Меню
Главная
Авторизация/Регистрация
 
Главная arrow Математика, химия, физика arrow Биоорганическая химия

Список сокращений

АДФ — аденозин дифосфат АМФ — аденозинмонофосфат АТФ — аденозинтрифосфат АФК — активные формы кислорода

Ае реакции электрофильного присоединения An — реакции нуклеофильного присоединения Ar реакции свободнорадикального присоединения ВЖК — высшие жирные кислоты ГАМК — у-аминомасляная кислота ГДФ — гуанозиндифосфат цАМФ — циклический аденозин-3',5'-монофосфат ДНК — дезоксирибонуклеиновая кислота ДО ФА — дигидроксифенилаланин

/ — индуктивный электронный эффект КоА — кофермент (коэнзим) А ЛДГ — лактатдегидрогеназа ЛК — липоксины ЛТ — лейкотриены

М — мезомерный электронный эффект МО — молекулярные орбитали НАД+ — окисленный никотинамидадениндинуклеотид НАДН+Н+ — восстановленный никотинамидадениндинуклеотид НАДФ+ — окисленный никотинамидадениндинуклеотидфосфат НАДФН+Н+ — восстановленный никотинамидадениндинуклеотидфосфат НК — нуклеиновые кислоты ПВК — пировиноградная кислота ПВЖК — полиненасыщенные высшие жирные кислоты ПГ — простагландины РНК — рибонуклеиновая кислота мРНК — матричная РНК рРНК — рибосомная РНК тРНК — транспортная РНК SAM — S-аденозилметионин

SE реакции электрофильного замещения SN реакции нуклеофильного замещения SR реакции свободнорадикального замещения ТХ — тромбоксаны

ФАД — окисленный флавинадениндинуклеотид ФАДН2 — восстановленный флавинадениндинуклеотид ЭА — электроноакцепторные заместители ЭД — электронодонорные заместители

Введение

Биоорганическая химия — фундаментальная наука, изучающая строение и биологические функции важнейших природных органических молекул и, в первую очередь, биомакромолекул и низкомолекулярных биорегуляторов. При этом главное внимание уделяется выяснению закономерностей взаимосвязи между структурой соединений и их биологическим действием.

Область интересов биоорганической химии необычайно широка и захватывает как вещества, выделяемые из объектов живой природы и играющие важную роль в обеспечении процессов жизнедеятельности, так и синтетически получаемые новые органические соединения или модифицированные природные, обладающие биологической активностью. Установление взаимозависимостей между структурой и биологическими эффектами участников процессов обмена и биорегуляторов в организме позволит в перспективе создавать эффективные, избирательные лекарственные средства, обладающие способностью изменять интенсивность и направленность данных процессов и управлять такими биопроцессами, как рост и деление клеток, регенерация, воспаление, апоптоз, возбудимость и болевая чувствительность, деятельность эндокринной и нервной систем, злокачественный рост и др.

Становление биоорганической химии как самостоятельной науки происходило в конце 1950-х — начале 1960-х гг., когда основными объектами исследований химии природных соединений и биологии стали четыре класса органических соединений, играющих важнейшую роль в жизнедеятельности клеток и организма, — белки, нуклеиновые кислоты, полисахариды и липиды. Возникновение и формирование биоорганической химии как науки связано с выдающимися достижениями химии природных соединений: определение строения и искусственный синтез Ф. Сенгером (1953-1956) полипептидного гормона инсулина; искусственный синтез Дю Виньо (1953) полипептидного гормона гипофиза вазопрессина; открытие Л. Полингом (1954) а-спирали как одного из главных элементов полипептидной цепи в белках; установление А. Тоддом (1957) химического строения нуклеотидов и первый синтез динуклеотида; расшифровка М. Ниренбергом, Р. Холли и X. Кораной генетического кода (1967); расшифровка структуры и синтез Р. Вудвордом (1960-1966) некоторых сложных природных соединений (хинин, кортизол, хлорофилл, резерпин, тетрациклин, цефалоспо- рин и др.).

