormoni" lišava bilo kakve kvalitativne specifičnosti. Pojam "hormoni" Treba označiti samo one aktivne metaboličke produkte koji se formiraju u posebnim formacijama - endokrine žlezde. biološki aktivne supstance, formirani u drugim organima i tkivima obično se nazivaju “parahormoni”, “histohormoni”, “biogeni stimulansi”.
U biljkama se stvaraju i biološki aktivni produkti metabolizma, ali se te tvari klasificiraju kao hormoni potpuno pogrešno.
Sada se upoznajmo sa svakom grupom tvari uključenih u sastav biološki aktivan, odvojeno.
II. Enzimi.
1. Istorija otkrića.
Svi životni procesi zasnovani su na hiljadama hemijskih reakcija. Oni prolaze kroz tijelo bez upotrebe visoke temperature i pritiska, tj. u blagim uslovima. Supstance koje se oksidiraju u ljudskim i životinjskim ćelijama brzo i efikasno sagorevaju, obogaćujući organizam energijom i građevinskim materijalom. Ali iste supstance mogu se čuvati godinama i u konzerviranom (izolovanom od vazduha) obliku i u vazduhu u prisustvu kiseonika. Sposobnost brzog varenja hrane u živom organizmu je zbog prisustva posebnih bioloških katalizatora u ćelijama - enzimi. Izraz "enzim"(fermentum na latinskom znači „fermentisan”, „kvasac”) predložio je holandski naučnik Van Helmont početkom 18. veka. To je ono što je nazvao nepoznatim agensom koji aktivno učestvuje u procesu alkoholne fermentacije.
Eksperimentalno proučavanje enzimskih procesa počelo je u 18. stoljeću, kada je francuski prirodnjak R. Reaumur sproveo eksperimente za utvrđivanje mehanizma probave hrane u želucu ptica grabljivica. Pticama grabljivicama davao je da progutaju komade mesa zatvorene u izbušenu metalnu cijev koja je bila pričvršćena na tanki lanac. Nekoliko sati kasnije, cijev je izvučena iz ptičjeg stomaka i ispostavilo se da se meso djelimično otopilo. Kako je bio u cjevčici i nije mogao biti podvrgnut mehaničkom mljevenju, prirodno je bilo pretpostaviti da je na njega djelovao želudačni sok. Ovu pretpostavku je potvrdio italijanski prirodnjak L. Spallanzani. L. Spallanzani je stavio komad sunđera u metalnu cijev koju su ptice grabljivice progutale. Nakon vađenja sonde iz sunđera, istisnut je želudačni sok. Zatim je meso zagrijano u ovom soku i potpuno se „rastopilo“ u njemu.
Mnogo kasnije (1836) T. Schwann je otkrio enzim u želučanom soku pepsin(od grčke riječi pepto - “kuvam”) pod čijim se utjecajem meso probavlja u želucu. Ovi radovi poslužili su kao početak proučavanja takozvanih proteolitičkih enzima.
Važan događaj u razvoju nauke o enzimima bio je rad K.S. Kirgoff. Godine 1814., redovni član Sankt Peterburške akademije nauka, K.S. Kirgoff, otkrio je da je proklijali ječam bio u stanju da pretvori polisaharidni skrob u disaharidnu maltozu, a ekstrakt kvasca razgrađuje šećer od repe u monosaharide - glukozu i fruktozu. To su bile prve studije enzimologije. Iako je u praksi upotreba enzimskih procesa poznata od pamtivijeka (fermentacija grožđa, proizvodnja sira, itd.)
Dva koncepta se koriste u različitim publikacijama: "enzimi" I "enzimi". Ova imena su identična. One znače istu stvar - biološki katalizatori. Prva riječ je prevedena kao "kvasac", druga - "u kvascu".
Dugo vremena nisu imali pojma šta se dešava u kvascu, koja sila prisutna u njemu uzrokuje da se supstance razgrađuju i pretvore u jednostavnije. Tek nakon izuma mikroskopa otkriveno je da je kvasac skup velikog broja mikroorganizama koji koriste šećer kao svoj glavni nutrijent. Drugim riječima, svaka ćelija kvasca je "punjena" enzimima koji mogu razgraditi šećer. Ali u isto vrijeme, poznati su i drugi biološki katalizatori koji nisu bili zatvoreni u živoj ćeliji, već su slobodno "živjeli" izvan nje. Na primjer, pronađeni su u želučanim sokovima i ekstraktima stanica. S tim u vezi, u prošlosti su se razlikovale dvije vrste katalizatora: vjerovalo se da su sami enzimi neodvojivi od stanice i da ne mogu funkcionirati izvan nje, tj. oni su "organizovani". A “neorganizirani” katalizatori koji mogu raditi izvan ćelije nazivali su se enzimi. Ova suprotnost između "živih" enzima i "neživih" enzima objašnjena je uticajem vitalista, borbom između idealizma i materijalizma u prirodnoj nauci. Stavovi naučnika bili su podijeljeni. Osnivač mikrobiologije L. Pasteur je tvrdio da aktivnost enzimi određuje život ćelije. Ako je ćelija uništena, djelovanje enzima će prestati. Hemičari predvođeni J. Liebigom razvili su čisto hemijsku teoriju fermentacije, dokazujući da aktivnost enzima ne zavisi od postojanja ćelije.
Godine 1871. ruski doktor M.M. Manaseina je uništio ćelije kvasca trljajući ih riječnim pijeskom. Ćelijski sok, odvojen od ćelijskih ostataka, zadržao je svoju sposobnost fermentacije šećera. Četvrt vijeka kasnije, njemački naučnik E. Buchner dobio je sok bez ćelija presovanjem živog kvasca pod pritiskom do 5*10 Pa. Ovaj sok, poput živog kvasca, fermentirao je šećer da nastane alkohol i ugljični monoksid (IV):
C6H12O6--->2C2H5OH + 2CO2
Radovi A.N. Lebedevovo istraživanje ćelija kvasca i radovi drugih naučnika stavili su tačku na vitalističke ideje u teoriji biološke katalize i termine "enzim" I "enzim" počeo da se koristi kao ekvivalent.
2. Osobine enzima.
Kao proteini, enzimi imaju sva svoja svojstva. Istovremeno, biokatalizatori se odlikuju nizom specifičnih kvaliteta, koje također proizlaze iz njihove proteinske prirode. Ovi kvaliteti razlikuju enzime od konvencionalnih katalizatora. To uključuje termolabilnost enzima, ovisnost njihovog djelovanja o pH vrijednosti okoline, specifičnost i, konačno, osjetljivost na utjecaj aktivatora i inhibitora.
Termička labilnost enzima se objašnjava činjenicom da temperatura, s jedne strane, utiče na proteinski dio enzima, što dovodi do denaturacije proteina i smanjenja katalitičke funkcije pri previsokim vrijednostima, a s druge strane utiče na brzinu reakcije enzima. formiranje kompleksa enzim-supstrat i sve naredne faze transformacije supstrata, što dovodi do pojačane katalize.
Ovisnost katalitičke aktivnosti enzima o temperaturi izražena je tipičnom krivom. Do određene temperature (u prosjeku do 50°C) katalitička aktivnost se povećava, a za svakih 10°C stopa konverzije supstrata raste otprilike 2 puta. Istovremeno, količina inaktiviranog enzima se postepeno povećava zbog denaturacije njegovog proteinskog dijela. Na temperaturama iznad 50°C, denaturacija enzimskog proteina se naglo povećava i, iako brzina reakcija konverzije supstrata i dalje raste, aktivnost enzima, izražena kao količina pretvorenog supstrata, opada.
Detaljne studije o rastu aktivnosti enzima sa porastom temperature, sprovedene nedavno, pokazale su složeniju prirodu ove zavisnosti od gore navedene: u mnogim slučajevima ona ne odgovara pravilu udvostručavanja aktivnosti za svakih 10°C, uglavnom zbog do postepenog povećanja konformacijskih promjena u molekulskom enzimu.
