Биологический каталог




Биоорганическая химия

Автор Ю.А.Овчинников

и т. д.). Несмотря на многочисленные исследования, биологическое значение ганглио-зидов до настоящего времени установлено далеко не полностью. Однако известно, что ганглиозиды локализуются преимущественно в плазматических мембранах и, видимо, в значительной степени определяют контактное торможение, адгезию и электрофоретиче-скую подвижность клеток. Исследованиями, проведенными в последние годы, показано, что ганглиозиды специфично саязывают токсины ботулизма, столбняка, холеры, дифтерийной палочки, а также стрихнин, бруцин, тебаин, вероятно, серотонин и, возможно, играют определенную роль в их рецепции. Существует мнение,

что ганглиозиды принимают деятельное участие в транспорте ионов через мембрану нервных клеток. Следует отметить, что малигнизация клетки, т. е. трансформация нормальной клетки в злокачественную, сопровождается изменением состава гаиглио-зидов. В клетках, трансформированных вирусами, и в клетках опухолей значительно увеличивается количество гаиглиозидов с укороченной олигосахарид ной цепью, что, видимо, тесно связано с изменением свойств клеточной поверхности.

536

Липиды

Пространственная структура липидов

По данным рентгеноструктуриого анализа монокристаллов высших жирных кислот, насыщенные углеводородные цепи представляют собой зигзагообразные структуры, в которых атомы углерода находятся на равных расстояниях друг от друга и укладывают-

Рис. 270. Рентгенограмма р^-полимсрф-ной формы трклауронлглицерина.

ся в два параллельных ряда. Угол между С—С-связями превышает тетраэдрический (I09L28') и лежит в пределах 110—114 . При увеличении цепи на одно метиленовое звено ее общая длина возрастает иа 0,127 нм. Жириокислотные цепи в молекулах триацилгли-церинов, образующих монокристалл, также находятся в тетраэдри-ческой зигзагообразной конформации. При этом в целом молекула имеет форму стержня, в котором две жирнокислотные цепи лежат на одной линии, а начальный участок третьей цепи отходит от нее под прямым углом и затем также располагается параллельно основной осевой линии (рис. 270).

В настоящее время пространственная структура фосфолипидов в различном агрегатном состоянии хорошо изучена с помощью таких методов, как рентгеиоструктурный анализ, дифракция нейтронов и ЯМР иа ядрах 'Н, 2Н и 13С. Теоретический анализ показал, что число возможных конформации для фосфолипидиых

Рис. 271. Пространственная структура молекулы димирмстоилфосфатидилхо-лина.

in-1-цепь

молекул, удовлетворяющих их оптимальной упаковке в мембране, весьма ограниченно, относительное расположение жирнокислотных цепей в молекуле определяется прежде всего конформацией глицеринового остатка. В диацилглицерофосфолипидах его конформация должна быть такой, чтобы было возможно параллельное расположение углеводородных цепей и оптимальные гидрофобные взаимодействия между ними.

Данные рентгеноструктурного анализа дилауроилфосфатидил-этано амина (Дж. Шипли с сотр., 1974) и димиристоилфосфатидил-холина (Р. Пирсон и И. Пашер, 1979) показали, что диацилглице-риновая часть их молекул в монокристаллах имеет в целом одинаковую конформацию. В этих липидах атомы углерода глицеринового остатка, а также sn 1 ацильнои цепи, включая и сложноэфирную группу, лежат иа одной прямой, образуя зигзагообразную конформацию. Ацильная sn-2-цепь сначала отходит от глицеринового остова под прямым углом, а затем в районе второго углеродного атома резко изгибается и становится параллельной sn-1-ацилыюму остатку (рис. 271). Вследствие этого sn-2-цепь как бы укорачивается и ее концевая метильная группа смещается на расстояние -~0,37 нм, соответствующее трем метиле новым звеньям, относительно концевой метильиой группы ьп I цепи

Другая характерная особенность пространственной структуры состоит в том, что фрагмент О—С—С—N полярной головки находится в гош коиформации, при которой положительно заряженная аммониевая группа и анионный фосфатный атом кислорода ориентированы в одну сторону (рис. 272). Наконец, фосфодиэфир-ная связь имеет гош, гош конформацию, благодаря чему фосфохо-линовая группа расположена перпендикулярно к глицериновому остатку, а общая пространственная структура молекул фосфатидил-этаноламина и фосфатидилхолина как бы напоминает курительную трубку (рис. 273).

