OH - Szerves Kémiai Tanszék
OH - Szerves Kémiai Tanszék
OH - Szerves Kémiai Tanszék
Create successful ePaper yourself
Turn your PDF publications into a flip-book with our unique Google optimized e-Paper software.
Másodlagos természetes anyagok – másodlagos<br />
metabolitok<br />
Vegyész MSc (nappali és levelező tagozat)<br />
Előadó: Dr. Juhász László<br />
egyetemi adjunktus
Fontos tudnivalók<br />
• Elérhetőség:<br />
– Iroda/laboratórium: Kémia épület; E-413/E-422<br />
– Honlap: http://szerves.science.unideb.hu (előadás anyag)<br />
– e-mail: juhasz.laszlo@science.unideb.hu<br />
• Kötelező irodalom:<br />
– Tantermi előadás (látogatása nem kötelező de melegen ajánlott)<br />
• Kollokvium:<br />
– „A” vizsga: szóbeli; 2 tétel<br />
– „B” vizsga: szóbeli; 2 tétel<br />
– „C” vizsga: szóbeli; 2 tétel<br />
2
Az anyagcsere folyamatok csoportosítása<br />
Kiindulópont:<br />
• Minden élőlény az élete folyamán számos szerves vegyületet átalakít, azért hogy életben maradjon.<br />
• A legfontosabb építőköveket – szénhidrátok; zsírok, fehérjék, nukleinsavak – az élőlények életük<br />
során felépítik az építő elemikből, vagy külső forrásból veszik fel őket.<br />
• A növények a fotoszintézis révén képesek szervetlen anyagokból felépíteni a szerves vegyületek<br />
építőköveit.<br />
• Egyéb élőlények (pl: állatok) a növények által megtermelt vegyületeket használják fel szervezetük<br />
felépítésére.<br />
• Az anyagcsere folyamatok egy része a felvett komplex vegyületek lebontásával egyszerű<br />
molekulákat állít elő (katabolizmus), míg más részük speciális molekulákat állítanak elő egyszerű<br />
kiindulási vegyületekből (anabolizmus)<br />
• Jóllehet az élőlények nagyon változatosak, azonban azon anyagcsere folyamatok, melyek a<br />
szénhidrátok, fehérjék, zsírok, nukleinsavak szintézisét, módosítását, végzik, az egyedi jellemzőktől<br />
eltekintve azonosak.<br />
•Ezeket a folyamatokat nevezzük ELSŐDLEGES ANYAGCSERE FOLYAMATOKNAK, és azokat<br />
vegyületeket, melyek ezen átalakításokban részt vesznek, megjelennek ELŐDLEGES<br />
METABOLITOKNAK.<br />
3
Anyagcsere folyamatok<br />
• szénhidrátok lebontása: glikolizis és a Krebs/citromsav/trikarbonsav ciklus (energia<br />
termelés)<br />
• zsírsavak hasítása: b-oxidáció (energia termelés)<br />
• Aerob szervezetek foszforiláció segítségével növelik a hatékonyságát ezeknek a<br />
folyamatoknak<br />
• fehérjék lebontása aminosavakat eredméynez, amiket tovább lehet alakítani más<br />
vegyületekké<br />
• Nem minden élőlény képe előállítani minden aminosavat, vannak olyanok amiket külső<br />
forrásból kell felvennie: eszenciális aminosavak<br />
•Ezekkel a folyamatokkal szemben – melyek minden élőlényben lejátszódnak – az<br />
anyagcsere folyamatoknak van egy mások fajtája, amely olyan vegyületek szintézisét és<br />
átalakítását okozza, melyek természetbeni megjelenése, előfordulása korlátozottabb,<br />
adott esetben csak speciális élőlényekben vannak jelen.<br />
•Ezeket a folyamatokat nevezzük MÁSODLAGOS ANYAGCSERE FOLYAMATOKNAK, és az<br />
ezekben a folyamatokban keletkező vegyületeket nevezzük MÁSODLAGOS<br />
METABOLITOKNAK<br />
4
Másodlagos metabolitok szerepe<br />
• Szerepük az adott organizmus életében sok esetben nem tisztázott.<br />
• Némely esetben egyértelmű funkciójuk van:<br />
• toxikus vegyületek védelmet szolgáltatnak az ellenségekkel szemben<br />
• illatanyagok felkeltik a z azonos élőlények, esetleg más élőlények figyelmét, de<br />
védelmet is szolgáltathatnak.<br />
• Színanyagok látványossá teszik az organizmust, de el is rejthetik.<br />
• A másodlagos metabolitok számos képviselője farmakológiailag aktív vegyület.<br />
• Fontos megemlíteni, hogy az elsődleges és másodlagos anyagcsere folyamatok között átfedés<br />
van, így az elsődleges és másodlagos anyagcsere termékek sem teljesen különíthetők el egymástól.<br />
• Pl: szénhidrátok és zsírsavak elsődleges metabolitok, mégis van számos olyan képviselőjük,<br />
amelyek csak néhány organizmusban fordulnak elő.<br />
• szteroidok: fontos biológiailag aktív vegyületek – másodlagos metbolitok – széles körben<br />
elterjedtek, de vannak olyan szerkezetek, amelyek csak speciális organizmusok termelnek.<br />
• Átfedő tudományterületek.<br />
5
Másodlagos metabolizmus és az építőkövek<br />
glikolízis<br />
HO<br />
<strong>OH</strong><br />
<strong>OH</strong><br />
O<br />
<strong>OH</strong><br />
<strong>OH</strong><br />
D-glükóz<br />
<strong>OH</strong><br />
<strong>OH</strong><br />
O<br />
PO<br />
<strong>OH</strong><br />
<strong>OH</strong><br />
glükóz-6-foszfát<br />
pentóz-foszfát ciklus<br />
<strong>OH</strong><br />
PO<br />
O<br />
<strong>OH</strong><br />
eritróz-4-foszfát<br />
Fotoszintézis<br />
L-glicin<br />
CO 2 H<br />
<strong>OH</strong>C <strong>OH</strong><br />
CO 2 H<br />
NH 2<br />
NH 2<br />
glicerinaldehid-3-foszfát<br />
PO<br />
CO 2 H<br />
L-fenilalanin<br />
CO 2 H<br />
HS<br />
CO 2 H<br />
NH 2<br />
HO<br />
CO 2 H<br />
NH 2<br />
HOOC<br />
PO<br />
<strong>OH</strong><br />
HO <strong>OH</strong><br />
<strong>OH</strong><br />
sikimsav<br />
HO<br />
NH 2<br />
L-tirozin<br />
CO<strong>OH</strong><br />
L- cisztein<br />
L-szerin<br />
3-foszfoglicerinsav<br />
NH 2<br />
CO 2 H<br />
HOOC<br />
OP<br />
N<br />
H<br />
L-triptofán<br />
NH 2<br />
L-valin<br />
foszfo-enolpiruvát<br />
CO 2 H<br />
NH 2<br />
L-alanin<br />
CO 2 H<br />
HOOC O<br />
piruvátsav<br />
<strong>OH</strong><br />
OP<br />
O <strong>OH</strong><br />
deoxixilulóz-5-foszfát<br />
<strong>OH</strong><br />
OP<br />
<strong>OH</strong> <strong>OH</strong><br />
metileritritol-4-foszfát<br />
NH 2<br />
L-leucin CoAS O<br />
acetil-koenzimA<br />
<strong>OH</strong><br />
CO 2 H <strong>OH</strong><br />
mevalonsav<br />
6
CoAS<br />
O<br />
acetil-koenzimA<br />
Krebs ciklus<br />
CO 2 H<br />
HO 2 C<br />
O<br />
oxaloecetsav<br />
HO 2 C CO 2 H<br />
O<br />
2-oxoglutársav<br />
HO 2 C CO 2 H<br />
NH 2<br />
L-glutaminsav<br />
HO 2 C<br />
CO 2 H<br />
NH 2<br />
NH 2<br />
CO 2 H<br />
H 2 N<br />
CO 2 H<br />
L-aszpartámsav<br />
L-isoleucin<br />
NH 2<br />
L-ornitin<br />
S<br />
CO 2 H<br />
H 2 N<br />
CO 2 H<br />
NH 2<br />
L-metionin<br />
NH 2<br />
L-lizin<br />
H 2 N<br />
NH<br />
N<br />
H<br />
NH 2<br />
CO 2 H<br />
L-arginin<br />
7
A természetes vegyületek építőelemei I.<br />
H 3 C<br />
S<br />
CO 2 H<br />
X CH 3 (X = O, N, S, C)<br />
NH 2<br />
C 1<br />
L-metionin<br />
O<br />
SCoA<br />
vagy<br />
CO 2 H<br />
SCoA<br />
O<br />
C C<br />
C 2<br />
acetil-CoA<br />
malonil-CoA<br />
3 x<br />
O<br />
SCoA<br />
CO 2 H<br />
<strong>OH</strong><br />
<strong>OH</strong><br />
acetil-CoA<br />
mevalonsav<br />
<strong>OH</strong><br />
<strong>OH</strong><br />
izoprén egység<br />
C 5<br />
OP<br />
OP<br />
O<br />
<strong>OH</strong><br />
<strong>OH</strong><br />
<strong>OH</strong><br />
deoxixilulóz-5-foszfát<br />
metileritritol-4-foszfát<br />
8
A természetes vegyületek építőelemei II.<br />
CO 2 H<br />
CO<strong>OH</strong><br />
NH 2<br />
L-fenilalanin<br />
CO 2 H<br />
C 6 C 2 N<br />
N<br />
N<br />
H<br />
L-triptofán<br />
NH 2<br />
N<br />
H<br />
indol-C 2 N<br />
N<br />
HO<br />
NH 2<br />
L-tirozin<br />
H 2 N<br />
NH 2<br />
CO 2 H<br />
H 2 N<br />
C 4 N<br />
N<br />
L-ornitin<br />
H 2 N<br />
NH 2<br />
L-lizin<br />
CO 2 H<br />
H 2 N<br />
C 5 N<br />
N<br />
9
Építőkövek a természetes vegyületekben<br />
HO<br />
O O<br />
CO 2 H<br />
Cukor<br />
O<br />
<strong>OH</strong><br />
O<br />
O<br />
<strong>OH</strong> O<br />
orsellinsav<br />
parthelinide<br />
naringin<br />
4 x C 2 3 x C 5<br />
C 6 C 3 + 3 x C 2 + cukor<br />
<strong>OH</strong><br />
O<br />
H 2 C<br />
O<br />
H 3 CO<br />
<strong>OH</strong><br />
O<br />
O<br />
OCH 3<br />
OCH 3<br />
podophyllotoxin<br />
2 x C 6 C 3 + 4 x C 1<br />
H 3 CO<br />