Temperatura na kojoj je katalitička aktivnost enzima maksimalna naziva se njegova temperaturni optimum. Optimum temperature za različite enzime nije isti. Općenito, za enzime životinjskog porijekla ona je između 40 i 50°C, a za biljne enzime između 50 i 60°C. Međutim, postoje enzimi sa višim temperaturnim optimumom, na primjer, papain (enzim biljnog porijekla koji ubrzava hidrolizu proteina) ima optimum na 8°C. Istovremeno, katalaza (enzim koji ubrzava razgradnju H2O2 na H2O i O2) ima optimalnu temperaturu djelovanja između 0 i -10°C, a na višim temperaturama dolazi do snažne oksidacije enzima i njegove inaktivacije.
Doktor bioloških nauka, prof V. M. Škumatov;
Zamjenik generalnog direktora za pitanja
inovativni razvoj RUE "Belmedpreparaty"
Kandidat tehničkih nauka T. V. Trukhacheva
Leontjev, V. N.
Hemija biološki aktivnih supstanci: elektronski kurs tekstova predavanja za studente specijalnosti 1-48 02 01 "Biotehnologija" redovnih i vanrednih oblika studija / V. N. Leontiev, O. S. Ignatovets. – Minsk: BSTU, 2013. – 129 str.
Elektronski kurs nastavnih tekstova posvećen je strukturnim i funkcionalnim osobinama i hemijskim svojstvima glavnih klasa biološki aktivnih supstanci (proteini, ugljeni hidrati, lipidi, vitamini, antibiotici itd.). Opisane su metode hemijske sinteze i strukturne analize navedenih klasa jedinjenja, njihova svojstva i efekti na biološke sisteme, kao i njihova rasprostranjenost u prirodi.
| Tema 1. Uvod | 4 |
| Tema 2. Proteini i peptidi. Primarna struktura proteina i peptida | |
| Tema 3. Strukturna organizacija proteina i peptida. Metode odabira | |
| Tema 4. Hemijska sinteza i hemijska modifikacija proteina i peptida | |
| Tema 5. Enzimi | 45 |
| Tema 6. Neki biološki važni proteini | 68 |
| Tema 7. Struktura nukleinskih kiselina | 76 |
| Tema 8. Struktura ugljikohidrata i biopolimera koji sadrže ugljikohidrate | |
| Tema 9. Struktura, svojstva i hemijska sinteza lipida | 104 |
| Tema 10. Steroidi | 117 |
| Tema 11. Vitamini | 120 |
| Tema 12. Uvod u farmakologiju. Farmakokinetika | 134 |
| Tema 13. Antimalarijski lijekovi | 137 |
| Tema 14. Lekovi koji utiču na centralni nervni sistem | |
| Tema 15. Sulfonamidni lijekovi | 144 |
| Tema 16. Antibiotici | 146 |
| Bibliografija | 157 |
Tema 1. Uvod
Hemija biološki aktivnih supstanci proučava strukturu i biološke funkcije najvažnijih komponenata žive materije, prvenstveno biopolimera i niskomolekularnih bioregulatora, pridajući posebnu pažnju rasvetljavanju obrazaca odnosa strukture i biološkog delovanja. U suštini, to je hemijska osnova moderne biologije. Razvijajući fundamentalne probleme hemije živog sveta, bioorganska hemija doprinosi rešavanju problema dobijanja praktično važnih lekova za medicinu, poljoprivredu i niz industrija.
Objekti studija: proteini i peptidi, nukleinske kiseline, ugljikohidrati, lipidi, miješani biopolimeri - glikoproteini, nukleoproteini, lipoproteini, glikolipidi itd.; alkaloidi, terpenoidi, vitamini, antibiotici, hormoni, prostaglandini, tvari za rast, feromoni, toksini, kao i sintetički lijekovi, pesticidi itd.
Metode istraživanja: Glavni arsenal čine metode organske hemije, ali se za rješavanje strukturnih i funkcionalnih problema također koriste različite fizičke, fizičko-hemijske, matematičke i biološke metode.
Glavni ciljevi: izolovanje proučavanih jedinjenja u pojedinačnom stanju pomoću kristalizacije, destilacije, raznih vrsta hromatografije, elektroforeze, ultrafiltracije, ultracentrifugiranja, protivstrujne distribucije itd.; uspostavljanje strukture, uključujući i prostornu strukturu, zasnovanu na pristupima organske i fizičko-organske hemije primenom masene spektrometrije, raznih vrsta optičke spektroskopije (IR, UV, laser, itd.), analize difrakcije rendgenskih zraka, nuklearne magnetne rezonance, elektronske paramagnetne rezonancija, rotacija optičke disperzije i kružni dikroizam, metode brze kinetike itd. u kombinaciji sa kompjuterskim proračunima; hemijska sinteza i hemijska modifikacija proučavanih jedinjenja, uključujući potpunu sintezu, sintezu analoga i derivata, kako bi se potvrdila struktura, razjasnila veza između strukture i biološke funkcije i dobili praktično vredni lekovi; biološko ispitivanje nastalih spojeva in vitro I in vivo.
Najčešće funkcionalne grupe koje se nalaze u biomolekulama su:
| hidroksil (alkoholi) |  amino grupa (amini) |
 aldehidni (aldehidi) |  amid (amidi) |
 karbonil (ketoni) |  ester |
 karboksilna (kiselina) |  eterično |
 sulfhidril (tioli) |  metil |
 disulfid |  etil |
 fosfat |  fenil |
 gvanidin |  imidazol |
Tema 2. Proteini i peptidi. Primarna struktura proteina i peptida
Vjeverice– biopolimeri visoke molekularne težine izgrađeni od ostataka aminokiselina. Molekularna težina proteina kreće se od 6.000 do 2.000.000 Da. Upravo su proteini proizvod genetskih informacija koje se prenose s generacije na generaciju i provode sve životne procese u ćeliji. Ovi neverovatno raznoliki polimeri imaju neke od najvažnijih i najraznovrsnijih ćelijskih funkcija.
Proteini se mogu podijeliti:
1) po strukturi
:
jednostavni proteini se grade od aminokiselinskih ostataka i nakon hidrolize se razlažu samo na slobodne aminokiseline ili njihove derivate.
Kompleksni proteini su dvokomponentni proteini koji se sastoje od jednostavnog proteina i neproteinske komponente koja se naziva prostetička grupa. Prilikom hidrolize složenih proteina, osim slobodnih aminokiselina, nastaje i neproteinski dio ili produkti njegovog razgradnje. Mogu sadržavati metalne jone (metaloproteine), pigmentne molekule (hromoproteine), mogu formirati komplekse sa drugim molekulima (lipo-, nukleo-, glikoproteine), a takođe i kovalentno vezati neorganski fosfat (fosfoproteine);
2. rastvorljivost u vodi:
- rastvorljiv u vodi,
– rastvorljiv u soli,
– rastvorljiv u alkoholu,
– nerastvorljiv;
3. izvršene funkcije : Biološke funkcije proteina uključuju:
– katalitičke (enzimske),
– regulatorna (sposobnost regulacije brzine hemijskih reakcija u ćeliji i nivoa metabolizma u celom organizmu),
– transport (transport supstanci u tijelu i njihov prijenos kroz biomembrane),
– strukturni (sastavljen od hromozoma, citoskeleta, vezivnog, mišićnog, potpornog tkiva),
– receptor (interakcija receptorskih molekula sa ekstracelularnim komponentama i iniciranje specifičnog ćelijskog odgovora).
Osim toga, proteini obavljaju zaštitne, skladišne, toksične, kontraktilne i druge funkcije;
4) zavisno od prostorne strukture:
– fibrilarni (koristi ih priroda kao konstrukcijski materijal),
– globularni (enzimi, antitela, neki hormoni, itd.).