Такая конформация, по-видимому, является универсальной для большинства природных фосфолипидов в агрегированных системах (природные мембраны, кристаллы, мультислои, мицеллы и даже смешанные мицеллы с детергентами). Так, например, аналогичный тип конформацни был приписан фосфатидилсерииу, фос фатидилглицерину и фосфатидилиноэиту на основании данных спектров ЯМ Р.

537

Пространственная структура липидов

Рис. 272. Конформация ицерофосфо х лнн вой группировки фосфатидилхолина.

Рнс. 273. Наиболее вероятная пространственная структура фосфолипидов.

538

Липиды

В случае липидов с небольшим размером полярной головки жирнокислотные цепи могут иметь иную конформацию. Так на пример, в молекуле димиристоилфосфатидовой кислоты остаток глицерина ориентирован параллельно поверхности раздела, причем sn-2-цепь является прямой, а изгибу у второго углеродного атома подвергается цепь sn-1 (рис. 274).

Характерно, что сходная взаимная ориентация жир но кислотных цепей и глицеринового остатка наблюдается и для дилауроил-глицерина, также имеющего полярную головку небольшого размера.

Рис. 274. Конформации фосфатидовой кислоты (а) и фосфатидилэтанолами-на (б).

Рис. 275. Наиболее вероятная конформация молекулы церамида.

Детально изучена пространственная структура и простейших сфинголипидов; в частности, иа рисунке показана предпочтительная конформация церамида (рис. 275). Жесткая амидиая группа, служащая соединительным звеном между двумя углеводородными цепями, расположена перпендикулярно к оси углеводородной цепи сфиигозина. Вследствие этого атом водорода при атоме С-2 сфингозинового основания лежит в плоскости амидной связи. Близкий контакт двух углеводородных цепей молекулы возможен только из-за резкого изгиба одной из них. Это требование выполняется за счет двойной гош.гош-конформации при а-углеродном атоме жир но кислотной цепи.

Среди гликосфинголипидов простраиственная структура установлена только для р-0-галактозил-1Ч-(2-0-гидроксиоктадека-ноил) -0-ди[-идросо)жигозина (цереброзида) методом рентгеноструктуриого анализа его монокристалла. В этом случае (рис. 276) параллельное расположение углеводородных цепей обеспечивается

за счет резкого изгиба цепи сфингозинового основания в районе 539

шестого атома углерода. Благодаря еще одному изгибу при атоме -

С-1 сфингозиновой цепи кольцо галактозы имеет почти перпеиди- Пространственная кулярную ориентацию относительно осей углеводородных цепей, структура липидов

так что вся молекула принимает форму «совковой лопаты».

Предпринимаются попытки исследования пространственной структуры более сложных гликолипидов. Так, например, на основании анализа изменений химических сдвигов в спектрах 13С-ЯМР ганглиозида GM1 в присутствии Еи3+ была предложена структура катиоисвязываюшего участка в его молекуле (рис. 277).

Рнс. 276. Пространственная структура (,-0-галактозил-М-(2-0-гидроксноктаде-каноил) -D-дигидросфингоэнна.

540

Липиды

Химический синтез липидов

Бергельсон Лев Дввыдович (р. 1918), советский химик-органик и б иооргении член-корреспондент АН СССР (1968). Окончил Московский университет (1941), с 1958 г. работает в Институте биоорганической к и ми и им. М. М. Шемякина АН СССР. Основные работы — в области синтеза липидов, антибиотиков, стероидов. Совместно с М. М. Шемякиным исследовал стереохимию и механизм реакции Витти а осуществил ст реосе л е кт и в нь й синтез ряда ненасыщенных высших жирных кислот. Известен работами в области диольных липидов и простагландинов. Лауреат Государственной премии СССР (1985).

