Тема v. гидрокси- и оксокислоты
Среди биологически активных соединений большую роль играют различные карбоновые кислоты и их производные. К важнейшим производным карбоновых кислот относятся оксикислоты, имеющие одну или несколько гидроксильных групп (-OH), оксокислоты, содержащие кетогруппу (>C=O). Такие кислоты являются важнейшими клеточными метаболитами, образующимися из углеводов и белков, идущими в организме на образование своих углеводов и окисление для получения энергии. Ряд гидрокси- и оксокислот являются метаболитами цикла трикарбоновых кислот (ЦТК, цикла Кребса) – центрального метаболического пути клетки.
По теме занятия студент должен:
знать следующий материал:
- систематические и тривиальные названия, структурные формулы гидрокси- и оксокислот (см. приложение к теме VII), наиболее важных для понимания метаболических процессов в организме, возможности их реакционной способности и направления химических реакций;
- важнейшие химические реакции гидрокси- и оксокислот in vitro (поведение при нагревании) и in vivo (участие в химических реакциях цикла Кребса);
- виды изомерии, характерные для гидрокси- (оптическая) и оксокислот (кето-енольная таутомерия);
уметь составлять пары: название – формула и формула – название для гидрокси- и оксокислот; сравнивать кислотные свойства гидрокси- и оксокислот; составлять уравнения реакций важнейших реакций кислот in vivo (формулами); записывать стереоизомеры гидроксикислот (энантиомеры в виде проекций Фишера) и таутомерные формы оксокислот;
владетьнавыками проведения и знаниями применения качественных реакций определения гидрокси- и оксокислот (молочной и пировиноградной, β-гидроксимасляной и ацетоуксусной) в биологических жидкостях человека; знаниями биологического значения гидрокси- и оксокислот и их использования в медицине.
Вопросы для подготовки
1. Гидроксикарбоновые кислоты: моно-, ди-, трикарбоновые, физические свойства, биологическое значение. Сравнение кислотных свойств с карбоновыми кислотами.
а. моногидроксикарбоновые: гидроксиуксусная (гликолевая), 2-гидроксипропановая (D- и L- молочная, лактат), 3-гидрокси-бутановая (β-гидроксимасляная), γ-гидроксимасляная;
б. моногидроксидикарбоновые: 2-гидроксибутандиовая (D и L- яблочная, малат);
в. моногидрокситрикарбоновые: лимонная, изолимонная.
Химические свойства: реакции дегидратации, окисления, образования эфиров.
2. Оксокарбоновые кислоты: а. монооксомонокарбоновые: оксоэтановая (глиоксалевая), оксопропановая (пировиноградная), 3-оксобутановая (β-оксомасляная, ацетоуксусная);
б. монооксодикарбоновые кислоты (кислоты цикла Кребса): 2-оксобутандиовая (щавелевоуксусная, оксалоацетат), α-кетоглу-таровая.
3. Химические свойства: реакции нуклеофильного присоединения к карбонильной группе, восстановления, декарбоксилирования, кето-енольная таутомерия.
4. Качественные реакции обнаружения молочной и пировиноградной кислот.
5. Биологическое значение гидрокси- и оксокарбоновых кислот. Состав «кетоновых тел».
Задачи и упражнения
1. Сравните кислотные свойства карбоновых кислот и объясните различия:
- янтарная и яблочная; - уксусная и гликолевая;
- молочная и пропановая; - молочная и пировиноградная.
2. Сравните кислотные свойства карбоновых кислот:
а) 1) уксусная, 2) пировиноградная, 3) молочная;
б) 1) яблочная, 2) янтарная, 3) щавелевоуксусная;
в) 1) молочная, 2) β-гидроксимасляная, 3) пропановая;
г) 1) яблочная, 2) щавелевоуксусная, 3) бутановая.
3. Напишите уравнения особых химических реакций гидроксикислот:
3.1. реакция элиминирования (внутримолекулярная дегидратация)
а) 3-гидроксибутановая ↔ кротоновая + НОН
б) яблочная ↔ фумаровая + НОН
3.2. реакции окисления, образование кетокислот
а) молочная + НАД+ ↔ пировиноградная + НАДН + Н+
б) яблочная + НАД+ ↔ щавелевоуксусная + НАДН + Н+
в) изолимонная +НАД+ ↔ α-кетоглутаровая + НАДН + Н+
4. Запишите уравнения особых химических реакций оксокислот:
- стереоспецифическая реакция восстановления in vivo, образование D- или L- гидроксикарбоновых кислот.