AMINOKISELINE, NJIHOVA SVOJSTVA
Amino kiseline nazivaju se karboksilne kiseline koje sadrže amino grupu i karboksilnu grupu. Prirodne aminokiseline su 2-aminokarboksilne kiseline, ili α-amino kiseline, iako postoje aminokiseline kao što su β-alanin, taurin, γ-aminobutirna kiselina. Generalno, formula za α-amino kiselinu izgleda ovako: 
α-amino kiseline imaju četiri različita supstituenta na 2. atomu ugljika, tj. sve α-amino kiseline, osim glicina, imaju asimetrični (hiralni) atom ugljika i postoje u obliku dva enantiomera - L- I D-amino kiseline. Prirodne aminokiseline su L-red. D-amino kiseline se nalaze u bakterijama i peptidnim antibioticima.
Sve aminokiseline u vodenim rastvorima mogu postojati u obliku bipolarnih jona, a njihov ukupni naboj zavisi od pH sredine. Naziva se pH vrijednost pri kojoj je ukupni naboj nula izoelektrična tačka. Na izoelektričnoj tački, aminokiselina je cviterion, odnosno njena aminska grupa je protonirana, a njena karboksilna grupa je disocirana. U neutralnom pH području većina aminokiselina su cwitterioni: 
Aminokiseline ne apsorbuju svetlost u vidljivom delu spektra, aromatične aminokiseline apsorbuju svetlost u UV oblasti spektra: triptofan i tirozin na 280 nm, fenilalanin na 260 nm.
Proteini daju brojne reakcije boje zbog prisustva određenih aminokiselinskih ostataka ili općih kemijskih grupa. Ove reakcije se široko koriste u analitičke svrhe. Među njima su najpoznatije ninhidrinske reakcije, koje omogućavaju kvantitativno određivanje amino grupa u proteinima, peptidima i aminokiselinama, kao i biuret reakcija, koja se koristi za kvalitativno i kvantitativno određivanje proteina i peptida. Kada se protein ili peptid, ali ne i aminokiselina, zagrije sa CuSO 4 u alkalnoj otopini, formira se kompleksno jedinjenje bakra ljubičaste boje, čija se količina može odrediti spektrofotometrijski. Reakcije boja na pojedinačne aminokiseline koriste se za otkrivanje peptida koji sadrže odgovarajuće aminokiselinske ostatke. Za identifikaciju gvanidinske grupe arginina koristi se Sakaguchi reakcija - pri interakciji s a-naftolom i natrijevim hipokloritom, gvanidini u alkalnom mediju daju crvenu boju. Indolni prsten triptofana može se otkriti Ehrlichovom reakcijom - crveno-ljubičasta boja kada reagira s p-dimetilamino-benzaldehidom u H 2 SO 4. Paulijeva reakcija otkriva ostatke histidina i tirozina, koji u alkalnim otopinama reagiraju s diazobenzen sulfonskom kiselinom, stvarajući crveno obojene derivate.
Biološka uloga aminokiselina:
1) strukturni elementi peptida i proteina, tzv. proteinogene aminokiseline. Proteini sadrže 20 aminokiselina, koje su kodirane genetskim kodom i ugrađene u proteine tokom translacije, od kojih neke mogu biti fosforilirane, acilirane ili hidroksilirane;
2) strukturni elementi drugih prirodnih jedinjenja - koenzimi, žučne kiseline, antibiotici;
3) signalne molekule. Neke od aminokiselina su neurotransmiteri ili prekursori neurotransmitera, hormona i histohormona;
4) najvažniji metaboliti, na primjer, neke aminokiseline su prekursori biljnih alkaloida, ili služe kao donori dušika, ili su vitalne komponente ishrane.
Nomenklatura, molekulska težina i pK vrijednosti aminokiselina date su u tabeli 1.
Tabela 1
Nomenklatura, molekulska težina i pK vrijednosti aminokiselina
| Amino kiseline | Oznaka | Molekularno težina | str K 1 (−COOH) | str K 2 (−NH3+) | str K R (R-grupe) |
| Glycine | Gly G | 75 | 2,34 | 9,60 | − |
| Alanin | Ala A | 89 | 2,34 | 9,69 | − |
| Valin | Val V | 117 | 2,32 | 9,62 | − |
| Leucin | Leu L | 131 | 2,36 | 9,60 | − |
| Izoleucin | Ile I | 131 | 2,36 | 9,68 | − |
| Proline | Pro P | 115 | 1,99 | 10,96 | − |
| fenilalanin | Phe F | 165 | 1,83 | 9,13 | − |
| Tirozin | Tyr Y | 181 | 2,20 | 9,11 | 10,07 |
| Triptofan | Trp W | 204 | 2,38 | 9,39 | − |
| Serin | Ser S | 105 | 2,21 | 9,15 | 13,60 |
| Treonin | Thr T | 119 | 2,11 | 9,62 | 13,60 |
| Cistein | Cys C | 121 | 1,96 | 10,78 | 10,28 |
| Metionin | Upoznao se sa M | 149 | 2,28 | 9,21 | − |
| Asparagin | Asn N | 132 | 2,02 | 8,80 | − |
| Glutamin | Gln Q | 146 | 2,17 | 9,13 | − |
| Aspartat | Asp D | 133 | 1,88 | 9,60 | 3,65 |
| Glutamat | Ljepilo | 147 | 2,19 | 9,67 | 4,25 |
| Lysine | Lys K | 146 | 2,18 | 8,95 | 10,53 |
| Arginin | Arg R | 174 | 2,17 | 9,04 | 12,48 |
| Histidin | Njegov H | 155 | 1,82 | 9,17 | 6,00 |
Aminokiseline variraju u rastvorljivosti u vodi. To je zbog njihove cwitterionske prirode, kao i sposobnosti radikala da komuniciraju s vodom (hidratom). TO hidrofilna uključuju radikale koji sadrže kationske, anionske i polarne nenabijene funkcionalne grupe. TO hidrofobna– radikali koji sadrže alkil ili aril grupe.
U zavisnosti od polariteta R-grupe postoje četiri klase aminokiselina: nepolarne, polarne nenabijene, negativno nabijene i pozitivno nabijene.
Nepolarne aminokiseline uključuju: glicin; aminokiseline sa alkil i aril bočnim lancima - alanin, valin, leucin, izoleucin; tirozin, triptofan, fenilalanin; iminokiselina - prolin. Nastoje da uđu u hidrofobno okruženje „unutar“ proteinskog molekula (slika 1).
Rice. 1. Nepolarne aminokiseline
Polarno nabijene aminokiseline uključuju: pozitivno nabijene aminokiseline – histidin, lizin, arginin (slika 2); negativno nabijene aminokiseline – asparaginska i glutaminska kiselina (slika 3). Obično strše prema van u vodenu sredinu proteina.
Preostale aminokiseline čine kategoriju polarnih nenaelektrisanih: serin i treonin (aminokiseline-alkoholi); asparagin i glutamin (amidi asparaginske i glutaminske kiseline); cistein i metionin (aminokiseline koje sadrže sumpor).
Budući da su pri neutralnom pH COOH grupe glutaminske i asparaginske kiseline potpuno disocirane, obično se nazivaju glutamat I aspartat bez obzira na prirodu kationa prisutnih u mediju.
Brojni proteini sadrže posebne aminokiseline koje nastaju modifikacijom običnih aminokiselina nakon njihovog uključivanja u polipeptidni lanac, na primjer, 4-hidroksiprolin, fosfoserin, -karboksiglutaminska kiselina, itd. 
Rice. 2. Aminokiseline sa nabijenim bočnim grupama
Sve aminokiseline nastale tokom hidrolize proteina u prilično blagim uslovima pokazuju optičku aktivnost, odnosno sposobnost rotacije ravni polarizovane svetlosti (sa izuzetkom glicina).