Для исследовательских и практических целей липиды обычно получают путем выделения из доступных природных источников. Однако во многих случаях целесообразным или необходимым оказывается химический синтез. Прежде всего, именно синтез обеспечивает окончательное доказательство строения новых типов липидных веществ, изолируемых из животных, растительных или микробных организмов. Далее, развитие мембранных исследований, и в особенности физико-химии мембран, поставило иа повестку дня проблемы препаративного получения многих мембранных липидов с заранее заданной структурой полярных и неполярных участков молекулы. И наконец, для изучения тонких механизмов функционирования мембранных систем с помощью молекулярных зондов понадобились разнообразные модифицированные липиды, содержащие изотопные, спиновые и флуоресцентные метки, а также различные фотоактивируемые группировки. Все это привело к тому, что в настоящее время химический синтез липидов является хорошо разработанной областью биооргаиической химии.

Сложность химического строения липидов и большое разнообразие их структур требуют использования широкого набора методов тонкого органического синтеза. Если не касаться приемов получения насыщенных и ненасыщенных жирных кислот, а обсуждать проблему конструирования непосредственно липидных молекул, то наиболее важными оказываются стандартные процедуры, общие для всех типов липидов.

Ацилирование гидроксильных групп глицерина или аминогруппы сфингозина является наиболее распространенным методом введения ацильных остатков. В качестве ацилирующих агентов используются сами жирные кислоты, их галогенангидриды. ангидриды, эфиры, имидазолиды или соли.

Алкилирование применяется при синтезе липидов с простой эфирной связью. Для введения алкильного остатка в молекулу глицерина используются алкилгалогениды или ал к иловые эфиры п-толуол- или метаисульфокислот. При синтезе плазмало-геиов в качестве алкилирующих реагентов применяются цис ал кенилметаисульфонаты, цис алкеиилбромиды, диалкилацетали высших жирных альдегидов, а также 1 2 эпоксиалканы Высокая активность цис алкенильной группировки в реакциях присоединения, исключительная лабильность к действию кислотных агентов и необходимость избирательного введения ее в молекулу полиола (что обусловливает применение специфических защитных групп) крайне затрудняют синтез плвзмалогеноа.

Фосфорилирование является обязательным этапом при синтезе фосфолипидов и приводит к образованию эфиров фосфорной кислоты с участием гидроксильных групп глицерина, миоино зита, этаиоламина, холина, серина и других производных. Отличительной особенностью образования фосфоэфирных связей в фосфо липидах является предварительная активация взаимодействующих

фосфатных и гидроксил содержащих компонентов: первых в виде 541 хлорфосфатов ангидридов фосфорных кислот, серебряных солей

замещенных фосфорных кислот и т. д., вторых, как правило, в виде Химический соответствующих галогенпроизводных При проведении реакции синтез липидов

фосфорилирования должна быть предусмотрена защита всех не подлежащих фосфорилированию функциональных групп и возможность последующего деблокирования их на заключительных стациях синтеза в условиях сохранения всех элементов структуры синтезированного фосфолипида. Сложность синтеза увеличивается и такими характерными свойствами фосфолипидов, как склонность к гидролизу и легкая окисляемость В настоящее время синтетическая химия фосфолипидов располагает разнообразными методами фосфорилирования, большим набором блокирующих группировок для временной и селективной защиты функциональных групп, что позволяет получать в препаративных количествах фосфолипиды практически любой структуры.

Гликозилирование широко применяется при синтезе гликолипидов. Методы гликозилирования обычно те же, что и в химии углеводов. В ряду гликосфинголипидов специфическим катализатором гликозилирования, как правило, является цианид ртути, так как при использовании обычных катализаторов реакции Кениг са — Кнорра (карбонат серебра или оксид серебра) во всех случаях выделяемые вещества оказываются смесью а- и р* аномеров

Защитные группировки, используемые при синтезе липидов (прежде всего для блокирования H2N-, НООС- и НО-групп), обычно мало отличаются от применяемых в химии пептидов или углеводов.

В качестве примера рассматриваются синтезы отдельных представителей липидов различных классов.