4.1. реакции восстановления, образования гидроксикислот:
а) пировиноградная + НАДН + Н+ ↔ молочная + НАД+
б) щавелевоуксусная + НАДН + Н+ ↔ яблочная + НАД+
4.2. реакция декарбоксилирования α- и β – оксокислот
а) пировиноградная → уксусный альдегид + СО2
б) ацетоуксусная → ацетон + СО2
4.3. Реакция окисления пировиноградной кислоты in vivo с образованием ацетил КоА
ПВК + НАД+ + коэнзим А → ацетил-КоА + НАДН + Н+ + СО2
4.4 Кето-енольная таутомерия оксокислот: пировиноградной, ацетоуксусной, щавелевоуксусной. Строение и биологическая роль фосфорного эфира пировиноградной кислоты – макроэргического соединения.
5. Составьте уравнения реакций, соответствующих превращениям in vivo, которые изучаются в курсе биохимии:
а) молочная кислота ↔ пировиноградная → уксусный альдегид;
б) янтарная кислота ↔фумаровая ↔ яблочная ↔ щавелевоуксусная;
в) щавелевоуксусная ↔яблочная ↔фумаровая ↔ янтарная;
г) бут-2-еновая кислота (кротоновая) ↔β-гидроксимасляная ↔ацетоуксусная →ацетон;
д) лимонная →цис-аконитовая → изолимонная.
6. Запишите уравнения химических реакций:
1) термическое разложение пировиноградной кислоты;
2) гидратация фумаровой кислоты и образование L- и D–яблочных кислот;
3) термическое разложение 3-оксобутановой кислоты.
7. Запишите качественные реакции:
1. обнаружение фенола в растворе (применение соли хлорида железа (III));
2. обнаружение молочной кислоты (с участием фенолята железа).
8. Запишите структурные формулы кислот в последовательности реакций цикла Кребса. Назовите все полученные соединения в соответствии с номенклатурой ИЮПАК:
щавелевоуксусная кислота + ацетил-КоА (1) → лимонная кислота (2) → изолимонная кислота (3) → α-кетоглутаровая кислота (4) → янтарная кислота (5) → фумаровая кислота (6) → яблочная кислота (7) → щавелевоуксусная кислота (8).
Тесты
1. В состав «кетоновых тел» входят соединения:
1. уксусная кислота 2. ацетон
3. яблочная кислота 4. 2-гидроксипропановая
5. β-гидроксимасляная 6. β-оксомасляная
а) 1, 2, 3 б) 2, 3, 4 в) 4 ,5, 6
г) 2, 5, 6 д) 2, 3, 6
2. К гидроксикарбоновым кислотам относятся кислоты:
а) молочная, пировиноградная; б) молочная, яблочная;
в) пировиноградная, малоновая; г) янтарная, молочная;
д) щавелевоуксусная, яблочная.
3. К оксокарбоновым кислотам относятся кислоты:
а) пировиноградная, щавелевоуксусная;
б) яблочная, щавелевоуксусная;
в) янтарная, лимонная;
г) молочная, малоновая;
д) лимонная, пировиноградная.
4. Дикарбоновыми кислотами являются:
а) лимонная, янтарная, щавелевая;
б) щавелевоуксусная, янтарная, яблочная;
в) лимонная, яблочная, щавелевая;
г) щавелевая, янтарная, молочная;
д) молочная, янтарная, бутановая.
5. Выберите гидрокситрикарбоновую кислоту:
а) янтарная б) фумаровая в) лимонная
г) пировиноградная д) молочная
6. Какую кислоту получают при дегидратации яблочной кислоты:
а) малоновую б) фумаровую в) янтарную
г) пировиноградную д) молочную
7. Какие две кислоты превращаются друг в друга в окислительно-восстановительной реакции:
а) молочная и малоновая
б) пировиноградная и щавелевоуксусная
в) молочная и пировинограданая
г) яблочная и янтарная
д) фумаровая и яблочная
8. Сравните кислотные свойства карбоновых кислот:
1) уксусная 2) пировиноградная 3) молочная
а) 1 >2 > 3 б) 1 > 3 > 2 в) 2 > 3 > 1
г) 2 > 1 >3 д) 3 >1 >2 e) 3 > 2 > 1
9. Какое вещество образуется при окислении пировиноградной кислоты in vivo:
а) молочная кислота б) малоновая кислота
в) ацетоуксусная кислота г) ацетил-КоА
д) уксусный альдегид
10. Сравните кислотные свойства карбоновых кислот:
1) яблочная 2) янтарная 3) щавелевоуксусная
а) 1 >2 > 3 б) 1 > 3> 2 в) 2 > 3 > 1
г) 2 > 1 > 3 д) 3 >1 > 2
Ответы к теме V
1г; 2б; 3а; 4б; 5в; 6б; 7в; 8в; 9г; 10д.