tetrahidrokannabiolsav<br />
papaverin<br />
6 x C 2 + 2 x C 5<br />
C 6 C 2 N + (C 6 C 2 ) + 4 x C 1<br />
<strong>OH</strong><br />
CO 2 H<br />
H 3 CO<br />
H 3 CO<br />
N<br />
O<br />
H 3 CO<br />
HO 2 C CH 3<br />
N<br />
CO 2 CH 3<br />
lizergsav<br />
kokain<br />
indol-C 2 N + C 5 + C 1<br />
C 4 N + 2 x C 2 + (C 6 C 1 ) + 2 x C 1<br />
NCH 3 O<br />
NH<br />
O<br />
C 6 C 3<br />
C 6 C 3<br />
10
Felépítési reakciók mechanizmusai I.<br />
Alkilezési reakciók: nukleofil szubsztitúció – O-, N-alkilezés<br />
SAM képződése<br />
HO<br />
S 2<br />
O O<br />
O<br />
P P<br />
N<br />
P O O<br />
O <strong>OH</strong><br />
O N NH<br />
<strong>OH</strong><br />
2<br />
<strong>OH</strong><br />
NH 2<br />
N N<br />
HO <strong>OH</strong><br />
N<br />
E1 H 2 N<br />
ATP<br />
E1: SAM szintetáz<br />
H 3 C S CO 2H<br />
L-Met<br />
Alkilezés és SAM regenerálódása<br />
H 3 C<br />
S<br />
CO 2 H<br />
HO<br />
Ad = adenozin<br />
O<br />
<strong>OH</strong><br />
N<br />
N NH 2<br />
N<br />
S-adenozilmetionin<br />
(SAM; AdoMet)<br />
N<br />
XH<br />
X = O, N<br />
Ad<br />
H 3 C S<br />
E1: metil-transzferáz<br />
E2: SAH hidroláz<br />
E3: metioninszintáz<br />
NH 2<br />
CO 2 H<br />
S N 2<br />
E1<br />
X CH 3<br />
H<br />
X CH 3<br />
+<br />
Ad<br />
S<br />
NH 2<br />
CO 2 H<br />
S-adenozilhomocisztein<br />
(SAH)<br />
E2<br />
HS CO 2 H<br />
NH 2<br />
homocisztein<br />
N 5 -metil-FH 4<br />
E3<br />
FH 4<br />
S CO 2 H<br />
H 3 C<br />
NH 2<br />
L-Met<br />
11
Felépítési reakciók mechanizmusai II.<br />
C- alkilezés SAM-vel<br />
Ad<br />
H 3 C S<br />
NH 2<br />
CO 2 H<br />
O<br />
Ad<br />
H 3 C S<br />
NH 2<br />
CO 2 H<br />
O<br />
<strong>OH</strong><br />
O- alkilezés DMAPP-val<br />
PPO<br />
S N 1<br />
rezonancia stabilizált karbokation<br />
OPP: difoszfát- jó távozócsoport<br />
<strong>OH</strong><br />
<strong>OH</strong><br />
O<br />
O<br />
H<br />
<strong>OH</strong><br />
O<br />
12
Felépítési reakciók mechanizmusai III.<br />
Alkilezés elektrofil addícióval – inter- és intramolekuláris addíció<br />
PPO<br />
DMAPP<br />
S N 1<br />
PPO<br />
IPP<br />
(izopentenil-pirofoszfát)<br />
H<br />
OPP<br />
- H OPP<br />
GPP<br />
(geranil-pirofoszfát)<br />
S N 1<br />
Karbokationok generálása és megszüntetése<br />
• távozócsoport lehasadása<br />
• alkének protonálása<br />
• epoxidok protonálása<br />
• metilezés SAM-val<br />
• proton lehasadás - alkén képződés<br />
• protonlehasadás - gyűrűzáródás<br />
• kvencselés nukleofillel<br />
13
Wagner - Meerwein átrendeződés<br />
A karbokationok stabilitása a 1 < 2 < 3 irányba nő!<br />
R<br />
R<br />
H<br />
H<br />
R<br />
1,2-hidrid<br />
vándorlás<br />
R<br />
R<br />
H<br />
H<br />
R<br />
2° kation 3° kation<br />
R H 1,2-metil R<br />
R vándorlás<br />
H<br />
R<br />
R<br />
R<br />
2° kation 3° kation<br />
1,2-alkil<br />
vándorlás<br />
H<br />
1,3-hidrid<br />
vándorlás<br />
3° kation,<br />
4 tagú gyûrû<br />
2° kation,<br />
5 tagú gyûrû<br />
3° kation<br />
rezonancia stabilizûlt karbokation<br />
H<br />
koncertikus 1,2-hidrid és metil vándorlás<br />
H<br />
H<br />
H<br />
Azonos építőkövekből változatos szerkezetű és szubsztituáltságú vegyületek keletkezhetnek.<br />
Lásd: terpének, szteroidok<br />
14
Aldol és Claisen kondenzáció<br />
R<br />
H<br />
R<br />
O<br />
H<br />
B<br />
O<br />
R<br />
X<br />
X<br />
H<br />
O<br />
X<br />
R<br />
H<br />
R<br />
O<br />
X<br />
O<br />
X<br />
R<br />
O<br />
H<br />
X<br />
R<br />
H<br />
O<br />
X<br />
R<br />
R<br />
rezonanciastabilizált karbanion<br />
O<br />
R<br />
<strong>OH</strong><br />
X<br />
R<br />
O<br />
H<br />
O<br />
H<br />
X<br />
X<br />
X = jóltávozó csoport<br />
Claisen addukt<br />
X = rossz távozó csoport<br />
aldol addukt<br />
15
Ezen reakciók legtöbb esetben CoA észtereken játszódnak le<br />
HS<br />
N<br />
H<br />
O<br />
N<br />
H<br />
O<br />
<strong>OH</strong><br />
Coenzim A<br />
HSCoA<br />
O<br />
P<br />
O<br />
<strong>OH</strong><br />
O<br />
P<br />
O<br />
<strong>OH</strong><br />
HO<br />
O<br />
HO P<br />
O<br />
O<br />
<strong>OH</strong><br />
N<br />
N<br />
NH 2<br />
N<br />
N<br />
Okai: tioészterek a-helyzetben<br />
savasabbak; tiolát jobb távozó<br />
csoport, mint az alkoholát<br />
H 3 C<br />
O<br />
SCoA<br />
H +<br />
H 2 C<br />
O<br />
SCoA<br />
H 3 C<br />
O<br />
OEt<br />
H 3 C<br />
O<br />
OEt<br />
csökkenti a savasságot<br />
O<br />
O<br />
O<br />
O<br />
H 3 C<br />
SCoA<br />
Nu H 3 C<br />
Nu OEt<br />
H 3 C<br />
SCoA<br />
H 3 C<br />
SCoA<br />
kevésbé kedvezõ<br />
Az acil-nukleofil szubsztitúció az HSCoA- közreműködésével játszódik le.<br />
16
A malonil-CoA- keresztül lejátszódó Claisen reakciók kedvezőbbek az Ac-CoA-nál, ezért az<br />
Ac-CoA enzimatikus úton malonil-CoA-vá alakul át.<br />
O<br />
ATP + HCO 3<br />
ADP +<br />
E1a<br />
O<br />
P<br />
HO O <strong>OH</strong><br />
O<br />
<strong>OH</strong><br />
O<br />
HN NH<br />
H H<br />
S<br />
biotin-enzim<br />
CoAS<br />
E1a<br />
CO<br />
Enz<br />
HO<br />
O O<br />
N<br />
H<br />
S<br />
NH<br />
H<br />
E1b<br />
CO<br />
Enz<br />
CAoS<br />
O<br />
<strong>OH</strong> O<br />
O N NH<br />
H H<br />
S<br />
E1b<br />
CO<br />
Enz<br />
E1a: biotin-karboxiláz<br />
E1b: karboxyltranszferáz<br />
CAoS<br />
O<br />
O<br />
<strong>OH</strong><br />
+ biotin-enzim<br />
O<br />
malonil-CoA<br />
SCoA<br />
SCoA<br />
O<br />
O O<br />
H<br />
-CO 2<br />
O<br />
CoAS<br />
SCoA<br />
O<br />
O O<br />
SCoA<br />
acetoacetil-CoA<br />
17
Zsírsavak b-oxidációja és a retro-aldol és retro-Claisen reakció<br />
18
Imin képződés és Mannich-reakció<br />
19
Aminosavak deaminálása és dekarboxilezése<br />
23
Természetes vegyületek mint gyógyszerek<br />
A beteg azt mondja: Fáj a torkom!<br />
Erre az orvos:<br />
Kr.e. 2000: Tessék, edd meg ezt a gyökeret!<br />
Kr.u. 1000: Az a gyökér pogány dolog, mondj el egy imát!<br />
Kr. u. 1850: Az ima babonaság, idd meg ezt az elixírt!<br />
Kr. u. 1940: Az az elixír kígyóolaj, nem tesz jót, nyeld le ezt a pirulát!<br />
Kr. u. 1985: Az a pirula hatástalan, vedd be ezt az antibiotikumot!<br />
Kr. u. 2008: Az az antibiotikum nem természetes! Tessék itt egy gyökér…<br />
• A gyógynövények alkalmazása az egészség megőrzésében, és a betegségek<br />
gyógyításában Kr. előtt harmadik évezredig nyúlik vissza.<br />
• Hipokratesz (Kr.e. 460 – 377) mint egy 400 a gyógyításban is használt<br />
természetes anyagot írt le.<br />
• A kínai és egyiptomi gyógyászat szerves részét képezte a gyógynövények,<br />
és egyéb természetes eredetű anyagok használata.<br />
• A fejlődő országok lakosainak a mai napig a gyógynövények alkalmazása az<br />
egyetlen elérhető lehetőség.<br />
• Kínában több mint 7000 növényt tartanak nyílván gyógynövényként<br />
• A természet által évezredek alatt kifejlesztett és előállított vegyületek jó<br />
kiindulási alapot adhatnak gyógyszerek fejlesztéséhez, illetve ők maguk is jó<br />
hatóanyagok lehetnek.<br />
29
Rák ellenes szer<br />
(Vincarosea)<br />
Narkotikum<br />
(Papaver somniferum)<br />
Malária ellenes szer<br />
(Artemisia annua)<br />
30
Rák ellenes szer<br />
(Taxus brevifolia)<br />
Penicillin vázas antibiotikumok<br />
(Penicillium ssp)<br />
31
Gyógyszer fejlesztés és természetes eredetű vegyületek I.<br />
„Thus,the term natural product has become almost synonymous with the concept of<br />
drugdiscovery. Inmodern drug discovery and development processes, natural products play<br />
an important role at the early stage of „lead”discovery, i.e. discovery of the active<br />
(determined by various bioassays) natural molecule, which it self or its structural analogues<br />
could be an ideal drug candidate.”<br />
• 1981 – 2002 között 877 új hatóanyagot vezettek be a piacra, ezek 61 %-a volt természetes<br />
anyag, vagy annak származéka, vagy mimetikuma.<br />