Rice. 3. Aminokiseline sa nabijenim bočnim grupama
Sva jedinjenja koja mogu postojati u dva stereoizomerna oblika, L- i D-izomeri, imaju optičku aktivnost (slika 4). Proteini sadrže samo L-amino kiseline. 
L-alanin D-alanin
Rice. 4. Optički izomeri alanina
Glicin nema asimetrični atom ugljika, dok treonin i izoleucin sadrže po dva asimetrična atoma ugljika. Sve ostale aminokiseline imaju jedan asimetrični atom ugljika.
Optički neaktivan oblik aminokiseline naziva se racemat, koji je ekvimolarna smjesa D- I L-izomera, a označen je simbolom D.L.-.
M 
Brojevi aminokiselina koji čine polipeptide nazivaju se aminokiselinskim ostacima. Aminokiselinski ostaci su međusobno povezani peptidnom vezom (slika 5), u čijem formiranju učestvuju α-karboksilna grupa jedne aminokiseline i α-amino grupa druge.
Rice. 5. Formiranje peptidne veze
Ravnoteža ove reakcije je pomaknuta u pravcu stvaranja slobodnih aminokiselina, a ne peptida. Stoga, biosinteza polipeptida zahtijeva katalizu i utrošak energije.
Budući da dipeptid sadrži reaktivnu karboksilnu i amino grupu, uz pomoć novih peptidnih veza mogu se vezati i ostali aminokiselinski ostaci, što rezultira formiranjem polipeptida – proteina.
Polipeptidni lanac se sastoji od sekcija koje se redovno ponavljaju - NHCHRCO grupa, koje čine glavni lanac (skelet ili kičmu molekula) i promjenjivog dijela, uključujući karakteristične bočne lance. R-grupe aminokiselinskih ostataka strše iz peptidne kičme i velikim dijelom formiraju površinu polimera, određujući mnoga fizička i kemijska svojstva proteina. Slobodna rotacija u peptidnoj kičmi je moguća između atoma dušika peptidne grupe i susjednog α-ugljičnog atoma, kao i između α-ugljičnog atoma i ugljika karbonilne grupe. Zbog toga linearna struktura može dobiti složeniju prostornu konformaciju.
Aminokiselinski ostatak koji sadrži slobodnu α-amino grupu naziva se N-terminal, i ima slobodnu -karboksilnu grupu – WITH-kraj.
Struktura peptida se obično prikazuje sa N-kraj.
Ponekad se terminalne -amino i -karboksilne grupe vezuju jedna za drugu, formirajući ciklične peptide.
Peptidi se razlikuju po broju aminokiselina, sastavu aminokiselina i redoslijedu povezivanja aminokiselina.
Peptidne veze su veoma jake, a njihova hemijska hidroliza zahteva teške uslove: visoka temperatura i pritisak, kisela sredina i dugo vreme.
U živoj ćeliji, peptidne veze mogu biti razbijene proteolitičkim enzimima zvanim proteaze ili peptidne hidrolaze.
Baš kao i aminokiseline, proteini su amfoterna jedinjenja i nabijeni su u vodenim rastvorima. Svaki protein ima svoju izoelektričnu tačku - pH vrijednost pri kojoj su pozitivni i negativni naboji proteina potpuno kompenzirani, a ukupni naboj molekula je nula. Na pH vrijednostima iznad izoelektrične tačke, protein nosi negativan naboj, a pri pH vrijednostima ispod izoelektrične tačke nosi pozitivan naboj.
SEQUENATORS. STRATEGIJA I TAKTIKA ANALIZE PRIMARNE STRUKTURE
Određivanje primarne strukture proteina svodi se na određivanje reda aminokiselina u polipeptidnom lancu. Ovaj problem se rješava metodom sekvenciranje(sa engleskog sekvenca-podsekvenca).
U principu, primarna struktura proteina može se odrediti direktnom analizom sekvence aminokiselina ili dešifrovanjem nukleotidne sekvence odgovarajućih gena koristeći genetski kod. Naravno, najveća pouzdanost je osigurana kombinacijom ovih metoda.
Samo sekvenciranje na trenutnom nivou omogućava određivanje sekvence aminokiselina u polipeptidima čija veličina ne prelazi nekoliko desetina aminokiselinskih ostataka. U isto vrijeme, fragmenti polipeptida koji se proučavaju su mnogo kraći od onih prirodnih proteina s kojima se moramo suočiti. Stoga je neophodno prethodno rezanje originalnog polipeptida na kratke fragmente. Nakon sekvenciranja rezultirajućih fragmenata, oni moraju biti ponovo spojeni u originalnom nizu.
Dakle, određivanje primarne sekvence proteina svodi se na sljedeće glavne korake:
1) cepanje proteina na nekoliko fragmenata dužine dostupnih za sekvenciranje;
2) sekvencioniranje svakog od dobijenih fragmenata;
3) sklapanje kompletne strukture proteina od uspostavljenih struktura njegovih fragmenata.
Proučavanje primarne strukture proteina sastoji se od sljedećih faza:
– određivanje njegove molekularne težine;
– određivanje specifičnog aminokiselinskog sastava (sastav AA);
- definicija N- I WITH-terminalni aminokiselinski ostaci;
– cijepanje polipeptidnog lanca na fragmente;
– cijepanje originalnog polipeptidnog lanca na drugi način;
– odvajanje nastalih fragmenata;
– analiza aminokiselina svakog fragmenta;
– uspostavljanje primarne strukture polipeptida, uzimajući u obzir preklapajuće sekvence fragmenata oba cijepanja.
Pošto još ne postoji metoda koja omogućava uspostavljanje kompletne primarne strukture proteina na čitavom molekulu, polipeptidni lanac se podvrgava specifičnom cepanju hemijskim reagensima ili proteolitičkim enzimima. Smjesa nastalih peptidnih fragmenata se odvaja i za svaki od njih se određuje sastav aminokiselina i sekvenca aminokiselina. Nakon što je utvrđena struktura svih fragmenata, potrebno je odrediti redosled njihove lokacije u originalnom polipeptidnom lancu. Da bi se to postiglo, protein se podvrgava cijepanju pomoću drugog sredstva i dobiva se drugi, drugačiji set peptidnih fragmenata, koji se odvajaju i analiziraju na sličan način.
1. Određivanje molekulske težine (o sljedećim metodama se detaljno govori u temi 3):
– po viskoznosti;
– brzinom sedimentacije (metoda ultracentrifugiranja);
– gel hromatografija;
– elektroforeza u PAGE pod uslovima disocijacije.
2. Određivanje sastava AA. Analiza sastava aminokiselina uključuje potpunu kiselinsku hidrolizu proteina ili peptida koji se proučava korištenjem 6 n. hlorovodonične kiseline i kvantitativno određivanje svih aminokiselina u hidrolizatu. Hidroliza uzorka se vrši u zatvorenim ampulama u vakuumu na 150°C u trajanju od 6 sati.Kvantitativno određivanje aminokiselina u proteinskom ili peptidnom hidrolizatu vrši se pomoću analizatora aminokiselina.
3. Određivanje N- i C-aminokiselinskih ostataka. U polipeptidnom lancu proteina, na jednoj strani nalazi se aminokiselinski ostatak koji nosi slobodnu α-amino grupu (amino ili N-terminalni ostatak), a s druge - ostatak sa slobodnom α-karboksilnom grupom (karboksil, ili WITH-terminalni ostatak). Analiza terminalnih ostataka igra važnu ulogu u procesu određivanja aminokiselinske sekvence proteina. U prvoj fazi studije, omogućava procjenu broja polipeptidnih lanaca koji čine proteinski molekul i stepen homogenosti lijeka koji se proučava. U narednim fazama, koristeći analizu N-terminalni aminokiselinski ostaci kontrolišu proces odvajanja peptidnih fragmenata.
