Biochemicky významné reakce © Biochemický ústav LF MU (J.D.) 2008 Přednáška je extraktem hlavních myšlenek z kapitol 1-14 + 29, LCH II, s důrazem na biochemické souvislosti • Vznik poloacetalů, acetalů, aldiminů • Funkční deriváty kyselin (estery, anhydridy, amidy) • Dehydrogenace různých substrátů • Oxygenace, hydroxylace, deoxygenace • Konjugovaný pár vs. redoxní pár • Transaminace aminokyselin, reakce citrátového cyklu Vzájemné reakce vybraných sloučenin Poloacetaly a acetaly Aldiminy (Schiffovy báze) vznikají adičně-eliminační reakcí Příklady Schiffových bází v organismu • Neenzymová glykace proteinů (LCH II, str. 40) • Transaminace AK – meziprodukt s pyridoxalfosfátem (viz přednáška Aminokyseliny) • Příčné můstky v kolagenu (Lys ... alLys) (LCH II, str. 42) • Vznik glukosaminu z fruktosa-6-P a glutaminu (Semináře, str. 57) • Vazba retinalu na opsin (Ledvina, II. díl, str. 474) Estery karboxylových kyselin vznikají kondenzací za uvolnění vody (adičně-eliminační reakce) Rozlišujte: hydrolýza × hydratace Acetylsalicylová kyselina je kyselina a současně ester Učebnicové struktury anorganických kyselin Estery kyseliny sírové Srovnejte: alkyl-sulfát ´ alkansulfonát Estery kyseliny dusičné jako léčiva Monoestery kyseliny fosforečné Diestery kyseliny fosforečné jsou spojovacími elementy v nukleových kyselinách Organofosfáty jsou syntetické deriváty různých kyselin fosforu Srovnejte dvojice Anhydrid karboxylové kyseliny Anhydrid kyseliny fosforečné je kyselina difosforečná (difosfát)* Srovnejte: difosfát ´ bisfosfát Smíšený anhydrid kys. karboxylové a kys. fosforečné se nazývá acylfosfát Amin a kyselina mohou reagovat dvojím způsobem Amidy jsou polární neelektrolyty Srovnejte Močovina je diamid kys. uhličité Srovnejte Lakton versus Laktam Srovnejte vlastnosti (viz LCH II, kap. 4) Polarita vybraných organických sloučenin (viz LCH II, kap. 4) Proč jsou amidy na rozdíl od esterů polární? Biochemicky významné dehydrogenace Dehydrogenace v enzymových reakcích • substrát ztrácí 2 atomy H z typických skupin: primární alkoholová skupina -CH[2]-OH (ethanol) sekundární alkoholová skupina >CH-OH (laktát) endiolové uskupení HO-C=C-OH (askorbát) sekundární aminová skupina >CH-NH[2] (aminokyseliny) nasycená skupina -CH[2]-CH[2]- (fumarát, acyly MK) • vznikne dvojná vazba (C=O, C=NH, CH=CH) • dva atomy H jsou přeneseny na kofaktor enzymu Enzymové dehydrogenace vyžadují spolupráci tří složek Dehydrogenace ethanolu (zjednodušené schéma) Dehydrogenace ethanolu v hepatocytu (úplná reakce s koenzymem) Postupná oxidace methanolu (zjednodušené schéma) Dvě cesty oxidace glycerolu Postupná oxidace ethylenglykolu (viz LCH II, kap. 6) Dehydrogenace aldehyd-hydrátu Dehydrogenace poloacetalu Hydroxykyseliny jako substráty dehydrogenace Dehydrogenace kys. mléčné (laktátu) Další příklady dehydrogenací α,-Dehydrogenace acylu (tak začíná odbourávání mastných kyselin) Dehydrogenace aminosloučenin Hydrolýza iminosloučeniny poskytne oxosloučeninu a volný (toxický) amoniak Dehydrogenace difenolů poskytne chinony Dehydrogenace -SH substrátů probíhá s dvěma molekulami (mírná oxidace)* Oxygenace je zabudování jednoho atomu kyslíku do substrátu • přímá - reakce s kyslíkem • nepřímá - adice vody a následná dehydrogenace (např. oxidace acetaldehydu při odbourávání ethanolu) Oxygenace aldehydu Postupná oxidace ethanolu v játrech Hydroxylace fenylalaninu • hydroxylací fenylalaninu vzniká tyrosin • do reakce vstupuje dikyslík O[2], ale fenylalanin reaguje pouze s jedním atomem O • dojde k zabudování jednoho atomu O mezi C a H • k reakci je nutný kofaktor tetrahydrobiopterin na likvidaci zbylého atomu kyslíku Hydroxylace fenylalaninu Hydroxylace fenylalaninu jsou dvě souběžné redoxní reakce Další příklady hydroxylačních reakcí • tyrosin   adrenalin • cholesterol   kalcitriol • cholesterol   žlučové kyseliny • prolin  hydroxyprolin • desaturace mastných kyselin • hydroxylace xenobiotik Biochemické hydrogenace • substrát přijímá dva atomy H • jejich zdrojem je NADPH + H^+ • redukční syntézy (MK, cholesterol) Hydrogenace ubichinonu v dýchacím řetězci je zvláštní případ Deoxygenace Rozlišujte Rozlišujte Diverzita redoxních párů Příklad 1 Dva pohledy na laktát • Laktát jako báze • Laktát jako redukční činidlo Konjugovaný pár (dvě konstanty pro dvě látky) Příklad 2 Dva pohledy na vitamin C • Kys. L-askorbová jako kyselina • Kys. L-askorbová jako redukční činidlo L-Askorbová je dvojsytná kyselina L-Askorbová kyselina má redukční účinky (exogenní antioxidant, viz praktická cvičení, str. 32) Příklad 3 Dva pohledy na kys. močovou 1. Kys. močová jako kyselina 2. Kys. močová jako redukční činidlo Laktimová forma kys. močové je dvojsytná kyselina* Kys. močová jako redukční činidlo (endogenní antioxidant) Transaminace v metabolických souvislostech Transaminace • aminoskupina je přenesena z aminokyseliny na 2-oxoglutarát (2-OG) • přenos zajišťuje enzym aminotransferasa a kofaktor pyridoxalfosfát • z aminokyseliny vznikne příslušná oxokyselina, z 2-OG vznikne glutamát (Glu) Obecné schéma transaminace Transaminace alaninu Transaminace aspartátu Reakce citrátového cyklu • terminální metabolická dráha • vstupní substrát: acetyl-CoA • tři typy produktů: CO[2] ® vydýchá se redukované kofaktory ® oxidovány v dých. řetězci guanosintrifosfát (GTP) - makroergní sloučenina Kondenzace oxalacetátu s acetyl-CoA Izomerace citrátu na isocitrát Dehydrogenace a dekarboxylace isocitrátu na 2-oxoglutarát Dekarboxylace a dehydrogenace 2-oxoglutarátu na sukcinyl-CoA Substrátová fosforylace za vzniku makroergního trifosfátu[] Dehydrogenace sukcinátu na fumarát Hydratace fumarátu na L-malát Dehydrogenace L-malátu na oxalacetát