• Ebből 6% természetes anyag; 27% természetes vegyület származéka; 5% tartalmazott<br />
valamilyen természetes vegyületből származó farmakofórt, 23% pedig úgynevezett<br />
természetes vegyület mimetikum.<br />
• Vannak területek, ahol sokkal magasabb a természetes vegyületek aránya:<br />
‣ antibakteriális vegyületek 78%-a<br />
‣ rák ellenes gyógyszerjelölt (drug candidate) molekulák 72%-a természetes<br />
vegyület, vagy annak analogonja.<br />
• 2001-ben a 30 legnagyobb bevételt hozó gyógyszer közül 8 természetes eredetű:<br />
• simvastatin, pravastatin, amoxycillin, klavualsav, clarithromycin, azithromycin, ceftriaxone,<br />
cyclosporin, paclitaxel (16 milliárd US$)<br />
HO<br />
O<br />
O<br />
O<br />
O<br />
H<br />
32
Gyógyszer fejlesztés és természetes eredetű vegyületek II.<br />
•A közelmúltban a gyógyszergyárak elhanyagolták a természetes vegyületeken alapuló gyógyszer<br />
fejlesztést.<br />
• A 90-es években több ok is hozzájárult a terület „hanyatlásához”:<br />
‣ kompatibilitás hiánya a „high throughput screening (HTS)” módszerekkel<br />
‣ kis fokú automatizálhatóság<br />
‣ izolálási és szerkezet meghatározási nehézségek<br />
‣ kombinatorikus kémia kifejlődése<br />
• DE! A gyógyszerfejlesztés újból a természetes vegyületek felé fordult:<br />
‣ kombinatorikus kémia nem jött be.<br />
‣ az elválasztási és azonosítási módszerek fejlődése<br />
‣ elképzelhetetlen diverzitás<br />
‣ több mint 250 000 növény faj él a földön, de ezek alig 10 %-át vizsgálták.<br />
‣Új lelőhelyek: tengeri élőlények<br />
33
Természetes vegyületek mint gyógyszer hatóanyagok I.<br />
Tradicionális út<br />
• lassú, kevés molekula<br />
35
Modern út:<br />
• automatizált, nagy áteresztőképességű módszerek alkalmazása<br />
• kis anyagmennyiség<br />
• sok molekulát tartalmazó molekulakönyvtárak<br />
36
Izoprén vázas vegyületek csoportosítása, szerkezete és hatásuk<br />
A növényvilágban nagyon gyakoriak azok a szénvegyületek, amelyeknek szénváza két vagy több<br />
izoprén egységet foglal magában. Az öt szénatomos izoprénváz nagyszámú és igen változatos<br />
szerkezetű és biológiai hatású vegyület építőegysége. Ezek a vegyületek két csoportra oszthatók,<br />
mégpedig a terpenoidokra és a karotinoidokra.<br />
2-metilbuta-1,3-dién<br />
izoprén<br />
Terpenoidok<br />
Karotionidok<br />
• monoterpének : (C 5 H 8 ) 2<br />
• szeszkviterpének: (C 5 H 8 ) 3<br />
• diterpének: (C 5 H 8 ) 4<br />
• szesterterpének: (C 5 H 8 ) 5<br />
• triterpének: (C 5 H 8 ) 6<br />
• tetraterpének: (C 5 H 8 ) 8<br />
• politerpének (C 5 H 8 ) n ; n>8<br />
Leopold Ruzicka<br />
1887-1976<br />
<strong>Kémiai</strong> Nobel-díj<br />
(1939)<br />
Otto Wallach<br />
1847-1931<br />
<strong>Kémiai</strong> Nobel-díj<br />
• csak C és H atomot tartalmazó<br />
konjugált tetraterpének<br />
• heteroatomot is tartalmazó<br />
konjugált tetraterpének:<br />
xantofilek<br />
(1910)<br />
Izoprén szabály: a terpénekben az iziprén egységek „fej-láb” módon kapcsolódhatnak össze<br />
"fej" "láb" +<br />
"fej-láb"<br />
37
Terpenoidok bioszintézise<br />
A terpenoidok bioszintézise szénhidrátokból kiindulva mevalonsavon át valósul meg, oly módon,<br />
hogy a mevalonsavból ún. aktív izoprén (izopentenil-pirofoszfát, IPP), keletkezik, ami a természetes<br />
izoprénvegyületek prekurzora.<br />
Az izopentenil-pirofoszfát (IPP) izomeráz enzim hatására savkatalizált folyamatban dimetilallilpirofoszfáttá<br />
(DMAPP) alakul. Ebből a pirofoszfát anion lehasadásával egy dimetilallil kation<br />
keletkezik, ami prenil-transzferáz enzim közreműköfésével IPP-vel reagálva geranil-pirofoszfátott<br />
38<br />
ad. Ez lesz a különböző terpenoidok szintézisének kulcs intermediere.
a-pinén<br />
Ad E<br />
b-pinén<br />
Ad E<br />
OPP<br />
-OPP<br />
GPP<br />
H 2 O<br />
H 2 O<br />
<strong>OH</strong><br />
<strong>OH</strong><br />
geraniol<br />
nerol<br />
A geranil-pirofoszfátból (GPP) a pirofoszfát lehasadásával keletkező kationból számos monoterpén<br />
levezethető. Amennyiben ez a kation egy IPP-vel reagál, akkor a szeszkviterpénekhez juthatunk.<br />
További láncnövekedéssel és enzimatikus átalakulással minden származék levezethető belőle.<br />
39
• A terpenoidok leggyakrabban növényekben fordulnak elő. A monoterpének általában alacsony<br />
forráspontú, kellemes illatú vegyületek (illóolajok), melyek az izoprén egységeken kívül tartalmazhatnak<br />
egyéb funkciós csoportokat (<strong>OH</strong>; CHO; C=O)<br />
• A monoterpének (két izoprén egységből felépülő vegyületek) szerkezetük szerint lehetnek aliciklusosak,<br />
monociklusosak vagy bicuklusosak.<br />
R-(+)-limonén<br />
S-(-)-limonén<br />
ocimén<br />
mircén<br />
babérfa<br />
narancs illatú<br />
citromillatú<br />
<strong>OH</strong><br />
Antiszeptikus,<br />
fungicid hatású<br />
<strong>OH</strong><br />
geraniol<br />
kakukkfű<br />
timol<br />
geranial<br />
O<br />
citromfű<br />
borsmenta<br />
Hűsítő,<br />
csiraölő<br />
hatású<br />
<strong>OH</strong><br />
(-)-mentol<br />
40
Kitekintés<br />
Az enantiomerek nem feltétlenül rendelkeznek azonos biológiai hatással<br />
O<br />
H<br />
N<br />
O O<br />
talidomid<br />
*<br />
NH<br />
O<br />
O<br />
H<br />
N<br />
(R)<br />
*<br />
O O<br />
O<br />
H<br />
N<br />
(S)<br />
*<br />
O O<br />
O<br />
NH<br />
O<br />
NH<br />
41
A biciklusos monoterpéneknek számos szerkezetileg érdekes képviselője ismert a természetben,<br />
melyek közül a tuján és a tujon (a tuja illóolajában fordul elő) ami biciklo[3,1,0]hexán gyűrűrendszert<br />
tartalmaz.<br />
H<br />
tujan<br />
H<br />
a-tujon<br />
O<br />
H<br />
b-tujon<br />
O<br />
• a tujon mentol illatú vegyület<br />
• a GABA (g-aminobutánsav – legfontosabb<br />
inhibitora az idegi ingerület átvitelnek)<br />
receptorra hat. Nem okoz halucinációkat<br />
• Erre a receptorra hatnak a barbiturátok,<br />
benzodiazepám, kébítószerek.<br />
• az abszint is tartalmazza elenyésző<br />
mennyiségben (szabályozzák a mennyiségét)<br />
Az abszint egy alkoholtartalmú ital, mely főleg fehér ürömből, ánizsból és édesköményből készül. A<br />
smaragdzöld folyadék általában rendkívül magas (50%-nál több) alkoholtartalmú és kesernyés ízű.<br />
Ebből kifolyólag vízzel hígítva és cukor hozzáadásával fogyasztják. Amikor vízzel keverjük, érdekes<br />
hatásnak lehetünk tanúi, ugyanis az abszint a víz hatására opálos fehér-zöld színt vesz fel. Ennek<br />
oka az italban található illóolajok, főleg az ánizsolaj nagyon rossz vízoldhatósága, melyek a hígítás<br />
során kicsapódnak az oldatból.<br />
42
O<br />
• Jellegzetes szagú, illékony, hűsítő és fertőtlenítő hatású vegyület.<br />
• Trópusi növényekben található<br />
kámfor<br />
Szeszkviterpének: három izoprén egységből felépülő terpenoidok.<br />
HO<br />
<strong>OH</strong><br />
farmezol<br />
nerolidol<br />
S-guajazulén<br />
kariofilllén<br />
• hársfavirág<br />
• ciklámen<br />
• narancsvirág<br />
43
Karotinoidok szerkezete és csoportosításuk<br />
A karotinoidok zsírban oldódó természetes eredetű pigmentek. A nyolc izoprénegységből felépülő<br />
karotinoidok közös szerkezeti sajátossága a folytonos konjugációt alkotó polién struktúra. A<br />
vegyületcsalád neve a sárgarépából (Daucus carota) izolált pigmentre, a karotinra utal. A karotin három<br />
hasonló szerkezetű vegyület, mégpedig az a-, b- és g-karotin keveréke.<br />
bb-karotin<br />
b-jonon<br />
b-karotin<br />
b-jonon<br />
b-karotin<br />
b-jonon<br />
a-karotin<br />
a-jonon<br />
b-karotin<br />
b-jonon<br />
g-karotin<br />
likopin<br />
44
Xantofilek<br />
<strong>OH</strong><br />
O<br />
sárga<br />
HO<br />
flavoxanthin (E161a)<br />
HO<br />
rubixanthin<br />
rozsdavörös<br />
O<br />
<strong>OH</strong><br />
sárga<br />
O<br />
HO<br />
violaxanthin<br />
45
Az A-vitamin<br />
bb-karotin<br />
2<br />
6 7 11 15<br />
1<br />
O<br />
3 5 8 9 10 12 13 14<br />