Reakcije za određivanje N-terminalnih aminokiselinskih ostataka:
1) jedna od prvih metoda za određivanje N-terminalne aminokiselinske ostatke je predložio F. Sanger 1945. Kada α-amino grupa peptida ili proteina reaguje sa 2,4-dinitrofluorobenzenom, dobija se derivat dinitrofenila (DNP), obojen u žutu boju. Naknadna kisela hidroliza (5,7 N HCl) dovodi do cijepanja peptidnih veza i stvaranja DNP derivata N-terminalne aminokiseline. DNP aminokiselina se ekstrahuje etrom i identifikuje hromatografijom u prisustvu standarda.
2) metoda dansilacije. Najveća aplikacija za određivanje N-terminalni ostaci se trenutno pronalaze metodom dansil, koju su 1963. razvili W. Gray i B. Hartley. Kao i metoda dinitrofenilacije, ona se zasniva na uvođenju „oznake“ u amino grupe proteina, koja se ne uklanja tokom naknadne hidrolize. Njegov prvi korak je reakcija dansil hlorida (1-dimetilaminonaftalen-5-sulfoklorid) sa neprotoniranom α-amino grupom peptida ili proteina da bi se formirao dansil peptid (DNS peptid). U sljedećoj fazi, DNS peptid se hidrolizira (5,7 N HC1, 105°C, 12 - 16 h) i oslobađa N-terminalna α-DNS aminokiselina. DNS aminokiseline pokazuju intenzivnu fluorescenciju u ultraljubičastom području spektra (365 nm); Obično je 0,1 - 0,5 nmol supstance dovoljno za njihovu identifikaciju.
Postoji niz metoda koje se mogu koristiti da se odredi kako N-terminalni aminokiselinski ostatak i aminokiselinska sekvenca. To uključuje razgradnju Edmanovom metodom i enzimsku hidrolizu aminopeptidazama. Ove metode će biti detaljno razmotrene u nastavku kada se opisuje sekvenca aminokiselina peptida.
Reakcije za određivanje C-terminalnih aminokiselinskih ostataka:
1) među hemijskim metodama određivanja WITH-terminalni aminokiselinski ostaci, metoda hidrazinolize koju je predložio S. Akabori i metoda oksazolona zaslužuju pažnju. U prvom od njih, kada se peptid ili protein zagrije sa bezvodnim hidrazinom na 100 - 120°C, peptidne veze se hidroliziraju da bi se formirali aminokiselinski hidrazidi. WITH-terminalna aminokiselina ostaje kao slobodna aminokiselina i može se izolovati iz reakcione smeše i identifikovati (slika 6).
Rice. 6. Cepanje peptidne veze sa hidrazinom
Metoda ima niz ograničenja. Hidrazinoliza uništava glutamin, asparagin, cistein i cistin; arginin gubi svoj gvanidinski dio da bi nastao ornitin. Serin, treonin i glicin hidrazidi su labilni i lako se pretvaraju u slobodne aminokiseline, što otežava tumačenje rezultata;
2) Metoda oksazolona, koja se često naziva metodom tricijumske oznake, zasniva se na sposobnosti WITH-terminalni aminokiselinski ostatak podvrgava se ciklizaciji pod uticajem anhidrida sirćetne kiseline da bi se formirao oksazolon. U alkalnim uslovima, pokretljivost atoma vodika na poziciji 4 oksazolonskog prstena naglo se povećava i oni se lako mogu zameniti tricijumom. Produkti reakcije nastali kao rezultat naknadne kisele hidrolize tricijanog peptida ili proteina sadrže radioaktivno označene WITH-terminalne aminokiseline. Kromatografija hidrolizata i mjerenje radioaktivnosti omogućava identifikaciju WITH-terminalna aminokiselina peptida ili proteina;
3) najčešće odrediti WITH-terminalni aminokiselinski ostaci se enzimski hidroliziraju karboksipeptidazama, što također omogućava analizu C-terminalne aminokiselinske sekvence. Karboksipeptidaza hidrolizira samo one peptidne veze koje se formiraju WITH-terminalna aminokiselina koja ima slobodnu α-karboksilnu grupu. Dakle, pod dejstvom ovog enzima, aminokiseline se sekvencijalno odvajaju od peptida, počevši od WITH-terminal. Ovo omogućava određivanje relativnog položaja naizmjeničnih aminokiselinskih ostataka.
Kao rezultat identifikacije N- I WITH-terminalni ostaci polipeptida obezbeđuju dve važne referentne tačke za određivanje njegove aminokiselinske sekvence (primarne strukture).
4. Fragmentacija polipeptidnog lanca.
Enzimske metode. Za specifičnu razgradnju proteina u određenim tačkama koriste se i enzimske i hemijske metode. Od enzima koji kataliziraju hidrolizu proteina na određenim mjestima, tripsin i kimotripsin su najšire korišteni. Tripsin katalizira hidrolizu peptidnih veza koje se nalaze nakon ostataka lizina i arginina. Kimotripsin prvenstveno razgrađuje proteine nakon ostataka aromatičnih aminokiselina - fenilalanina, tirozina i triptofana. Ako je potrebno, specifičnost tripsina se može povećati ili promijeniti. Na primjer, tretman proteina koji se proučava citrakonskim anhidridom dovodi do acilacije lizinskih ostataka. U tako modificiranom proteinu, cijepanje će se dogoditi samo na ostacima arginina. Također, prilikom proučavanja primarne strukture proteina, proteinaza, koja također pripada klasi serinskih proteinaza, ima široku primjenu. Enzim ima dva maksimuma proteolitičke aktivnosti na pH 4,0 i 7,8. Proteinaza cijepa peptidne veze formirane karboksilnom grupom glutaminske kiseline s visokim prinosom.
Istraživačima je na raspolaganju i veliki skup manje specifičnih proteolitičkih enzima (pepsin, elastaza, subtilizin, papain, pronaza itd.). Ovi enzimi se uglavnom koriste za dodatnu fragmentaciju peptida. Njihova specifičnost supstrata određena je prirodom aminokiselinskih ostataka, koji ne samo da tvore vezu koja se može hidrolizovati, već je i udaljenija duž lanca.
Hemijske metode.
1) među hemijskim metodama fragmentacije proteina najspecifičnija i najčešće korišćena je cepanje cijanogen bromidom na ostacima metionina (slika 7).
Reakcija sa cijanogen bromidom dovodi do formiranja intermedijarnog cijanosulfonijum derivata metionina, koji se spontano pretvara u kiselim uslovima u homoserin iminolakton, koji se, zauzvrat, brzo hidrolizira cijepanjem iminske veze. Rezultat dalje WITH-kraj peptida, homoserinski lakton se dalje djelimično hidrolizira u homoserin (HSer), što rezultira svakim fragmentom peptida osim WITH-terminalni, postoji u dva oblika - homoserin i homoserin lakton; 
Rice. 7. Cepanje polipeptidnog lanca sa cijanogen bromidom
2) veliki broj metoda je predložen za cijepanje proteina na karbonilnoj grupi ostatka triptofana. Jedan od reagensa koji se koristi za ovu svrhu je N-bromosukcinimid;
3) reakcija izmene tiol-disulfida. Kao reagensi se koriste redukovani glutation, 2-merkaptoetanol i ditiotreitol.
