Гетероциклические соединения. Пиридин. Строение, основные свойства. Никотиновая кислота и ее производные: никотинамид, витамин РР. Биологическая роль.

Циклические соединения, в состав колец которых кроме атомов углерода включаются и другие атомы, называются гетероциклическими. Из шестичленных гетероциклов с одним гетероатомом наибольшее значение имеет пиридин – ароматическое соединение, обладающее основными свойствами. Поскольку гетероатом обладает большей электроотрицательностью, чем атом углерода в состоянии sp2-гибридизации, то реакции электрофильного замещения (галогенирование, нитрование, сульфирование) протекают в м-положении, а нуклеофильного замещения (гидроксилирование) – в о- и п-положениях. Основные свойства пиридинового атома азота, находящегося в sр2-гибридном состоянии, ниже, чем у алифатических аминов, где азот занимает sр3-гибридизованную орбиталь и поэтому менее прочно удерживает неподеленную пару электронов.

(реакция; основные свойства)

Из производных пиридина наибольшее значение имеют никотиновая кислота, витамин В5, РР.

никотиновая кислота - витамин, участвующий во многих окислительных реакциях живых клеток, лекарственное средство. Белый кристаллический порошок без запаха, слабокислого вкуса. Трудно растворим в воде, мало растворим в этаноле, очень мало — в эфире. В организме никотиновая кислота превращается в никотинамид, который связывается с коферментами НАД и НАДФ, переносящими водород, участвует в метаболизме жиров, белков, аминокислот, пуринов, тканевом дыхании, гликогенолизе, процессах биосинтеза. Никотиновая кислота нормализует концентрацию липопротеинов крови, улучшает микроциркуляцию, обладает дезинтоксикационными свойствами.

• Шестичленный гетероцикл с двумя гетероатомами – пиримидина. Строение, типы гибридизации атомных орбиталей. Производные пиримидина: урацил, тимин, цитозин. Лактим – лактамная таутомерия для них. Биологическая роль.

Из шестичленных гетероциклов с двумя гетероатомами наиболее важен пиримидин. У него снижена электронная плотность ароматического ядра, способность к реакциям электрофильного замещения, но возрастает склонность к реакциям нуклеофильного замещения.

Наиболее важны гидроксипроизводные пиримидина – урацил, тимин, цитозин. Для них характерна лактим-лактамная таутомерия.

Урацил входит в РНК, используется как лекарственное средство для регенерации тканей, в онкологии. Для лечения онкологических заболеваний используется и производное урацила –5-фтороурацил. Присутствие гидроксильных групп придает производным пиримидина кислые свойства, которые наиболее выражены у барбитуровой кислоты.

для урацила

Основная биологическая роль – в составе нуклеиновых кислот участвуют в синтезе белка.

• Пурин – бициклическое гетероциклическое соединение, образованное конденсированными ядрами пиримидина и имидазола, строение. Производные пурина: гипоксантин, ксантин, мочевая кислота. Лактим – лакиамная таутомерия. Соли мочевой кислоты – ураты. Биологическая роль в организме. Аминопурины: аденин, гуанин. Лактим – лакиамная таутомерия. Биологическая роль.

Ароматическим характером обладает пурин, представляющий собой конденсированную систему из пиримидина и имидазола. Каждый атом углерода и пиридиновые азоты в положениях 1, 3, 7 отдают в сопряженную систему по одному π-электрону, а пиррольный атом азота (9-й) – неподеленную электронную пару. Пурин устойчив к действию окислителей, хорошо растворим в воде, обладает основными свойствами, легко вступает в реакции нуклеофильного замещения.

На базе лактамной формы дигидроксипуринов (ксантинов) получен ряд лекарственных препаратов (метилированные ксантины).

Мочевая кислота (2, 6, 8- триоксопурин) – конечный продукт метаболизма пуриновых соединений в организме. В мочевой кислоте образуются два вида солей: кислые (однозамещенные) и средние (двузамещенные). Соли мочевой кислоты называтся ураты. Кислые ураты (за исключением солей лития) в воде нерастворимы, средние – хорошо растворяются.

В норме за сутки с мочой выделяется 0,5-1,0 г мочевой кислоты. Повышенное образование кислых уратов может вызвать мочекаменную болезнь (образование камней в почках, мочевом пузыре) или подагру (приступообразное отложение кислых уратов внутри суставных сумок мелких суставов).

В основе пуриновых оснований лежит конденсированный из пиримидина и имидазола цикл пурин. Основными пуриновыми основаниями являются аденин и гуанин.

• Строение полинуклеотидной цепи. Первичная и вторичная структуры РНК и ДНК. Комплементарные пары оснований. Биологическая роль.

Под первичной структурой нуклеиновых кислот понимают последовательность расположения нуклеотидов в полинуклеотидной цепи. Во всех нуклеиновых кислотах имеется один и тот же тип связи между соседними нуклеотидами – фосфо-диэфирная - 3′-5′. В образовании этой связи участвуют гидроксильные группы в 3′ и 5′ положениях остатков углеводов.Полинуклеотидная цепь молекулы нуклеиновой кислоты имеет на одном конце свободный монофосфорный эфир, а на другом конце цепи такой фосфат отсутствует, но имеется нуклеотид со свободной 3′-гидроксильной группой.

Модель вторичной структуры ДНК, предложенная Уотсоном и Криком, представляет собой двойную правильную правовращающую спираль, в которую обе полинуклеотидные цепи закручены вокруг одной и той же оси. Азотистые основания находятся внутри, а фосфорильные и углеводные компоненты – снаружи. Две полинуклеотидные цепи антипараллельны друг другу, имеют противоположную полярность, т.е. межнуклеотидная связь в одной цепи имеет направленность 5′→3′, а в другой – 3′→5. Между пуриновым основанием одной цепи и пиримидиновым другой возникают водородные связи. Эти основания составляют комплементарные пары. В ДНК комплементарными будут аденин – тимин, образующие две водородные связи, и гуанин – цитозин, связанные тремя водородными связями. Сильные стэкинг-взаимодействия всегда усиливают водородные связи, т.к. способствуют уплотнению спирали.

Для вторичной структуры тРНК наиболее вероятна модель, предложенная Р. Холли, плоское изображение которой напоминает клеверный лист. Во всех тРНК есть участки, взаимодействующие с рибосомами, места для связывания с аминокислотами и ферментами, а также специфическая последовательность трех нуклеотидов (триплет), называемая антикодоном, которая комплементарна кодону мРНК, кодирующему включение в белковую молекулу определенной аминокислоты. Биспиральные структуры в молекулах РНК возникают в пределах одной и той же цепи в тех зонах, где расположены комплементарные азотистые основания аденин – урацил и гуанин – цитозин. Число и размеры биспиральных участков и петель определяются первичной структурой молекулы и составом окружающего раствора.

Нуклеотиды, помимо того, что являются структурными единицами нуклеиновых кислот, т.е. участвуют в хранении и передаче наследственной информации, выполняют еще целый ряд важных функций. Многие коферменты (небелковая часть биокатализатора) имеют нуклеотидную природу: НАД, ФАД, ФМН в составе оксидо-редуктаз катализируют окислительно-восстановительные процессы; КоА участвует в обмене липидов и углеводов.