retinal<br />
4<br />
ox<br />
O<br />
b-karotin<br />
O<br />
b-karotin<br />
<strong>OH</strong><br />
O<br />
red<br />
A 1 -vitamin<br />
retinal<br />
<strong>OH</strong><br />
A 2 -vitamin<br />
46
A látás fotokémiája (addíció, elimináció, izomerizáció):<br />
Az emberi szem kétfajta receptor sejtet tartalmaz: pálcikákat és csapokat<br />
• pálcikák (retina peremén helyezkednek el, gyenge fényviszonyoknál aktívak<br />
színlátásra nem alkalmasak.)<br />
• csapok (retina központi részén találhatók, erős fényviszonyok között aktívak,<br />
színlátásért felelősek)<br />
Állatvilágban:<br />
• galambok (csak csapok: csak nappal látnak),<br />
• baglyok (csak pálcika: színvakság, viszont szürkületben is látnak)<br />
A pálcikákban található a rodopszin kromofórja a 11-cisz-retinal. A rodopszin kialakulása során a<br />
retinal karbonilcsoportjára addícionálódik a fehérje (opszin) egy aminocsoportja (AdN-reakció),<br />
majd egy vízmolekula eliminációjával jön létre az imin (ez a rodopszin, látóbíbor).<br />
A látást a pálcikákban található rodopszin biztosítja, mely fény hatására elhalványodik,<br />
lebomlik. A fényérzékeny komponens, a retinén, egy foton hatására cisz konfigurációja csupatransz<br />
konfigurációra változik, elhagyja a fehérjemolekulát, melynek ekkor bekövetkező<br />
konfigurációváltozása megváltoztatja a membránpermeabilitást. Így alakul ki a látásinger.<br />
Sötétség hatására a rodopszin újratermelődik.<br />
47
Szteroidok<br />
A szteroidok a természetes szénvegyületek egyik leg figyelemre méltóbb csoportját alkotják, mivel<br />
fontos szerepet játszanak az életfolyamatokban és nélkülözhetetlenek a gyógyításban. A szteroid név<br />
a vegyületcsoport legrégebben izolált tagjára a koleszterinre utal, amit epekőből (görögül kholeepe,<br />
sztereoszszilárd) nyertek ki.<br />
Valamennyi szteroidmolekulára jellemző az ún. szteroid alapváz, ami kémiai szerkezetére nézve<br />
perhidro-1,2-ciklopentanofenantrén<br />
2<br />
3<br />
4<br />
1<br />
10<br />
5<br />
11 12 13<br />
9<br />
6<br />
8<br />
7<br />
17<br />
14 15<br />
16<br />
perhidro-1,2-ciklopentanofenantrén<br />
gonán-váz<br />
androsztán-váz pregnán-váz kolesztán-váz<br />
ösztrán-váz kolán-váz ergosztán-váz<br />
49
A tetraciklusos szénhidrogénben az egymáshoz kapcsolódó gyűrűk téralkata különböző lehet. A<br />
természetben előforduló szteroidok esetében ezek közül három lehetséges gyűrűkapcsolódás valósul<br />
meg, amit az androsztán alapvázon mutatunk be.<br />
A gyűrűrendszer felső oldalán elhelyezkedő szubsztituensek b-, míg az alsó térfélen elhelyezkedőek 50a-<br />
térállásúak
Bioszintézis<br />
1920 – cápa máj<br />
51
Szterinek: olyan szteroid alkoholok, melyek állatokban (zooszterinek), növényekben (fitoszterinek) vagy<br />
gombákban (mikoszterinek) képződnek.<br />
Zooszterinek: legfontosabb képviselője a koleszterin, ami minden állati szervezetben előfordul, különösen<br />
sok található például a tojássárgájában és az emberi epekőben. A koleszterin fontos szerepet játszik a<br />
szteroid hormonok és az epesavak bioszintézisében. A D 3 -vitamin ipari szintézisének is kiindulási anyaga.<br />
HO<br />
HO<br />
koleszt-5-én-3b-ol<br />
koleszterin<br />
D 3 -vitamin<br />
•A koleszterin minden emberi és állati sejtben megtalálható. Különösen nagy mennyiségben fordul elő<br />
egyes szervekben, pl. a mellékvesében, idegrendszerben.<br />
•A koleszterint a szervezet a májban állítja elő, és a sejthártyák felépítésében van fontos szerepe,<br />
valamint sokféle hormon alapanyaga.<br />
•A koleszterin meghatározásából következtetni lehet a máj működési állapotára.<br />
• A vér koleszterin tartalma cukorbetegség (diabetes), sárgaság, a pajzsmirigy csökkent működése,<br />
vesebetegségek és érelmeszesedés esetén fokozott lehet.<br />
•A koleszterin lerakódva az erek falában annak rugalmasságát csökkenti, és elősegíti az<br />
érelmeszesedés kialakulását.<br />
•A vizelet üledékvizsgálatakor gyakran találhatók kicsapódott koleszterin kristályok.<br />
•Csökken a koleszterinszint máj-, és fertőző betegségekben, és Basedowbetegségekben<br />
(hipertireózis).<br />
53
A mikoszterinek közül a legfontosabb az ergoszterin, amit elsőként egy a rozson élősködő gombából az<br />
anyarozsból (Claviceps purpurea) izoláltak. A vegyület neve az anyarozs francia nevéből (ergot)<br />
származik. Az ergoszterin UV-besugárzás hatására a C9–C10 kötés homolitikus hasadását követően D2-<br />
vitaminná alakul<br />
HO<br />
HO<br />
ergoszterin<br />
D 2 -vitamin<br />
A fitoszterinek növényekben fordulnak elő. Egyik legelterjedtebb képviselőjük a stigmaszterin, amit<br />
szójaolajból állítanak elő, és egyes nemi hormonok előállításához használják kiindulási anyagként.<br />
A legfontosabb epesavak az 5b-androsztán hidroxikarbonsav származékai. Az epében aminosavakkal<br />
(glicin, taurin) képzett peptidszerű vegyületeik az ún. páros epesavak nátriumsó formájában fordulnak<br />
elő. Az epesavak szerepe a vízben nem oldódó zsírok felszívódásának elősegítése.<br />
<strong>OH</strong><br />
CO<strong>OH</strong><br />
CO<strong>OH</strong><br />
HO<br />
sztigmaszterin<br />
HO<br />
H<br />
R<br />
R = <strong>OH</strong> - kolsav<br />
R = H - dezoxikolsav<br />
H<br />
kolánsav<br />
54
Szívre ható glikozidok és varangymérgek: gyógyászati szempontból nagyon fontosak. Növényekben (pl.<br />
a Digitalis- és Strophantus-fajokban), tengeri hagymákban (Scilla maritima) és egyes békafajokban<br />
(Bufo-fajok) fordulnak elő. A csoport valamennyi tagja 5b,14b-androsztán alapvázat tartalmaz, melyhez<br />
3b- és 14b-helyzetben két hidroxicsoport, 17-helyzetben pedig egy laktongyűrű kapcsolódik, valamint a<br />
3b-hidroxicsoport különböző szénhidrátokkal glikozidos kötést alkot. A glikozidos kötés már enyhe<br />
savas hidrolízis hatására is felszakad, és a szénhidrátok mellett aglikon (pl. genin) is izolálható. Egyik<br />
legfontosabb képviselőjük a digitoxin.<br />
O<br />
O<br />
O<br />
HO<br />
<strong>OH</strong><br />
O<br />
H<br />
O<br />
O<br />
<strong>OH</strong><br />
H<br />
O<br />
<strong>OH</strong><br />
O<br />
H<br />
O<br />
H<br />
<strong>OH</strong><br />
O<br />
HO<br />
<strong>OH</strong><br />
H<br />
digitoxigenin<br />
+<br />
<strong>OH</strong><br />
HO<br />
digitoxin<br />
O H<br />
<strong>OH</strong><br />
digitoxóz<br />
55
A szteroidszaponin gyűjtőnév az idesorolt vegyületek vizes oldatának szappanhoz hasonló habzására<br />
utal. A szaponinok hatgyűrűs alapvázat tartalmazó glikozidok, melyeknek jellegzetes szerkezeti eleme a<br />
spiroketál gyűrűrész. Legfontosabb képviselőjük a Dioscorea-fajokban előforduló dioszcin, melynek<br />
aglikonja a dioszgenin. A dioszgenin fontos kiindulási anyaga a sztereoid hormonok, például a<br />
progeszteron félszintetikus előállításának.<br />
O<br />
O<br />
O<br />
HO<br />
dioszgenin<br />
O<br />
progeszteron<br />
A szteroid alkaloidok nitrogéntartalmú szteránvázas vegyületek, amelyek főként a Solanum fajokban<br />
fordulnak elő glikozidjaik formájában. Néhány képviselőjük (pl.a szolaszodin és a tomatidin) szerkezete<br />
sok hasonlóságot mutat a szaponinok gyűrűrendszerével, csak a spiroketál rész hattagú gyűrűjében<br />
oxigénatom helyett nitrogén található.<br />
O<br />
H<br />
N<br />
O<br />
H<br />
N<br />
HO<br />
szolaszidin<br />
HO<br />
tomatidin<br />
56
A szteroid hormonok egy része a nemi funkciókat szabályozza – ezek a nemi hormonok, más részük<br />
pedig a szervezet anyagcseréjét (cukor- és sóháztartás) befolyásolják – ezeket az előfordulásukra utalva<br />
mellékvesekéreg-hormonoknak (vagy kortikosztereoidoknak) nevezzük. A hormonok nagyon változatos<br />
funkciókat töltenek be, ennek ellenére azonban szerkezetük sok tekintetben hasonló. A 17-helyzetben a<br />
hosszú oldallánc vagy gyűrű helyett általában hidroxi-, oxo- vagy acetil-csoportot tartalmaznak.<br />