Последующее развитие биоорганической химии связано с исследованием структуры и биологической роли ряда природных соединений: алкалоидов, стероидов, антибиотиков, простагландинов и низкомолекулярных биорегуляторов. В настоящее время пристальное внимание химики-биоорганики уделяют изучению взаимосвязи пространственной структуры и биологической функции биомакромолекул — нуклеиновых кислот и белков. Кроме того, интенсивно исследуются углеводы, в том числе полисахариды и их комплексы с белками, а также липиды и важнейшие производные липидов — оксилипины, простагландины, лейкотриены и тромбоксаны, не только как компоненты биологических мембран, но и как важные биологически активные вещества и лекарственные средства.

Болес двухсот лет назад М.В. Ломоносов предвидел, что «медик без довольного познания химии совершенен быть не может» («Слово о пользе химии», 1751). Это утверждение особенно значимо в наше время, когда стало очевидно, что взаимодействия с участием сигнальных биологически активных молекул управляют процессами жизнедеятельности, что вся программа жизнедеятельности клетки закодирована на молекулярном генетическом уровне — в последовательности нуклеотидов в структуре нуклеиновых кислот, а в реализации этой программы основную роль выполняют белки — ферменты. От стабильности генома и систем реализации закодированной информации зависят надежность передачи наследственной информации и состояние здоровья индивида. Познание процессов жизнедеятельности, логики живого па молекулярном уровне — это та основа, на которой должна строиться вся последующая медико-биологическая, клиническая и профилактическая подготовка врача.

Изучение химических дисциплин должно быть тесно увязано и интегрировано с другими дисциплинами медико-биологического профиля, исследующими молекулярные процессы, лежащие в основе жизнедеятельности организмов и протекающие с участием органических химических молекул. Еще А. Ленин- джер, известный американский ученый и педагог, автор фундаментального учебника «Биохимия. Молекулярные основы структуры и функции клетки», говорил, что «все живые объекты состоят из неживых молекул». Если эти молекулы выделить и изучить, то оказывается, что их строение и свойства подчиняются всем физическим и химическим законам, определяющим поведение неживого вещества. Очевидно, что в основе любого биологического явления лежит определенный физико-химический процесс. Но вместе с тем следует подчеркнуть, что материальная основа жизни нс может сводиться ни к каким, даже самым сложным химическим образованиям и их превращениям, так как живые организмы обладают рядом специфических свойств.

Реакции органических веществ в пробирке (ш vitro) представляют собой сложные многостадийные процессы. Биологические же процессы, которые протекают только в живых системах — бактериях, клетках (ш vivo) — являются значительно более сложными, так как, согласно А. Лепинджеру:

  • ? осуществляются с участием органических веществ, имеющих, как правило, особый уровень пространственной организации;
  • ? характеризуются высокой специфичностью, так как протекают с участием молекул ферментов и в силу этого отличаются очень высокой скоростью;
  • ? для их протекания (активации) необходимы сигнальные молекулы и энергия аденозинтрифосфата (АТФ) или гуанозинтрифосфата (ГТФ);
  • ? биологические процессы саморегулируются, в том числе и с участием генома клетки, и направлены на поддержание гомеостаза в условиях постоянного взаимодействия и обмена с окружающей средой.

Кроме того, биологические процессы имеют и другие особенности, например способность к самоорганизации и самообновлению, к росту и развитию, к самовоспроизведению.

