Производные трикарбалиловой кислоты
CООН СООН
| |
НООС- СН2 – С -СН2- СООН НООС- СН-СН-СН2-СООН
| |
ОН ОН
лимонная кислота изолимонная кислота
Лимонная кислота( цитрат) твердое кристаллическое вещество, растворима в воде.
Принадлежит к наиболее распространенным кислотам растений: в большом количестве находится в соке лимонов( 6-8%), в смородине, бруснике, в свекольном соке, хвое, вине. В животных и человеческих клетках образуется в митохондриях, где в матриксе с ее участием проходит комплекс реакций, получивших название « цикл Кребса, или цикл трикарбоновых кислот).
В реакциях in vivo она образуется в реакции соединения( конденсации) АцетилКоА и щавелевоуксусной кислоты.
СООН
|
НООС – СН 2– С -СООН + Н - СН2 - СОSКоА ——> НООС-СН2-С-СН2 -СООН
| | -НSКоА |
О ОН
Образует кислые и средние соли, связывает ионы кальция, ее используют в качестве антикоагулянта , добавляя к препаратам крови для предотвращения свертываемости, поскольку ионы кальция входят в состав факторов свертывающей системы крови.
При дегидратации лимонная кислота превращается в аконитовую( в реакциях цикла Кребса в цис-аконитовую);. Гидратация цис - аконитовой сопровождается образованием изомера- изолимонной кислоты ( направление реакции соответствует правилам реакции А Е - электрофильного присоединения )
- Н2 О СООН + Н2 О СООН
Лимонная кислота ——> | ——> |
СН2 СН2
| |
С- СООН С - СООН
| | |
С-Н ОН – С - Н
| |
СООН СООН
цис- аконитовая кислота изолимонная кислота
Лимонная и изолимонная кислоты отличаются положением гидроксигруппы: цитрат – третичный спирт, а изоцитрат – вторичный.
NB!Только у изолимонной кислоты гидрокси- группа может окисляться и эта реакция используется в цикле Кребса.
Лимонную кислоту используют в пищевой промышленности при изготовлении соков, напитков, кондитерских изделий, в медицине- добавка в производстве ряда лекарственных препаратов ( цитрамон – против головной боли), стерильный
4-5%раствор цитрата натрия используют для консервирования крови.
5.9. Oксокарбоновые кислоты( альдегидо -, кетокарбоновые кислоты)
Содержат функциональную карбонильную группу >С=О.
Гомологический ряд начинается с оксоэтановой кислоты С2 Н 2О 3 ( оксоуксусной, глиоксалевой)
НООС –СНО
.
Содержит две функциональные группы – альдегидную и карбоксильную, обе группы обладают всеми типичными химическими свойствами усиливая реакционную способность друг друга( т.к. обе группы обладают акцепторными свойствами).
Известна только в виде гидрата вследствие высокой активности карбонильной группы в реакции нуклеофильного присоединения А Nu ( вспомните образование хлоральгидрата).
НООС –СНО + Н2 О ———> НООС - СН – ОН
|
ОН
Обнаружена в клетках некоторых бактерий, грибов, растений, ее много в незрелых фруктах, по мере созревания ее содержание снижается. Находится в особых внутриклеточных образованиях глиоксисомах , где протекают реакции, приводящие к включению глиоксалевой кислоты в цикл Кребса. В организме животных и человека ее роль в обмене веществ не доказана, хотя в последнее время обнаружены некоторые процессы с ее участием
Пировиноградная кислота( 2-оксопропановая ). Свое название получила от винной и виноградной кислот, из которых образуется при их разложении( перегонке).
Пировиноградная кислоты( в биохимии принято сокращение ПВК) – жидкость, обладает резким запахом , смешивается с водой.
Проявляет свойства карбоновой кислоты и оксосоединения, склонна к кето-енольной таутомерии, т.к. метильная группа представляет собой α – СН- кислотный центр, в котором находятся подвижные атомы водорода.
СН3 –С –СООН
/ | | \
СН-кислотныйО реакции карбоксильной группы
центр↓ -сложные эфиры
свойства
Карбонильной
группы
- восстановление
- реакции ANu
Взаимное влияние двух акцепторных группировок : карбонильной и карбоксильной проявляется в реакции декарбоксилирования.
