Лекция 2 КИСЛОТНЫЕ И ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА БИООРГАНИЧЕСКИХ

Лекция № 2 КИСЛОТНЫЕ И ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА БИООРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ

l Кислотность и основность - важные свойства соединений, определяющие их фундаментальные физикохимические и биологические свойства. Ферментативные реакции катализируются кислотами или основаниями. Слабые кислоты и основания играют важнейшую роль в метаболизме и его регуляции. Водородные связи обеспечивают устойчивость вторичной и третичной структур белков и ДНК.

Кислотно-основные взаимодействия А-Н + кислота : В ↔ Аоснование + В-Н сопряженное основание сопряженная кислота По теории Бренстеда-Лоури Кислоты - доноры протонов, основания- акцепторы протонов

О Н-С О─ Н + Н 2 О →Н-С О О [НСОО-]×[Н 3 О+] К= [НСООН]×[Н 2 О] Ка = К×[Н 2 О] [НСОО-]×[Н 3 О+] К= [НСООН] ─ + Н О+ 3

n Ка = 1, 75× 10 -5 р. Ка = -lg Ка = 4, 75 Ка 1, 0× 10 -5 1, 0× 10 -10 1, 0× 10 -20 1, 0× 10 -40 р. Ка 5 10 20 40 Чем ниже кислотность, тем выше р. Ка

Классификация кислот l Выделяют : l. О-Н –кислоты (вода, спирты, фенолы, карбоновые кислоты) l. S-H – кислоты (тиолы) l. N-H – кислоты (аммиак, амины, пиррол, имидазол) l. С-Н – кислоты (углеводороды)

Сила кислоты определяется стабильностью образующихся ионов, которая определяется: 1. Электроотрицательнью элементов формула ∆ р. Ка R- N ─ H 3, 0 2, 2 ∆ = 0, 80 30 R-O─ H 3, 54 2, 2 ∆ = 1, 34 18

ПОЛЯРИЗУЕМОСТЬ 2. Влияние электронных эффектов δ- р. Ка=18 р. Ка=10 р. Ка=12 δ+

Поляризуемость n Для S-H кислот преобладающим фактором является поляризуемость. Атомы серы больше по размеру и имеют вакантные dорбитали. Следовательно, отрицательный заряд способен делокализоваться в большем орбитальном объеме, что приводит к большей стабильности аниона.

Кислотность тиолов выше, чем кислотность спиртов l R-S-H l R-O-H l 2 + Na. OH → R-S-Na + H 2 O + Na. OH →реакция не идет R-O-H + Na → 2 R-O- Na + H 2

n n CH 2 -S-H | CH – S- H + Pb. O → | CH 2 - O-H CH 2 -S-H | CH – S | CH 2 - O-H Pb S-CH 2 | H - S- CH | +Н 2 О H - O-CH 2 Оксиды тяжелых металлов способны связывать S-H группы белков и отравлять (инактивировать) ферменты. Для выведения тяжелых металлов используют комплексообразователи (унитиол, британский антилюизиит и др. ). n Дигидролипоевая кислота Α-липоевая кислота

l Делокализации заряда способствует наличие электроноакцепторных заместителей в молекуле (-J-эффект). Электроноакцепторы стабилизируют анион и тем самым увеличивают кислотность. пропановая кислота l р. Ка = 4, 9 молочная кислота р. Ка = 3, 9

n Атомы хлора выполняют роль электроноакцепторов (-J) n СCl 3←СООН > n p. Ka = 1, 20 n Cl←СH 2 ←СООН p. Ka = 3, 75 >СH 3→СООН p. Ka = 4, 75 Электронодонорные заместители, напротив, уменьшают кислотность (+J ) Н – СООН > СН 3 -СН 2 СООН n p. Ka = 3, 7 p. Ka = 4, 9

Основность –способность принимать и удерживать протоны l Для образования ковалентной связи с протоном Н+ органические основания должны либо иметь неподеленную пару электронов у гетероатома (n-основания), либо быть анионами.

Сравнительная оценка основных свойств n n Величина основности определяется теми же факторами, что и кислотность, но действие этих факторов имеет противоположную направленность 1. С увеличением электроотрицательности атомов основность уменьшается, поскольку атом прочнее удерживанет пару электронов и она становится менее доступной для связи с протоном. n N>O >S R-NH 2> R-O-H > R-S-H

l. Основания образуют соли с кислотами l. CH 3→ NH 2 + HCl l. CH 3→ ОН + H 2 SO 4 → [CH 3→ N +H 3 ] Cl хлорид метиламмония → [CH 3→ O+H 2 ] HSO 4 - гидроcульфат метилоксония Соли органических соединений с минеральными и органическими кислотами, как правило, растворимы в воде, что используется приготовлении фармпрепаратов.

Влияние заместителя (-NH 2)-группы на кислотно-основные свойства аминокислот Аминокислота p. Ka 1 р. Ка 2 СН 3 СООН 4, 38 нет Н 3 N+СН(СН 3)СОО– 2, 34 9, 69 CH 3 CH 2 NH 2 нет 10, 67 Аминогруппа за счет – J- эффекта усиливает кислотные свойства аминокислот по сравнению с обычными кислотами

АМФОЛИТЫ –соединения , имеющие в структуре кислотный и основный центр Несуществующая в природе форма Биполярный ион (цвиттер-ион), внутренняя соль

О СН 3 -СН – С n | n : NH 2 ↔ O ←H n О n n СН 3 -СН – С | : NH 2 O р. Н>>7 СН 3 -СН – С | ONH 2 O р. Н<<7 ↔ O ←H СН 3 -СН – С | +NH 3 OН

Классификации аминокислот, исходя из количества карбокси- и аминогрупп (примеры) Глицин, моноаминомонокарбоновая кислота Аспаргиновая кислота, моноаминодикарбоновая кислота Лизин, диаминомонокарбоновая кислота

Трипептид – глутатион - R -SH R –SH + H 2 О 2 R –SH + HО . R-S-S-R + H 2 O. R-S + H 2 O Тиенильный радикал – Неактивен в радикальных процессах

Липоевая кислота может уничтожать свободные радикалы . (ОН. , RO 2. ), регенерировать радикалы антиоксиданта до активной фенольной формы (In. H) ДИТИЕНИЛЬНЫЙ РАДИКАЛ (НЕАКТИВЕН В СИЛУ ВЫСОКОЙ ДЕЛОКАЛИЗАЦИИ ЭЛЕКТРОННОЙ ПЛОТНОСТИ В d-ОРБИТАЛИ)

Дипептид - вилон (Lys-Glu) лизилглутаминовая кислота N-конец (хвост) С-конец (голова)

Эпиталон – тетрапептид - гормон шишковидной железы Ala-Glu-Asp-Gly (аланил-глутаминил-аспарагинил-глицин) Эпиталон относится к пептидам кислой природы – содержит 3 карбоксильных группы

Образование водородных связей между цепями полипептидов и белков

ПРОСТРАНСТВЕННОЕ СТРОЕНИЕ ПОЛИПЕПТИДОВ И БЕЛКОВ (Вторичная структура – α-спираль)

ПРОСТРАНСТВЕННОЕ СТРОЕНИЕ ПОЛИПЕПТИДОВ И БЕЛКОВ (Вторичная структура – β-складчатые структуры) Параллельный Антипараллельный складчатые листы

ПРОСТРАНСТВЕННОЕ СТРОЕНИЕ ПОЛИПЕПТИДОВ И БЕЛКОВ (Вторичная структура – β-складчатые структуры)