A női nemi hormonok egy része (ösztrogének) a másodlagos nemi jelleg kialakulásáért felelősek – ezek az<br />
ösztradiol, ösztriol és az ösztron. Közös jellemzőjük, hogy az A-gyűrű mindhárom vegyületben aromás.<br />
<strong>OH</strong><br />
<strong>OH</strong><br />
O<br />
<strong>OH</strong><br />
HO<br />
HO<br />
HO<br />
ösztradiol ösztratriol ösztron<br />
A női nemi hormonok másik csoportját a terhesség fenntartását biztosító gesztagének alkotják,<br />
melyeknek egyetlen természetes képviselője a progeszteron.<br />
O<br />
O<br />
progeszteron<br />
57
A férfi nemi hormonok (androgének) közé a másodlagos nemi jelleg kialakulásáért felelős<br />
tesztoszteron és annak átalakulásával képződő androszteron tartozik.<br />
<strong>OH</strong><br />
O<br />
O<br />
HO<br />
tesztoszteron<br />
androszteron<br />
A mellékvese nagy számú kortikoszteroidot termel. Közülük a kortizolt szintetikusan is előállítják, ez a<br />
hidrokortizon, amely gyulladáscsökkentő hatású szer. Néhány szintetikus szteroid hasonló hatást<br />
mutat, ilyen például a prednizolon.<br />
HO<br />
O<br />
<strong>OH</strong><br />
<strong>OH</strong><br />
O<br />
<strong>OH</strong><br />
O<br />
HO<br />
O<br />
kortizol<br />
(hidrokortizon)<br />
O<br />
prendnizolon<br />
58
Aminosavak, peptidek, fehérjék<br />
Aminosavaknak nevezzük azokat a karbonsavakat, amelyekben a szénlánc egy vagy több<br />
hidrogénjét amino (NH 2 ) csoportra cseréljük. Csoportosításuk történhet az amino és<br />
karboxilcsoportok száma és egymáshoz viszonyított helyzete alapján.<br />
NH 2 NH 2<br />
CO<strong>OH</strong><br />
karbonsav<br />
CO<strong>OH</strong><br />
NH 2<br />
aminokarbonsav<br />
aminosav<br />
CO<strong>OH</strong><br />
CO<strong>OH</strong><br />
CO<strong>OH</strong><br />
NH 2<br />
a-aminosav b-aminosav g-aminosav<br />
Az aminosavak elnevezése történhet szubsztitúciós nomenklatúrával, azonban a természetes<br />
aminosavakat triviális névvel szokás elnevezni:<br />
hexánsav<br />
CO<strong>OH</strong><br />
NH 2<br />
CO<strong>OH</strong><br />
3-aminohexánsav<br />
CO<strong>OH</strong><br />
2-aminobenzoesav<br />
antranilsav<br />
NH 2<br />
H 2 N CO<strong>OH</strong><br />
aminoecetsav<br />
glicin<br />
Jóllehet, a számtalan aminosav ismert, és bármilyen szerkezetű aminosav előállítása megoldható, a<br />
fenti csoportból az a-aminosavak kiemelkedő fontossággal bírnak, mivel az élőszervezetekben<br />
található fehérjék és peptidek a-aminosavakból épülnek fel. Eddig minegy 20-23 a-aminosavat<br />
izoláltak fehérjék hidrolízisével. Csoportosításuk történhet az amino és karboxilcsoportok száma<br />
szerint.<br />
59
Aminosavak fizikai tulajdonságai: Az a-aminosavak kristályos, magas olvadáspontú vegyületek.<br />
Olvadáspontjuk sokkal magasabb, mint azoké a karbonsavaké vagy aminoké, melyekből<br />
helyettesítéssel levezethetők. Olvadáspontjuk fölött elbomlanak, gázhalmazállapotban nem<br />
létképesek. Oldékonyságuk is a sókra emlékeztet. <strong>Szerves</strong> oldószerekben, például alkoholban a<br />
prolin és a hidroxiprolin kivételével gyakorlatilag oldhatatlanok, míg vízben valamennyi jól oldódik.<br />
Aminosavak optikai sajátságai: Az aminosavak királis vegyületek, és a természetben enantiomer<br />
tiszta formában fordulnak elő. A fehérjék felépítésében csak az L konfigurációjú aminosavak<br />
vesznek részt.<br />
H 2 N<br />
CO<strong>OH</strong><br />
H<br />
CH 3<br />
L-(+)-alanin<br />
CO<strong>OH</strong><br />
H NH 2<br />
CH 3<br />
D-(-)-alanin<br />
[a] D = +1,8 [a] D = -1,8<br />
H<br />
CHO<br />
<strong>OH</strong><br />
CH 2 <strong>OH</strong><br />
D-glicerinaldehid<br />
A két kiralitáscentrumot tartalmazó vegyületek esetében (treonin és izoleucin) négy lehetséges<br />
szteroizomer létezik, azonban itt is csak az L konfigurációjú vegyület vesz részt a fehérjék<br />
feléoítésében.<br />
H 2 N<br />
H<br />
CO<strong>OH</strong><br />
H<br />
<strong>OH</strong><br />
CH 3<br />
CO<strong>OH</strong><br />
H NH 2<br />
HO H<br />
CH 3<br />
H 2 N<br />
HO<br />
CO<strong>OH</strong><br />
H<br />
H<br />
CH 3<br />
CO<strong>OH</strong><br />
H NH 2<br />
H <strong>OH</strong><br />
CH 3<br />
L-treonin<br />
enatiomer<br />
D-treonin<br />
L-allo-treonin<br />
enatiomer<br />
D-allo-treonin<br />
60
Aminosavak sav-bázis sajátságai:<br />
NH 2<br />
NH 3<br />
<strong>OH</strong><br />
Ikerionos forma<br />
O<br />
O<br />
O<br />
Izoelektromos pont: az a pH, ahol az adott aminosav csak ikerionos formában van jelen<br />
61
Elektroforézis vázlata
a-Aminosavak előállítása:<br />
Az a-halogénezett savak ammónium-hidroxiddal aminosavakká alakíthatók át. A keletkező aminosav<br />
aminocsoportja az ikerionos szerkezet miatt kevésbé bázisos, mint más aminokban, így a további<br />
alkilezési reakció lassú.<br />
Br<br />
CO<strong>OH</strong><br />
NH 4 <strong>OH</strong><br />
NH 3<br />
COO<br />
Tisztább terméket kapunk a-bróm-karbonsavészterből kiindulva, ahol a nitrogénatomot az erősen<br />
nukleofil ftálimid-kálium szolgáltatja.<br />
O<br />
O<br />
NK<br />
Br<br />
COOEt<br />
DMF/<br />
O<br />
O<br />
N<br />
COOEt<br />
H /<br />
H 3 N<br />
COO<br />
Ez tulajdonképpen a Gabriel-szintézis.<br />
• Kérdés: alkalmazható-e bonyolultabb aminosav származékok előállítására?<br />
63
Aminosavak előállítása malonészter szintézissel<br />
O<br />
O<br />
O<br />
OEt<br />
Br 2<br />
CCl 4<br />
OEt<br />
O<br />
O<br />
OEt<br />
OEt<br />
Br<br />
- KBr<br />
O<br />
N K<br />
O EtO<br />
N<br />
O EtO<br />
O<br />
O<br />
NaOEt<br />
Et<strong>OH</strong><br />
O EtO<br />
N<br />
O EtO<br />
O<br />
Na<br />
O<br />
O<br />
O<br />
N<br />
<br />
O<br />
COOEt<br />
COOEt Na<br />
NaOEt<br />
C CH 2 CH 2 COOEt<br />
N C CH 2 CH COOEt<br />
Et<strong>OH</strong><br />
COOEt<br />
COOEt<br />
2. , - CO 2 CO<strong>OH</strong><br />
O<br />
1. hidrolízis<br />
H 2 N CH CH 2 CH 2 CO<strong>OH</strong><br />
O<br />
OEt<br />
glutaminsav (húsleves ízû, ételízesítõ)<br />
Malonészter szintézis elvi alapjai.<br />
Michael addíció<br />
64
Strecker–Zelinszkij-féle szintézis: Aldehidek ammóniumaddícióját kísérő eliminációjában a keletkező<br />
aldimin cseppfolyós hidrogén-cianiddal a-aminonitrillé alakítható, melyből hidrolízissel aminosav<br />
nyerhető<br />
H<br />
H NH 3<br />
R NH<br />
HCN<br />
H CN<br />
H 2 O/sav<br />
H CO<strong>OH</strong><br />
R O<br />
R NH 2<br />
R NH 2<br />
Erlenmeyer-féle azlakton szintézis<br />
Ph<br />
HN<br />
O<br />
<strong>OH</strong><br />
O<br />
NaOAc<br />
Ac 2 O<br />
N<br />
Ph<br />
O<br />
O<br />
PhCHO<br />
NaOAc<br />
Ph<br />
O<br />
N O<br />
Ph<br />
Na(Hg)<br />
Ph<br />
O<br />
N O<br />
Ph<br />
Na<strong>OH</strong><br />
H 2 N<br />
Ph<br />
O<br />
<strong>OH</strong><br />
65
a-Aminosavak rezolválása I.<br />
Az előzőekben ismertetett eljárások az aminosavak racemátjait eredményezik. Az enantiomerek<br />
szétválasztását (rezolválását) enzimekkel mint biokatalizátorokkal, vagy diasztereomer sóképzéssel<br />
valósítják meg.<br />
Aminosavak N-acetilszármazékainak racemátjai aciláz enzim jelenlétében úgy hidrolizálnak, hogy csak<br />
az (S)-konfigurációjú enantiomer szenved hidrolízist, mely az (R)-N-acetilaminosavtól könnyen<br />
elválasztható. Az aciláz enzim sertésveséből nyerhető.<br />
O<br />
HN<br />
<strong>OH</strong><br />
O<br />
H 2 O aciláz enzim<br />
COO<br />
CO<strong>OH</strong><br />
H 3 N<br />
H<br />
H<br />
NHAc<br />
CH 3<br />
CH 3<br />
(S)-(+)-alanin<br />
etanolban oldhatatlan<br />
(R)-(-)-N-acetilalanin<br />
etanolban oldódik<br />
66
a-Aminosavak rezolválása II.<br />
További lehetőség a szétválasztásra a diasztereomer sóképzés, amely során először az<br />
aminosav amfoter jellegét, például N-benzoilezéssel megszüntetik. Az így nyert N-<br />
benzoilszármazékból molekvivalens mennyiségben vett optikailag tiszta bázissal [pl. (-)-<br />