Восстановление( гидрирование ) пировиноградной кислоты приводит к образованию молочной кислоты, реакция обратима. В условиях in vitro образуется рацемическая смесь двух стереоизомеров, а в условиях in vivo c участием фермента только один
L( + )стереоизомер.
фермент
СН3 - С(О) –СООН + НАДН + Н + <————> СН –СН ( ОН ) – СООН + НАД+
пировиноградная кислота молочная кислота
Реакция декарбоксилирования возможна in vitro и in vivo.
СН3 - С(О) –СООН ————> СН3 – С НО + СО 2
уксусный альдегид
Кето-енольная таутомерия пировиноградной кислоты изучена в теме «Изомерия». Напомним биологическую роль фосфоенолпирувата- макроэргической соединения, который образуется в процессе гликолиза.
СН 2= С - СООН
| ←макроэргическая связь
ОРО3 Н2
Реакция карбоксилирования in vivo с участием СН- кислотного центра( аналогична реакции карбоксилирования уксусной кислоты)
фермент
СО 2 + СН3 - С(О) –СООН ————> НООС – СН2 –С (О ) -СООН
щавелевоуксусная кислота
Пировиноградная кислота образуется в клетках растений , животных и человека при обмене глюкозы в процессе гликолиза и из аминокислоты аланина и является одним из важнейших метаболитов, участвующих в обмене веществ.
Из пировиноградной кислоты in vivo вновь могут образоваться глюкоза и аминокислота аланин
Ацетоуксусная кислота ( 3-оксобутановая, ß – кетомасляная ), сироп, смешивается с водой в любых отношениях.. Все ß – кетокислоты чрезвычайно неустойчивы и легко декарбоксилируются при малейшем нагревании, а in vivo - при снижении рН крови( повышении кислотности среды). При этом образуется нейротоксичное соединение- ацетон. Ацетоуксусную кислоту в биохимии относят к « кетоновым телам», которые образуются при нарушении обмена глюкозы( инсулинзависимом сахарном диабете, голодании).
СН3 – С – СН 2 – СООН СН3 – С – СН 3 + СО 2
| | ———> | |
О О
NB! Два биоактивных соединения в норме образуют кетоновые тела : 3-гидроксибутановая кислота( ß -гидроксимасляная), 3- оксобутановая( ацетоуксусная). Третье кетоновое тело ацетон свидетельствует о развитии патологических процессов.
Щавелевоуксусная кислота ( оксобутандиовая, оксоянтарная, ЩУК) Получила свое название в связи с тем, что ее скелет можно условно разделить на две части ( фрагменты щавелевой и уксусной кислот)
СН- кислотный центр
НООС – С - СН2 -СООН
фрагмент щавелевой | | фрагмент уксусной
кислоты О кислоты
Существует в кетоновой и енольной формах. Енольные формы - кристаллические вещества, более устойчивы, существуют в виде двух изомеров : цис- и транс.
В растворе в интервале значений рН 6-10 образуется дианион( диссоциация по обеим группам), который на 82-88% находится в оксо-форме, на 7-10% в енольной форме
Строение енольной формы Пространственные изомеры енольной формы
НООС – С = СН—СООН
| НО- С - СООН НО - С - СООН
ОН | | | |
НООС — С -Н Н- С – СООН
(1) (2)
транс-гидроксифумаровая цис-гидроксималеиновая
кислота кислота
Восстановление ЩУК приводит к образованию яблочной( 2-гидроксибутандиовой , гидроксиянтарной кислоты.).
При декарбоксилировании ЩУК образуется пировиноградная кислота. Максимальная скорость реакции при рН=5,0 - 6,5.
α–Кетоглутаровая( 2-оксопентандиовая) –природное кристаллическое вещество, растворимое в воде образуется в цикле Кребса и из глутаминовой аминокислоты. Возможна кето - енольная таутомерия .
НООС- СН2-СН2-С –СООН <———> НООС- СН2- СН=С-СООН
| | |
О ОН
Характерная реакция декарбоксилирования in vivo и in vitro, образуется полуянтарный альдегид, который в цикле Кребса сразу ферментативно окисляется в янтарную кислоту. Напоминаем, что реакция декарбоксилирования in vitro возможна только для α- и ß- кетокислот ( но не гидроксикислот или енольной формы).
декарбоксилирование и окисление
НООС-СН2- СН2 -С( О)-СООН ———>НООС –СН2 –СН2-СООН + СО2
янтарная кислота
Значение величин рКа биологически активных кислот цикла Кребса,