5. Određivanje sekvence peptidnih fragmenata. U ovoj fazi se uspostavlja sekvenca aminokiselina u svakom od peptidnih fragmenata dobijenih u prethodnoj fazi. U tu svrhu obično se koristi hemijska metoda koju je razvio Per Edman. Edmanov dekolte se svodi samo na to N-terminalni ostatak peptida, a sve ostale peptidne veze nisu pogođene. Nakon identifikacije odvajanja N- završni ostatak etikete se uvodi u sljedeću, koja je sada postala N-terminal, ostatak koji se odcjepi na isti način, prolazeći kroz istu seriju reakcija. Dakle, eliminacijom ostatka po ostatku, moguće je odrediti čitav niz aminokiselina peptida koristeći samo jedan uzorak za ovu svrhu. U Edman metodi, peptid prvo reagira sa fenil izotiocijanatom, koji se vezuje za slobodnu α-amino grupu N-terminalni ostatak. Tretman peptida hladnom razrijeđenom kiselinom dovodi do eliminacije N-terminalni ostatak u obliku derivata feniltiohidantoina, koji se može identifikovati hromatografskim metodama. Ostatak vrijednosti peptida nakon uklanjanja N-terminalni ostatak izgleda netaknut. Operacija se ponavlja onoliko puta koliko ima ostataka u peptidu. Na ovaj način se lako može odrediti aminokiselinska sekvenca peptida koji sadrži 10 - 20 aminokiselinskih ostataka. Aminokiselinska sekvenca je određena za sve fragmente nastale tokom cijepanja. Nakon toga nastaje sljedeći problem - odrediti kojim redoslijedom su fragmenti locirani u originalnom polipeptidnom lancu.
Automatsko određivanje sekvence aminokiselina . Veliko dostignuće u oblasti strukturnih studija proteina bilo je stvaranje 1967. od strane P. Edmana i J. Bega. sekvencer– uređaj koji vrši sekvencijalnu automatsku eliminaciju sa visokom efikasnošću N-terminalne aminokiselinske ostatke koristeći Edmanovu metodu. Moderni sekvenceri implementiraju različite metode za određivanje sekvence aminokiselina.
6. Cepanje originalnog polipeptidnog lanca na drugi način. Da biste utvrdili redoslijed rasporeda nastalih peptidnih fragmenata, uzeti novi dio originalnog polipeptidnog preparata i na neki drugi način podijeliti na manje fragmente, čime se cijepaju peptidne veze koje su otporne na djelovanje prethodnog reagensa. Svaki od nastalih kratkih peptida se podvrgava sekvencijalnom cijepanju Edman metodom (isto kao u prethodnoj fazi) i na taj način se određuje njihova aminokiselinska sekvenca.
7. Uspostavljanje primarne strukture polipeptida, uzimajući u obzir preklapajuće sekvence fragmenata oba cijepanja. Aminokiselinske sekvence u peptidnim fragmentima dobijenim pomoću ove dvije metode upoređuju se kako bi se pronašli peptidi u drugom setu u kojem bi sekvence pojedinačnih sekcija odgovarale sekvencama određenih sekcija peptida iz prvog seta. Peptidi iz drugog seta sa preklapajućim regionima omogućavaju da se peptidni fragmenti dobijeni kao rezultat prvog cepanja originalnog polipeptidnog lanca povežu u ispravnom redosledu.
Ponekad drugo cepanje polipeptida na fragmente nije dovoljno da se pronađu preklapajući regioni za sve peptide dobijene nakon prvog cepanja. U ovom slučaju se koristi treća, a ponekad i četvrta metoda cijepanja kako bi se dobio skup peptida koji osiguravaju potpuno preklapanje svih regija i uspostavljaju kompletnu sekvencu aminokiselina u originalnom polipeptidnom lancu.
Federalna agencija za obrazovanje
Državna obrazovna ustanova
visoko stručno obrazovanje "Perm State Technical University" Katedra za hemiju i biotehnologiju
Hemija biološki aktivnih spojeva
Bilješke sa predavanja za redovne studente
specijalnost 070100 “Biotehnologija”
Izdavačka kuća
Permski državni tehnički univerzitet
Sastavio: dr.sc. Biol. nauke L.V. Anikina
Recenzent
dr.sc. chem. nauka, vanredni profesor I.A. Tolmacheva
(Permski državni univerzitet)
Hemija biološki aktivnih supstanci/comp. L.V. Anikina - Perm: Izdavačka kuća Perm. stanje tech. Univ., 2009. – 109 str.
Prikazuju se zapisi sa predavanja iz programa predmeta „Hemija biološki aktivnih supstanci“.
Namijenjeno redovnim studentima smjera 550800 “Hemijska tehnologija i biotehnologija”, specijalnost 070100 “Biotehnologija”.
© Državna obrazovna ustanova visokog stručnog obrazovanja
„Država Perm
Tehnički univerzitet", 2009
Uvod………………………………………………………………………………………………..4
Predavanje 1. Hemijske komponente živih bića…………………………………….7
Predavanje 2. Ugljikohidrati………………………………………………………………………….12
Predavanje 3. Lipidi…………………………………………………………………………..20
Predavanje 4. Aminokiseline…………………………………………………………35
Predavanje 5. Proteini………………………………………………………………………….….43
Predavanje 6. Osobine bjelančevina………………………………………………………...57
Predavanje 7. Jednostavni i složeni proteini………………………………………………………...61
Predavanje 8. Nukleinske kiseline i nukleoproteini………………………….72
Predavanje 9. Enzimi……………………………………………………….….85
Predavanje 10. Klasifikacija enzima…………………………………………………………………… 94
Uvod
Prilikom školovanja specijalista biotehnologije najvažnije osnovne discipline su biohemija, organska hemija i hemija biološki aktivnih supstanci. Ove discipline čine temeljnu osnovu biotehnologije, čiji je razvoj povezan s rješavanjem tako velikih društvenih problema našeg vremena kao što su opskrba energijom, stočnim i prehrambenim resursima, zaštita okoliša i zdravlje ljudi.
Prema zahtjevima Državnog standarda visokog stručnog obrazovanja za obavezni minimalni sadržaj osnovnih obrazovnih programa smjera 550800 „Hemijska tehnologija i biotehnologija“, specijalnost 070100 „Biotehnologija“, disciplina „Hemija biološki aktivnih supstanci“ uključuje sljedeće didaktičke jedinice: struktura i prostorna organizacija proteina, nukleinskih kiselina, ugljikohidrata, lipida, niskomolekularnih bioregulatora i antibiotika; koncept enzima, antitijela, strukturnih proteina; enzimska kataliza.
Svrha nastave iz discipline „Hemija biološki aktivnih supstanci“ je formiranje predstava studenata o strukturi i osnovama funkcionisanja biološki aktivnih supstanci, o enzimskoj katalizi.
Predavanja iz discipline „Hemija biološki aktivnih supstanci” zasnivaju se na znanju studenata iz predmeta „Opšta hemija”, „Neorganska hemija”, „Fizička hemija”, „Analitička hemija” i „Hemija koordinacionih jedinjenja”. Odredbe ove discipline koriste se za dalje izučavanje predmeta „Biohemija“, „Mikrobiologija“, „Biotehnologija“.
Predloženi zapisi sa predavanja pokrivaju sljedeće teme iz predmeta „Hemija biološki aktivnih supstanci“:
Ugljeni hidrati, klasifikacija, hemijska struktura i biološka uloga, hemijske reakcije karakteristične za ugljene hidrate. Monosaharidi, disaharidi, polisaharidi.
Lipidi. Klasifikacija prema hemijskoj strukturi, biološkim funkcijama lipida i njihovih derivata - vitamina, hormona, bioregulatora.
Aminokiseline, opća formula, klasifikacija i biološka uloga. Fizičko-hemijska svojstva aminokiselina. Proteinogene aminokiseline, aminokiseline kao prekursori biološki aktivnih molekula - koenzima, žučnih kiselina, neurotransmitera, hormona, histohormona, alkaloida i nekih antibiotika.
Proteini, elementarni sastav i funkcije proteina. Primarna struktura proteina. Karakteristike peptidne veze. Sekundarna struktura proteina: α-heliks i β-list. Supersekundarna struktura proteina, princip domena evolucije proteina. Tercijarna struktura proteina i veze koje ga stabiliziraju. Koncept fibrilarnih i globularnih proteina. Kvartarna struktura proteina.
Fizičko-hemijska i biološka svojstva proteina. Denaturacija. Chaperones.
Jednostavni proteini: histoni, protamini, prolamini, gluteini, albumini, globulini, skleroproteini, toksini.