brucin vagy (-)-sztrichnin] sót képeznek. Az diasztereomer sók 1:1 arányú keveréke<br />
frakcionált kristályosítással szétválasztható. A diasztereoegységes sókból a megfelelő<br />
konfigurációjú N-benzoilaminosav savas kezeléssel szabadítható fel, és végül a<br />
benzoilcsoport hidrolízissel hasítható le.<br />
67
Aminosavak rezolválására használható bázisok<br />
N<br />
N<br />
H<br />
O<br />
H<br />
N H<br />
O<br />
H<br />
O<br />
sztrichnin<br />
O<br />
N H<br />
O<br />
brucin<br />
O<br />
H<br />
Aminosavak kimutatása: színreakció ninhidrinnel, csak rájuk jellemző (a prolin kivételével).<br />
68
Aminosavak kémiai tulajdonsága: Az aminosavak kémiai tulajdonságait elsősorban a reakcióképes<br />
amino- és karboxilcsoport határozza meg.<br />
Alkilezés: Az aminosavak, hasonlóan az aminokhoz, alkilezőszerekkel (pl. dimetil-szulfáttal) lúgos<br />
közegben negyedrendű ammóniumsókká, ún. betainokká alakíthatók.<br />
R<br />
COO<br />
(CH 3 ) 2 SO 4 /Na<strong>OH</strong><br />
R<br />
COO<br />
NH 3<br />
N(CH 3 ) 3<br />
Acilezés: Az aminosavak acilezőszerekkel savmegkötő jelenlétében acilezhetők.<br />
PhCOCl<br />
R<br />
COO<br />
SO 2 Cl<br />
NaHCO 3<br />
MgO ClCOOBn<br />
NH 3<br />
K 2 CO 3<br />
R<br />
COO<br />
R<br />
COO<br />
R<br />
HN<br />
Ph<br />
O<br />
HN<br />
O<br />
OBn<br />
HN COO<br />
O S O<br />
A klórhangyasav-benzilészterrel végzett acilezés különösen a peptidszintézisekben<br />
jelentős.<br />
69
Reakció salétromsavval: A primer alifás aminokhoz hasonlóan az aminosavak salétromossavval már<br />
szobahőmérsékleten is pillanatszerűen reagálnak a megfelelő hidroxisav és nitrogén képződése<br />
közben. Érdekes módon az aminosavak észterei hasonló körülmények között nem a megfelelő<br />
hidroxisavak észtereivé, hanem a rendkívül reakcióképes a-diazoészterekké alakulnak.<br />
R COO NaNO2 / HCl R CO<strong>OH</strong> R COOEt<br />
R COOEt<br />
NaNO 2 / HCl<br />
NH 3<br />
<strong>OH</strong><br />
NH 3<br />
N Cl<br />
N<br />
Oxidáció: Az élő szervezetekben fontos szerepet játszik az aminosavak oxidálása (dehidrogéneződése) a-<br />
iminosavakká, amelyek vizes közegben a-ketosavakká és ammóniává hidrolizálnak.<br />
R COO ASO<br />
R<br />
CO<strong>OH</strong><br />
H 2 O<br />
R<br />
CO<strong>OH</strong><br />
NH 3<br />
NH<br />
O<br />
Észteresítés: Az aminosavak legegyszerűbben a Fischer-féle módszerrel észteresíthetők, melynek<br />
során az aminosavészter kristályos hidrokloridját kapjuk.<br />
R COO R COOR'<br />
R'<strong>OH</strong> / HCl<br />
NH 3<br />
NH 3 Cl<br />
K 2 CO 3 R COOR'<br />
NH 2<br />
70
Reakció ammóniával és hidrazinnal: Számított mennyiségű lúggal vagy kálium-karbonáttal hűtött<br />
vizes oldatban az aminosavészter sójából a szabad aminocsoportot hordozó észter fel is<br />
szabadítható, melyből ammóniával aminosavamidok, hidrazinnal pedig aminosavhidrazidok állíthatók<br />
elő.<br />
R CONH NH<br />
R COOR'<br />
2 3<br />
NH 2 NH 2 R CONHNH 2<br />
NH 2<br />
NH 2<br />
NH 2<br />
Preparatív szempontból különösen az aminocsoportjukon védett (pl. acilezett) aminosavak észtereiből<br />
elkészíthető hidrazidok értékesek. E vegyületekből enyhe körülmények között salétromossavval jó<br />
nyeredékkel kristályos azidok képződnek, melyek a peptid szintézisekben nyernek alkalmazást.<br />
R COOR' NH 2 NH 2 R CONHNH 2 NaNO2 / HCl<br />
NHAc<br />
NHAc<br />
R CON 3<br />
NHAc<br />
Aminosavak nehéz fémekkel [pl. réz(II)-vel] vízben nagyon rosszul oldódó komplex sókat képeznek,<br />
melyekből savas közegben kén-hidrogénnel szabadítható fel a megfelelő aminosav.<br />
R<br />
COO<br />
R<br />
O<br />
O<br />
NH 3<br />
NH 2<br />
Cu O<br />
O<br />
NH 2<br />
R<br />
71
Peptidek, fehérjék<br />
A fehérjék (peptidek) olyan makromolekuák, melyek a-aminosavakból épülnek fel. A fehérjékben az<br />
aminosavak peptid kötéssel (amidkötés) kapcsolódnak össze.<br />
R<br />
NH 2<br />
CO<strong>OH</strong><br />
+<br />
R'<br />
NH 2<br />
CO<strong>OH</strong><br />
R<br />
O<br />
NH 2<br />
N<br />
H<br />
R'<br />
CO<strong>OH</strong><br />
N-terminális aminosav<br />
R<br />
O<br />
NH 2<br />
N<br />
H<br />
R'<br />
O<br />
H<br />
N<br />
n<br />
R<br />
O<br />
<strong>OH</strong><br />
C-terminális aminosav<br />
Fehérjék csoportosítása összetétel alapján:<br />
• egyszerű fehérjék: hidrolízisükkel csak aminosavak keletkeznek<br />
• összetett fehérjék: hidrolízisükkel aminosavak mellett egyébb anyagok (szénhidrátok,<br />
nukleotidok, stb.) is keletkeznek.<br />
Fehérjék csoportosítása funkció alapján alapján:<br />
• enzimek : biológiai, kémiai folyamatot katalizálnak a szervezetben (pl: tripszin – hidroláz enzim)<br />
• transzportfehérjék: kis molekulák szállítását végzik (pl: hemoglobin)<br />
• kontraktilis fehérjék: mozgásban vesznek részt (pl: miozin)<br />
• vázfehérjék: kollagén (inak, porcok)<br />
• tartalékfehérjlék: ovalbumin (tojás)<br />
• védőfehérjék: ellenanyagok<br />
• hormonok: inzulin (glükózanyagcsere)<br />
72
A fehérjéket alkotó a-aminosavak csoportosítása<br />
Monoamino-monokarbonsavak<br />
H 2 N<br />
O<br />
<strong>OH</strong><br />
glicin (gly)<br />
H 2 N<br />
O<br />
alanin (ala)<br />
<strong>OH</strong><br />
NH 2<br />
<strong>OH</strong><br />
O<br />
valin (val)<br />
H 2 N<br />
<strong>OH</strong><br />
leucin (leu)<br />
O<br />
H 2 N<br />
<strong>OH</strong><br />
isoleucin<br />
O<br />
NH 2<br />
<strong>OH</strong><br />
<strong>OH</strong><br />
O<br />
HS<br />
NH 2<br />
<strong>OH</strong><br />
O<br />
S<br />
O<br />
NH 2<br />
<strong>OH</strong><br />
O<br />
treonin (thr)<br />
cisztein (cys)<br />
metionin (met)<br />
NH 2<br />
<strong>OH</strong><br />
fenilalanin (phe)<br />
HO<br />
NH 2<br />
<strong>OH</strong><br />
O<br />
H<br />
N<br />
NH 2<br />
<strong>OH</strong><br />
O<br />
H<br />
N<br />
O<br />
<strong>OH</strong><br />
HO<br />
O<br />
tirozin (tyr)<br />
triptofán (trp)<br />
prolin<br />
NH 2<br />
<strong>OH</strong><br />
szerin (ser)<br />
HO<br />
H<br />
N<br />
O<br />
<strong>OH</strong><br />
hidroxiprolin (hyp)<br />
HO<br />
O<br />
S<br />
S<br />
NH 2<br />
H 2 N<br />
cisztin<br />
<strong>OH</strong><br />
O<br />
73
Monoamino-dikarbonsavak:<br />
Diamino-monokarbonsavak:<br />
<strong>OH</strong> NH 2<br />
O<br />
O<br />
<strong>OH</strong><br />
aszparaginsav (asp)<br />
NH 2<br />
HO<br />
<strong>OH</strong><br />
O O<br />
glutaminsav (glu)<br />
HN<br />
N<br />
NH 2<br />
O<br />
<strong>OH</strong><br />
H 2 N<br />
NH<br />
H<br />
N<br />
NH 2<br />
<strong>OH</strong><br />
O<br />
H 2 N<br />
NH 2<br />
<strong>OH</strong><br />
O<br />
H 2 N<br />
O<br />
NH 2<br />
<strong>OH</strong><br />
O<br />
hisztidin (hys)<br />
arginin (arg)<br />
lizin (lys)<br />
glutamin (gln)<br />
Az aminosavak csoortosíthatóak az oldallánc jellege szerint is:<br />
• apoláris oldalláncot tartalmaznak: alanin; valin; leucin; izoleucin; propiln; metionon; fenilalanin;<br />
triptofán<br />
• poláros oldalláncot tartalmaznak: glicin; szerin; treonin; cisztein; tirozin; aszparagin; glutamin<br />
• savas oldalláncot tartalmaznak: aszparaginsav; glutaminsav<br />
• bázikus oldalláncot tartalmaznak: lizin; arginin; hisztidin<br />
• esszenciális aminosav: nem képes az emberi vagy állati szervezet szintetizálni, csak a táplálékkal<br />
juttatható be megfelelő mennyiség a szervezetbe. Az emberi szervezet számára 9 esszenciális aminosav<br />
van: metiomim, treonin, lizin, leucin, izoleucin, valin, fenilalanin, triptofán hisztidin<br />
74
Fehérjealkotó<br />
a-aminosavak<br />
csoportosítása<br />
hidrofób<br />
hidrofil
*Hidropátiás<br />
index:<br />
0 hidrofób<br />
Az ember<br />
számára<br />
esszenciáli<br />
s<br />
aminosavak
Peptidek<br />
Pentapeptid<br />
serylglycyltyrosylalanylleucine,<br />
vagy Ser–Gly–Tyr–Ala–Leu,<br />
vagy SGYAL.