Моноацилглицерины получаются обычно ацилированием бензи-лиденовых или изопропилиденовых производных:

СН-2Он а

о-с-н .сн,+ \:(сн2)7сн -сксн.ьсн.

| ? Ол.омлхлорид

Н-.С— О" CHj 2,3—Изопропи ли м

О О

II II

СН2ОС(СН2),СН=СН(СН2);СН, СН2ОС(СН;)-СН СН(СН.),СН,

О—С—Н XR, ——— НО—С—н

~1—1

СН20 ХНз СН2ОН

2,3— Иэопр опили дан—1—олвонл—*п—глицерин 1—О л вой л—sn—глицерин

1,2-Диацил-$п-глицерины — ключевые соединения в синтезе многих природных фосфолипидов. Их получение нередко осложняется за счет ацильной миграции, приводящей к 1 3 диацилпроиз водным. Для предотвращения такой миграции первичный гидроксил глицерина защищается подходящей группой

СН2ОН e CHsOCOR' CHjOCOR'

2RVnn

НО—С-Н - R'СОО-С-Н -— R'COO-C-H

I I I

CH2OR CH2OR СНгОИ

R - CHiCaHi, (CeH5)5C R—< COOCH2CCh или

R'^CHjJmCH, ^=(СН2)7СН CH(CH2)7Crh

Получение насыщенных 1,2-диацил-5п глицеринов не представляет трудностей и осуществляется на основе З-О-бензил- и З-О-три-тил sn глицеринов с последующим удалением защитных групп каталитическим гидрированием. В случае ненасыщенных 1,2 ди ацил sn глицеринов обычно используются З-О-тетрагидропиранил-sn-глицерин и З-О-рЧр^-трихлорэтилкарбонат sn-глицерина, так как в условиях удаления этих защитных групп (соответственно мягкий кислотный гидролиз и действие цинка в уксусной кислоте или метаноле) сохраняются двойные связи и их конфигурация. Для получения смешанных 1,2-диацилглицеринов часто применяются методы, сочетающие химические и ферментативные превращения. Так, при обработке 1,2-ди-О-ацил-З-О- (тетрагидро-2-пиранил) -глицеринов панкреатической липазой, которая избирательно расщепляет первичную сложноэфирную группу, образуется 2-О-ацил-3-0-(тетрагидро-2-пиранил)-глицерин, который далее подвергается последовательно ацнлированню и кислотному гидролизу

CHaOCOR1 СН2ОН CH2OCOR2

СНгО CH«»0 R CH2OR

CH2OCOR2 R'COO—^-"H

CH2OH

= (СН,)„СНз

Фосфолипиды могут синтезироваться с помощью приемов, ко- 543

торые иллюстрируются на примере получения фосфатидилхолина. -

Известный вариант синтеза I 2 диацил sn глицеро 3 фосфохолина Химический

по методу активированных фосфатов включает фосфорилирование синтез липидов 1,2-дйацил-5п-глицерина фенилдихлорфосфатом с последующим взаимодействием с холинхлоридом

CH2OCOR С1.Р^ CH2OCOR I \ I

R'COO-C-H ОС '. R'COO-C-H О —

сн-он сн-о—Р—CI

1,2-Диацил sn-глицврин

ChfeOCOR

но.сн,, исн,,,а . R,coo^c,H

I I

СН20 Р—0(CH,).N(CH,)

О"

1,2 Диацил- п-глиц ро—3-фосфоколин R- (CHJ..CH, R1- (CH,)7CH=CH(CHJ,CH,

Для синтеза фосфатндилхолинов используют также ацилирование глицерофосфохолина получаемого либо из 1 2 изопропилиден sn глицерина, либо щелочным или ферментативным деацилирова нием смеси природных фосфатидилхолинов с различными жирно-кислотными остатками. Ацилирование проводится действием хлорангидридов или анги

страница 71
< К СПИСКУ КНИГ > 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113

Скачать книгу "Биоорганическая химия" (11.1Mb)


[каталог]  [статьи]  [доска объявлений]  [обратная связь]

п»ї
Rambler's Top100 Химический каталог

Copyright © 2009
(26.06.2017)