Kompleksni proteini: hromoproteini, metaloproteini, lipoproteini, glikoproteini, proteoglikani, nukleoproteini.
Nukleinske kiseline, biološka uloga u ćeliji. Azotne baze, nukleozidi, nukleotidi, polinukleotidi DNK i RNK. Vrste RNK. Prostorna struktura DNK, nivoi zbijenosti DNK u hromatinu.
Enzimi kao biološki katalizatori, njihova razlika od neproteinskih katalizatora. Jednostavni i složeni enzimi. Aktivno mjesto enzima. Mehanizam djelovanja enzima, smanjenje energije aktivacije, formiranje kompleksa enzim-supstrat, teorija deformacije veze, acidobazna i kovalentna kataliza. Izoforme enzima. Multienzimski sistemi.
Regulacija aktivnosti enzima na ćelijskom nivou: ograničena proteoliza, molekularna agregacija, hemijska modifikacija, alosterična inhibicija. Vrste inhibicije: reverzibilna i nepovratna, kompetitivna i nekonkurentna. Aktivatori i inhibitori enzima.
Nomenklatura enzima. Međunarodna klasifikacija enzima.
Oksidoreduktaze: NAD zavisne dehidrogenaze, flavin zavisne dehidrogenaze, kinoni, citokromski sistem, oksidaze.
Transferaze: fosfotransferaze, aciltransferaze i koenzim A, aminotransferaze koje koriste piridoksal fosfat, C1-transferaze koje sadrže aktivne oblike folne kiseline i cijanokobalamin kao koenzime, glikoziltransferaze.
Hidrolaze: esteraze, fosfataze, glikozidaze, peptidaze, amidaze.
Liaze: dekarboksilaze koje koriste tiamin pirofosfat kao koenzim, aldolaze, hidrataze, deaminaze, sintaze.
Izomeraze: prijenos hidrogenskih, fosfatnih i acilnih grupa, kretanje dvostrukih veza, stereoizomeraze.
Ligaze: odnos između sinteze i razgradnje ATP-a, karboksilaze i uloge karboksibiotina, acil-koenzima A sintetaze.
Na kraju bilješke sa predavanja nalazi se spisak literature koja se mora koristiti za uspješno savladavanje predmeta „Hemija biološki aktivnih supstanci“.
Uvod
Svaki živi organizam je otvoreni fizičko-hemijski sistem koji može aktivno postojati samo u uslovima dovoljno intenzivnog protoka hemikalija neophodnih za razvoj i održavanje strukture i funkcije. Za heterotrofne organizme (životinje, gljive, bakterije, protozoe, biljke bez hlorofila), hemijska jedinjenja snabdevaju svu ili većinu energije neophodne za njihov život. Pored snabdijevanja živih organizama građevinskim materijalom i energijom, oni obavljaju različite funkcije kao nosioci informacija za jedan organizam i obezbjeđuju unutar- i međuvrstu komunikaciju.
Dakle, biološku aktivnost hemijskog jedinjenja treba shvatiti kao njegovu sposobnost da promeni funkcionalne sposobnosti organizma ( invitro ili in vivo) ili zajednice organizama. Ova široka definicija biološke aktivnosti znači da gotovo svako hemijsko jedinjenje ili sastav jedinjenja ima neku vrstu biološke aktivnosti.
Čak i hemijski veoma inertne supstance mogu imati primetan biološki efekat kada se unose u organizam na odgovarajući način.
Dakle, vjerovatnoća pronalaska biološki aktivnog jedinjenja među svim hemijskim jedinjenjima je blizu jedan, ali pronalaženje hemijskog jedinjenja sa datom vrstom biološke aktivnosti je prilično težak zadatak.
Biološki aktivne supstance– hemijske supstance neophodne za održavanje života živih organizama, koje imaju visoku fiziološku aktivnost pri niskim koncentracijama u odnosu na određene grupe živih organizama ili njihove ćelije.
Po jedinici biološke aktivnosti hemijske supstance, uzima se minimalna količina ove supstance koja može da potisne razvoj ili odloži rast određenog broja ćelija, tkiva standardnog soja (biotestovi) u jedinici hranljive podloge.
Biološka aktivnost je relativan pojam. Ista supstanca može imati različitu biološku aktivnost u odnosu na isti tip živog organizma, tkiva ili ćelije, u zavisnosti od pH vrednosti, temperature i prisustva drugih biološki aktivnih supstanci. Nepotrebno je reći da ako govorimo o različitim biološkim vrstama, onda djelovanje tvari može biti isto, izraženo u različitom stupnju, direktno suprotno, ili imati primjetan učinak na jedan organizam, a biti inertan za drugi.
Svaka vrsta biološki aktivne supstance ima svoje metode za određivanje biološke aktivnosti. Dakle, za enzime, metoda za određivanje aktivnosti je da se zabilježi brzina potrošnje supstrata (S) ili stopa formiranja produkta reakcije (P).
Svaki vitamin ima svoju metodu za određivanje aktivnosti (količina vitamina u uzorku za testiranje (na primjer, tablete) u jedinicama IU).
Često se u medicinskoj i farmakološkoj praksi koristi koncept kao što je LD 50 - tj. koncentracije supstance, kada se daju, polovina testiranih životinja ugine. Ovo je mjera toksičnosti biološki aktivnih supstanci.
Klasifikacija
Najjednostavnija klasifikacija - Opća - dijeli sve biološki aktivne tvari u dvije klase:
- endogeni
- egzogeni
Endogene supstance uključuju
Sva vitalna aktivnost organizma zasniva se na tri stuba - samoregulaciji, samoobnavljanju i samoreproduciranju. U procesu interakcije sa promenljivom okolinom, telo ulazi u složene odnose sa njom i stalno se prilagođava promenljivim uslovima. To je samoregulacija, u kojoj biološki aktivne tvari igraju važnu ulogu.
Osnovni biološki koncepti
U biologiji se samoregulacija podrazumijeva kao sposobnost tijela da održi dinamičku homeostazu.
Homeostaza je relativna postojanost sastava i funkcija tijela na svim nivoima organizacije - ćelijskom, organskom, sistemskom, organizmu. A upravo u posljednjoj fazi održavanje homeostaze osiguravaju biološki aktivne supstance regulatornih sistema. A u ljudskom tijelu to rade sljedeći sistemi - nervni, endokrini i imuni.
Biološki aktivne tvari koje tijelo luči su tvari koje u malim dozama mogu promijeniti brzinu metaboličkih procesa, regulirati metabolizam, sinhronizirati rad svih tjelesnih sistema, ali i utjecati na osobe suprotnog spola.
Regulacija na više nivoa – raznovrsnost agenata uticaja
Apsolutno svi spojevi i elementi koji se nalaze u ljudskom tijelu mogu se smatrati biološki aktivnim tvarima. I iako svi imaju specifičnu aktivnost, vršeći ili utječući na katalitičke (vitamini i enzimi), energetske (ugljikohidrati i lipidi), plastične (proteini, ugljikohidrati i lipidi), regulatorne (hormoni i peptidi) funkcije organizma. Svi se dijele na egzogene i endogene. Egzogene biološki aktivne tvari ulaze u tijelo izvana i na različite načine, a endogenim se smatraju svi elementi i tvari koje su dio organizma. Hajde da se fokusiramo na neke supstance koje su važne za život našeg organizma i damo ih ukratko opis.
Glavni su hormoni
Biološki aktivne tvari za humoralnu regulaciju tijela su hormoni koje sintetiziraju endokrine i mješovite žlijezde. Njihova glavna svojstva su sljedeća:
- Djeluju na udaljenosti od mjesta formiranja.
- Svaki hormon je strogo specifičan.
- Brzo se sintetiziraju i brzo se inaktiviraju.
- Efekat se postiže u vrlo malim dozama.