A fehérjék elsődleges szerkezetének (aminosav<br />
sorrendjének) megállapítása<br />
Az N-terminális aminosav meghatározása (Senger módszer):<br />
O<br />
NH 2<br />
O 2 N<br />
+<br />
NO 2<br />
F<br />
O<br />
N<br />
H<br />
NO 2<br />
NO 2<br />
HO<br />
O<br />
N<br />
H<br />
NO 2<br />
NO 2<br />
+ aminosavak<br />
A peptidet reagáltatjuk 2,4-dinitrofluorobenzollal, és a keletkezett termék hidrolizálva az N-terminális<br />
aminosav jelzetten található.<br />
Az C-terminális aminosav meghatározása: a klasszikus módszer szerint redukáljuk a C-terminális végét<br />
a fehérjéknek, így a hidrolízis sorén az aminosavak mellett lesz egy aminoalkohol is, ami a C-terminális<br />
aminosavból keletkezett.<br />
NH<br />
<strong>OH</strong> NH <strong>OH</strong><br />
LiBH 4 H 2 N <strong>OH</strong><br />
O<br />
aminoalkohol<br />
+ aminosavak<br />
NH<br />
<strong>OH</strong><br />
O<br />
N 2 H 4<br />
H 2 N<br />
<strong>OH</strong><br />
O<br />
+ aminosavhidrazidok<br />
A fehérjék hidrazinnal is bonthatóak, ebben az esetben a C-terminális aminosav kivételével<br />
mindegyik aminosav savhidrazid származékká alakul.<br />
78
Az aminosav szekvencia meghatározása Edman lebontással.<br />
H 2 N<br />
NH 2<br />
H 2 N<br />
O HN<br />
NH 2<br />
O<br />
N<br />
NH<br />
O<br />
O<br />
O<br />
N<br />
H<br />
O<br />
S<br />
<strong>OH</strong><br />
Na<strong>OH</strong><br />
N C S<br />
H 2 N<br />
N<br />
H<br />
S<br />
O HN<br />
NH<br />
N<br />
NH<br />
O<br />
O<br />
O<br />
O<br />
O<br />
N<br />
H<br />
S<br />
HCl<br />
<strong>OH</strong><br />
O HN O<br />
O<br />
O<br />
O <strong>OH</strong><br />
N<br />
N<br />
H<br />
S<br />
+<br />
S<br />
N<br />
NH<br />
O<br />
tiohidantoin származék<br />
A peptidet lúgos közegben izotiocianáttal reagáltatják, és a keletkező tiokarbamid származék savas<br />
hidrolízisével az N-terminális aminosav lehasd és tiohidantoin struktúra alakul ki. Jól<br />
automatizálható folyamat.<br />
79
•elsődleges szerkezet:<br />
• másodlagos szerkezet:<br />
• harmadlagos szerkezet<br />
• negyedleges szerkezet:<br />
80
Színreakciók fehérjék kimutatására<br />
Xantoprotein-próba: tömény salétromsav hatására a tirozin vagy triptofán aromás gyűrűjének<br />
nitrálódásával jellemző sárga szín keletkezik<br />
82
Biuret-próba: lúgos réz-szulfát oldattal élénk ibolyaszínű réz-komplex képződik.<br />
Általános reakció, valamennyi fehérjére pozitív. A reakció, neve onnan ered, hogy a biuret ugyanolyan<br />
színnel adja a reakciót, mint a fehérjék. Ha fehérjét lúgos közegben kevés CuSO 4 oldattal kezeljük<br />
(biuret reagens), ibolyás szín figyelhető meg, amelyet a peptid kötés Cu 2+ ionokkal képzett<br />
koordinációs komplexe ad.<br />
83
Peptid és fehérje szintézisek<br />
A legelső peptidszintézis Curtius (1888) azon megfigyelésén alapszik, hogy aminosavészterek alkohol<br />
kilépése közben diketopiperazin-származékokká alakulnak át, melyek híg lúggal vagy savval a<br />
megfelelő dipeptiddé hidrolizálhatók.<br />
R<br />
NH 2<br />
O<br />
EtO<br />
OEt<br />
O<br />
H 2 N<br />
R<br />
- 2 Et<strong>OH</strong><br />
R<br />
O<br />
NH<br />
NH<br />
O<br />
R<br />
HO vagy H<br />
H 3 N<br />
R<br />
O<br />
NH<br />
dipeptid<br />
Szintén a peptidszintéziseknél használják fel az aminosavakból klórhangyasav-metil-észterrel<br />
szulfuril-klorid jelenlétében nyerhető ún. Leuchs-féle anhidrideket.<br />
R<br />
NH 3<br />
O<br />
O<br />
I. ClCOOCH 3<br />
II. SOCl 2<br />
R<br />
NH<br />
O<br />
C<br />
O<br />
Cl<br />
OCH 3<br />
<br />
- CH 3 Cl<br />
R<br />
NH<br />
O<br />
C<br />
O<br />
O<br />
Leuchs anhidrid<br />
A molekulában ily módon kialakított karbonilcsoport egyrészt az aminosav aminocsoportját levédi,<br />
másrészt a karbonilcsoport reaktivitását anhidridként fokozza.<br />
R<br />
O<br />
O<br />
84
Az élő szervezetben a különböző peptidek (proteinek) többsége fontos biológiai hatást fejt ki. Relatív<br />
kis mennyiségben keletkeznek, éppen ezért szintetikus előállításuk a szerkezetbizonyításon túl,<br />
gyakorlati jelentőségű is (gyógyszerek előállítása!).<br />
A peptidek szintézisének nehézsége: már két aminosavból is négyféle dipeptid keletkezhet.<br />
O<br />
O<br />
H 2 N<br />
CH<br />
R 1<br />
C<br />
NH<br />
CH<br />
R 2<br />
C<br />
<strong>OH</strong><br />
O<br />
O<br />
H 2 N<br />
CH<br />
R 1<br />
O<br />
C<br />
<strong>OH</strong> + H 2 N CH<br />
R 2<br />
C<br />
O<br />
<strong>OH</strong><br />
H 2 N CH C NH CH<br />
H 2 N<br />
R 1<br />
R 2<br />
O<br />
CH C NH CH<br />
R 1<br />
R 1<br />
C<br />
<strong>OH</strong><br />
O<br />
C<br />
<strong>OH</strong><br />
O<br />
O<br />
H 2 N CH C NH CH C<br />
R 2<br />
R 2<br />
<strong>OH</strong><br />
85
Aminocsoport védése, illetve a védőcsoport eltávolítása<br />
1.<br />
Ph O Cl<br />
O<br />
+ H 3 N COO<br />
Na<strong>OH</strong> Ph O NH CO<strong>OH</strong><br />
H 2 O, 50 o O<br />
klórhangyasav-benzil-észter<br />
N-(benziloxikarbonil)glicin (cbz-gly)<br />
H 2 / Pd<br />
- Ph-Me<br />
H 2 N<br />
CO<strong>OH</strong><br />
- CO 2<br />
HO<br />
O<br />
NH<br />
CO<strong>OH</strong><br />
(N-karboximetil)karbamidsav<br />
(N-karboxi)glicin<br />
2.<br />
O N 3 H 3 N COO Et 3 N O NH CO<strong>OH</strong><br />
+<br />
O Me - Et 3 NHN 3<br />
O Me<br />
terc-butil-azidoformiát alanin N-(terc-butoxikarbonil)alanin (boc-ala)<br />
F 3 CCO<strong>OH</strong> (TFA)<br />
H 2 N<br />
CO<strong>OH</strong><br />
Me<br />
86
Kapcsolási módszerek<br />
Aktiválás savkloridként vagy savazidként: A védett aminosavat foszfor-pentakloriddal reagáltatva a védett<br />
aminosav-kloridot kapjuk, amit aminosavval reagáltatunk.<br />
Ph<br />
H 2 N<br />
O<br />
O<br />
C<br />
R 1<br />
O R O R<br />
3<br />
- HCl<br />
H 3 N COO<br />
O<br />
NH CO<strong>OH</strong> PCl 5<br />
Ph O NH C<br />
Cl<br />
- POCl<br />
R 2<br />
NH CO<strong>OH</strong><br />
1. H 2 / Pd /(- PhMe)<br />
Ph O NH<br />
2. / - CO 2<br />
C<br />
NH CO<strong>OH</strong><br />
1 1<br />
bázis<br />
R 2<br />
R 2<br />
dipeptid<br />
O<br />
R 1<br />
O<br />
A karboxilcsoport aktiválását végezhetjük a védett aminosav észteréből savazid képzéssel is.<br />
Ph O NH<br />
O<br />
Me<br />
O<br />
OMe<br />
N-(benziloxikarbonil)alanin-metil-észter<br />
dipeptid<br />
H 2 N NH 2 NaNO 2 , HCl<br />
védõcs.<br />
eltáv.<br />
Ph O NH<br />
HO<br />
O<br />
R<br />
O<br />
"hidrazid"<br />
NH<br />
védett dipeptid<br />
Me<br />
O<br />
O<br />
NH<br />
HO<br />
NH 2<br />
O<br />
R<br />
- HN 3<br />
NH 2<br />
N 3<br />
O<br />
O<br />
NH<br />
- H 2 O<br />
NH<br />
NO<br />
87
Diciklohexilkarbodiimides eljárás: Az aminocsoporton védett aminosavat diciklohexilkarbodiimid<br />
(DCC) segítségével reagáltatjuk a másik aminosavval. A reagens az aminosavból O-acilizokarbamid<br />
származékot képez, ami a másik aminosavat acilezi.<br />