Так в чем же разница между химическими и биологическими процессами? В первую очередь следует учитывать, что в ходе химических процессов в органических молекулах подвергается изменению ограниченное число реакционных центров — обычно один. И в то же время сложные по структуре макромолекулы биополимеров — белков или нуклеиновых кислот — имеют большое число функциональных групп (-NH-, -NH2, -СООН, -ОН, ^СО, -SH, =N- и т.д.), в которых есть разные реакционные центры, привносящие в молекулу присущие им характерные химические свойства. Однако очевидно и то, что у природных макромолекул появляются новые качества, которые известный российский биохимик Б.Д. Березин называет «функциями». Эти «функции» обусловлены особенностями пространственной организации макромолекул, а также, достаточно часто, образованием надмолекулярных структур. В результате макромолекулы биополимеров, стремясь к термодинамически выгодному состоянию, самопроизвольно приобретают различные конформации: а-спирали, (3-складчатые слои, двойные спирали, глобулы и другие структуры, имеющие внешнюю гидрофильную поверхность (обращенную в водную среду) и внутреннюю гидрофобную часть, представленную каналами, впадинами и полостями разной формы. Это приводит к маскировке большинства реакционных центров, чаще всего углеводородными фрагментами, и к существенному снижению их реакционной способности.

Таким образом, сложная форма биомакромолекул и их ансамблей, защита гидрофильных реакционных центров гидрофобными углеводородными радикалами, необходимость в энергии активации накладывают ограничения на протекание в живых клетках чисто химических реакций. Назовем лишь некоторые из таких реакций: неферментативное гликозилирование белков углеводами, перекисное окисление липидов и некоторые менее изученные реакции.

Биохимические реакции протекают с участием биокатализаторов — ферментов, поэтому протекают лишь определенные, а не все теоретически возможные химические реакции. Причем эти реакции значительно (в сотни и тысячи раз) ускоряются, хотя в организме человека большинство из их протекает при pH, близкой к нейтральной (7,34 ± 0,2), температуре тела 36,6 °С и нормальном атмосферном давлении; многие биологические и ферментативные процессы нуждаются в энергии АТФ. Ферментативные реакции протекают почти со 100%-ным выходом и без образования побочных продуктов. Это возможно благодаря способности фермента на молекулярном уровне «узнавать» свой субстрат, который образует комплементарное переходное состояние с активным центром фермента, и тому, что в процессах метаболизма в клетке принимают участие, как правило, только субстраты с определенной конфигурацией.

Особенностью биоорганического подхода к изучению процессов жизнедеятельности является использование молекулярных моделей — синтетических пептидов, нуклеотидов, других биологически значимых молекул и биорегуляторов, их модифицированных аналогов, проведение исследований как in vivo, так и in vitro. Такой подход позволяет рассматривать отдельно параметры, которые в биологических системах находятся в едином целом, что затрудняет выявление закономерностей и корреляций.

Таким образом, биоорганическая химия — тот «молекулярный химический инструмент», который в комплексе с подходами других медико-биологических дисциплин (биохимией, фармакологией, нормальной физиологией и др.) позволяет не только узнать, по и попять, почему клетка, ее структуры, макромолекулы, биорегуляторы устроены и функционируют именно так, а не иначе.

Врач должен знать физико-химические свойства и структуру соединений, так как они определяют особенности распределения в организме и механизм действия лекарственных средств, большая часть которых — органические соединения.

Лекарственные средства — это химические вещества с особенной пространственной организацией и химическими свойствами, благодаря которым они способны специфически взаимодействовать с определенными структурами клетки и изменять течение биохимических и физиологических процессов в организме человека, поэтому одной из важнейших задач биооргапической химии является создание лекарств, аналогов естественных биорегуляторов или аптиметаболи- тов, позволяющих управлять процессами жизнедеятельности.

Учитывая вышеизложенное, можно сделать вывод, что основная цель изучения биооргапической химии — формирование системных знаний о взаимосвязи между пространственным строением, термодинамической устойчивостью, химическими свойствами и функциями природных органических соединений, являющихся метаболитами и структурными компонентами биологических макромолекул и биорегуляторами.

 
Посмотреть оригинал
Если Вы заметили ошибку в тексте выделите слово и нажмите Shift + Enter
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ ОРИГИНАЛ   След >
 

Популярные страницы