- Oni djeluju kao posredna karika u nervnoj regulaciji.
Lučenje biološki aktivnih supstanci (hormona) osigurava ljudski endokrini sistem koji uključuje endokrine žlijezde (hipofiza, epifiza, štitna žlijezda, paratireoidne žlijezde, timus, nadbubrežne žlijezde) i žlijezde mješovitog izlučivanja (pankreas i spolne žlijezde). Svaka žlezda luči svoje hormone, koji imaju sva navedena svojstva i rade po principima interakcije, hijerarhije, povratne sprege i odnosa sa spoljnim okruženjem. Svi oni postaju biološki aktivne supstance u ljudskoj krvi, jer se jedino tako isporučuju agensima interakcije.
Mehanizam djelovanja
Biološki aktivne tvari žlijezda uključene su u biohemiju životnih procesa i utiču na određene ćelije ili organe (mete). Mogu biti proteinske prirode (somatotropin, inzulin, glukagon), steroidnih (seksualni i nadbubrežni hormoni), ili biti derivati aminokiselina (tiroksin, trijodtironin, norepinefrin, adrenalin). Biološki aktivne supstance endokrinih i mešovitih sekretnih žlezda omogućavaju kontrolu nad fazama individualnog embrionalnog i postembrionalnog razvoja. Njihov nedostatak ili višak dovodi do poremećaja različite težine. Na primjer, nedostatak biološki aktivne tvari hipofize (hormona rasta) dovodi do razvoja patuljastosti, a njen višak u djetinjstvu dovodi do gigantizma.
Vitamini
Postojanje ovih niskomolekularnih organskih biološki aktivnih supstanci otkrio je ruski doktor M.I. Lunjin (1854-1937). To su tvari koje ne obavljaju plastične funkcije i ne sintetiziraju se (ili se sintetiziraju u vrlo ograničenim količinama) u tijelu. Zato je glavni izvor za njihovo dobijanje hrana. Kao i hormoni, vitamini djeluju u malim dozama i osiguravaju odvijanje metaboličkih procesa.
Vitamini su veoma raznoliki po svom hemijskom sastavu i delovanju na organizam. U našem tijelu bakterijska crijevna mikroflora sintetizira samo vitamine B i K, a vitamin D sintetiziraju stanice kože pod utjecajem ultraljubičastog zračenja. Sve ostalo dobijamo hranom.
Ovisno o opskrbljenosti organizma ovim supstancama razlikuju se sljedeća patološka stanja: vitaminski nedostaci (potpuni nedostatak bilo kojeg vitamina), hipovitaminoza (djelomični nedostatak) i hipervitaminoza (višak vitamina, češće A, D, C).
Mikroelementi
Naše tijelo sadrži 81 element periodnog sistema od 92. Svi su važni, ali neki su nam neophodni u mikroskopskim dozama. Ovi elementi u tragovima (Fe, I, Cu, Cr, Mo, Zn, Co, V, Se, Mn, As, F, Si, Li, B i Br) dugo su ostali misterija za naučnike. Danas je njihova uloga (kao pojačivača snage enzimskog sistema, katalizatora metaboličkih procesa i građevnih elemenata biološki aktivnih supstanci u organizmu) nesumnjiva. Nedostatak mikroelemenata u organizmu dovodi do stvaranja neispravnih enzima i narušavanja njihovih funkcija. Na primjer, nedostatak cinka dovodi do poremećaja u transportu ugljičnog dioksida i poremećaja cjelokupnog vaskularnog sistema, razvoja hipertenzije.
I može se navesti mnogo primjera, ali generalno, nedostatak jednog ili više mikroelemenata dovodi do zastoja u razvoju i rastu, poremećaja hematopoeze i funkcionisanja imunog sistema, te neravnoteže u regulatornim funkcijama organizma. Pa čak i do preranog starenja.
Organski i aktivni
Među brojnim organskim jedinjenjima koja igraju vitalnu ulogu u našem tijelu, ističemo sljedeće:
- Aminokiseline, od kojih se dvanaest od dvadeset i jedne sintetizira u tijelu.
- Ugljikohidrati. Posebno glukoza, bez koje mozak ne može pravilno funkcionirati.
- Organske kiseline. Antioksidansi – askorbinska i sukcinska kiselina, antiseptik benzoik, poboljšivač srca – oleinska.
- Masna kiselina. Svi znaju Omega 3 i 5.
- Fitoncidi koji se nalaze u biljnoj hrani i imaju sposobnost uništavanja bakterija, mikroorganizama i gljivica.
- Flavonoidi (fenolna jedinjenja) i alkaloidi (supstance koje sadrže azot) prirodnog porekla.
Enzimi i nukleinske kiseline
Među biološki aktivnim tvarima u krvi treba razlikovati još dvije grupe organskih spojeva: enzimske komplekse i adenozin trifosfatne nukleinske kiseline (ATP).
ATP je univerzalna energetska valuta tijela. Svi metabolički procesi u ćelijama našeg tela odvijaju se uz učešće ovih molekula. Osim toga, aktivni transport tvari kroz ćelijske membrane nemoguć je bez ove energetske komponente.
Enzimi (kao biološki katalizatori svih životnih procesa) su takođe biološki aktivni i neophodni. Dovoljno je reći da hemoglobin eritrocita ne može bez specifičnih enzimskih kompleksa i adenozin trifosfat nukleinske kiseline, kako u fiksaciji kisika tako i u njegovom oslobađanju.
Magični feromoni
Jedna od najmisterioznijih biološki aktivnih formacija su afrodizijaci, čiji je glavni cilj uspostavljanje komunikacije i seksualne želje. Kod ljudi se ove supstance luče u pregibima nosa i usana, grudima, analnom i genitalnom području i pazuhu. Djeluju u minimalnim količinama i nisu prepoznati na svjesnom nivou. Razlog tome je što ulaze u vomeronazalni organ (koji se nalazi u nosnoj šupljini), koji ima direktnu nervnu vezu sa dubokim strukturama mozga (hipotalamus i talamus). Pored privlačenja partnera, novija istraživanja dokazuju da su upravo te nestabilne formacije odgovorne za plodnost, instinkte brige za potomstvo, zrelost i snagu bračnih veza, agresivnost ili pokornost. Muški feromon androsteron i ženski kopulin se brzo uništavaju u zraku i djeluju samo u bliskom kontaktu. Zato ne treba posebno vjerovati proizvođačima kozmetike koji aktivno iskorištavaju temu afrodizijaka u svojim proizvodima.
Nekoliko riječi o dodacima prehrani
Danas ne možete naći osobu koja nije čula za dijetetske suplemente (BAA). Zapravo, to su kompleksi biološki aktivnih supstanci različitih sastava koji nisu lijekovi. Dodaci prehrani mogu biti farmaceutski proizvodi - dodaci prehrani, vitaminski kompleksi. Ili prehrambeni proizvodi dodatno obogaćeni aktivnim sastojcima koji nisu sadržani u ovom proizvodu.
Svjetsko tržište dodataka prehrani danas je ogromno, ali ni Rusi ne zaostaju. Neka istraživanja su pokazala da svaki četvrti stanovnik Rusije uzima ovaj proizvod. Istovremeno, 60% potrošača ga koristi kao dodatak ishrani, 16% - kao izvor vitamina i mikroelemenata, a 5% je sigurno da su dodaci prehrani lijekovi. Osim toga, bilo je slučajeva da su se pod krinkom dodataka prehrani kao što su sportska prehrana i proizvodi za mršavljenje prodavali suplementi koji su sadržavali psihotropne tvari i opojne droge.
Možete biti pobornik ili protivnik uzimanja ovog proizvoda. Svjetsko mišljenje je prepuno raznih podataka o ovom pitanju. U svakom slučaju, zdrav način života i raznovrsna, uravnotežena prehrana neće naštetiti vašem tijelu i otklonit će sumnje u uzimanje određenih dodataka prehrani.