DCC<br />
O<br />
O NH C<br />
O Me<br />
O<br />
N<br />
H<br />
C<br />
N<br />
O<br />
O NH C<br />
O Me<br />
NH<br />
O C N<br />
N-(terc-butoxikarbonil)alanin<br />
H 2 N<br />
<strong>OH</strong><br />
O<br />
HN<br />
C<br />
NH<br />
O<br />
diciklohexilkarbamid<br />
O<br />
NH<br />
ala-gly<br />
TFA<br />
O NH C<br />
O<br />
Me<br />
O<br />
NH<br />
CO<strong>OH</strong><br />
O NH C<br />
NH<br />
O Me<br />
O C NH<br />
CO<strong>OH</strong><br />
boc-ala-gly<br />
88
Leuchs-anhidrides módszer: Az eljárásban az aminosavból levezethető oxazolidindion származékot<br />
használjuk, amelyet az aminosavból klórhangyasav-metil-észterrel állítunk elő. A molekulában a<br />
karbonilcsoport egyrészt az aminosav aminocsoportját maszkírozza, másrészt a karboxilcsoport<br />
reaktivitását anhidridként fokozza.<br />
O<br />
MeO Cl + H 3 N COO<br />
O<br />
Me<br />
klórhangyasav-metil-észter<br />
Na<strong>OH</strong><br />
H 2 O, 50 o<br />
MeO NH CO<strong>OH</strong><br />
O Me<br />
N-(metiloxikarbonil)alanin<br />
Na<strong>OH</strong><br />
MeO<br />
O<br />
Na O<br />
N<br />
H<br />
Me<br />
- NaOMe<br />
H 2 N<br />
Me<br />
NH CO<strong>OH</strong><br />
O Me<br />
alanilalanin<br />
H<br />
- CO 2<br />
Me<br />
OOC NH COO<br />
NH<br />
O Me<br />
H 3 N COO<br />
Me<br />
O<br />
Na<strong>OH</strong><br />
O<br />
O<br />
N<br />
(a Na<strong>OH</strong> felszabadítja az amint)<br />
H<br />
Me<br />
89
Szilárd fázisú technika (Merrifi): A módszerben az egyik aminosavat olyan divinilbenzollal térhálósított<br />
polisztirol gyantához kötjük, amelynek kb. minden 100-adik fenilcsoportja klórmetilcsoportot tartalmaz.<br />
A kapcsolás után, amit DCC-vel végezhetünk, a szennyezések és melléktermékek a polimerből könnyen<br />
kimoshatók, és a peptid a polimerről HF-dal lehasítható. A kapcsolási lépést a polimerhez kötött<br />
peptiden – a védőcsoport eltávolítása után – ismételhetjük. Az eljárás hatékonyságát példázza a 124<br />
aminosav egységet tartalmazó nukleinsav bontó enzim – a pankreász-ribonukleáz – szintézise. A<br />
módszer automatizálható, programozható, de időigényes a sok lépés miatt (inzulin = 21 + 30 aminosav<br />
kapcsolása, 19 napig tart).<br />
Cl<br />
mûgyanta<br />
Cl<br />
Robert Bruce Merrifield<br />
(1921-2006) Nobel díj 1984<br />
90
O<br />
gyanta CH 2 Cl HO C<br />
- HCl<br />
CH<br />
R 1<br />
NHCOOR<br />
O<br />
gyanta<br />
CH 2<br />
O<br />
C<br />
CH<br />
NHCOOR<br />
R 1<br />
hidrolízis/- CO 2<br />
O<br />
gyanta CH 2 O C<br />
CH NH 2<br />
R 1<br />
1. DCC,<br />
2. hidrol.<br />
O<br />
O<br />
gyanta CH 2 O C<br />
CH<br />
NH<br />
C<br />
CH NH 2<br />
R 1<br />
O<br />
O<br />
O<br />
gyanta CH 2 O C<br />
CH<br />
NH<br />
C<br />
CH<br />
R 2<br />
n-1<br />
NH<br />
C<br />
CH NH 2<br />
R 1<br />
R<br />
HJ v. HF<br />
O<br />
O<br />
O<br />
gyanta<br />
CH 2<br />
I<br />
+<br />
HO<br />
C<br />
CH<br />
R 1<br />
NH<br />
C<br />
CH<br />
R<br />
R n<br />
n-1<br />
NH<br />
C<br />
CH NH 2<br />
R n<br />
91
Néhány jelentős természetes peptid<br />
Glutation: tripeptid, glu-cys-gly, oxidációs-redukciós folyamatok partnere, a<br />
szulfidcsoport diszulfiddá oxidálódik. Természetes állapotban néhány<br />
gyümölcsben és zöldségben, továbbá növényi és állati szövetekben fordul elő.<br />
Nagyobb mennyiségben pedig fehérjetartalmú ételekben található meg. A máj<br />
képes előállítani a három aminosavból.<br />
HOOC<br />
NH 2<br />
O<br />
SH<br />
A AH 2<br />
NH CO<strong>OH</strong> 2 G-SH G-S-S-G<br />
NH<br />
O<br />
B BH 2<br />
92
Oxitocin és vazopresszin az agyalapi mirigy hormonjai. Oktapeptidek, majdnem azonos szerkezetűek, két<br />
aminosav különbözik bennük.<br />
Oxitocin: az agyalapi mirigy hátulsó lebenyében tárolódó, a hipotalamuszból érkező hormon. Szabályozza<br />
a simaizmok működését, fontos szerepe van a szülés megindításában.<br />
Vazopresszin: vérnyomás szabályozása és a vizelet kiválasztása (antidiuretikus hormon)<br />
oxitocin<br />
vazopresszin<br />
93
Inzulin (diabetes mellitis kezelése), (a latin insula = sziget szóból) a hasnyálmirigy Langerhansszigeteiben<br />
található béta-sejtek által termelt polipeptid hormon, amely a szénhidrátok, fehérjék és<br />
zsírok anyagcseréjének szabályozásában vesz részt. A szervezet sejtjei (az agysejtek kivételével) csak<br />
inzulin jelenlétében képesek felvenni a vérből a glükózt.<br />
94
A flavonoidok<br />
O<br />
A<br />
C<br />
B<br />
• Difenil-propán (C 6 -C 3 -C 6 ) vázat tartalmazó O-heterociklusok, vagy azok nyílt láncú izomerjei:<br />
O<br />
O<br />
O<br />
neoflavonoidok izoflavonoidok flavonoidok
O<br />
O<br />
O<br />
O<br />
O<br />
flavon<br />
<strong>OH</strong><br />
O<br />
flavonol<br />
<strong>OH</strong><br />
O<br />
flavanol<br />
O<br />
flavanon<br />
O<br />
O<br />
O<br />
O<br />
O<br />
O<br />
izoflavon<br />
izoflavanon<br />
kalkon<br />
dihidrokalkon<br />
O<br />
O<br />
O<br />
O<br />
katechin<br />
<strong>OH</strong><br />
<strong>OH</strong><br />
antocianidin<br />
<strong>OH</strong><br />
<strong>OH</strong><br />
leukoantocianidin<br />
O<br />
auronok<br />
96
Az alapvázak változatossága<br />
O<br />
O<br />
O<br />
O<br />
O<br />
kromán izokromán 2H-kromén 4H-kromén izokromén<br />
O<br />
O<br />
O<br />
O<br />
O<br />
O<br />
O<br />
O<br />
kumarin kromon izokumarin kroman-2-on<br />
(dihidrokumarin)<br />
O<br />
O<br />
O<br />
O<br />
O<br />
O<br />
kromán-4-on izokromán-1-on kromiliumsó<br />
(benzpiriliumsó)<br />
izobenzpiriliumsó<br />
97
A flavomoidok bioszintézise I.<br />
CO 2 H<br />
CO 2 H<br />
CO 2 H<br />
NH 2<br />
AL<br />
CO 2 H<br />
HO<br />
<strong>OH</strong><br />
kávésav<br />
MeO<br />
OMe<br />
<strong>OH</strong><br />
sinapil sav<br />
R<br />
R = H L-Phe<br />
R = <strong>OH</strong> L-Tyr<br />
R<br />
CO 2 H<br />
CO 2 H<br />
MeO<br />
<strong>OH</strong><br />
<strong>OH</strong><br />
ferulasav<br />
4-<strong>OH</strong>-fahéjsav<br />
A flavonoidok bioszintézise a növényekben aminosavakból (fenilalanin, tirozin) történik. Ezek az<br />
aminosavak ammonialiáz enzim hatására a megfelelő fahéjsavvá alakulnak át, mely vegyületek<br />
aromás gyűrűje további enzimatikus lépésekben szubsztituálódik<br />
98
A flavonoidok bioszintézise II.<br />
<strong>OH</strong><br />
CoAS<br />
O<br />
O<br />
<strong>OH</strong><br />
<strong>OH</strong><br />
malonil-CoA<br />
HO<br />
CoAS<br />
O<br />
kalkon szintetáz<br />
O<br />
O<br />
<strong>OH</strong><br />
resveratrol<br />
<strong>OH</strong><br />
HO<br />
<strong>OH</strong><br />
<strong>OH</strong><br />
HO<br />
O<br />
<strong>OH</strong><br />
O<br />
<strong>OH</strong><br />
O<br />
naringenin<br />
A fahéjsav származékok további enzimatikus lépések során alakulnak át a flavonoid<br />
származékokká. Ezen lépések nagy része laboratóriumban is megvalósuítható. Ezen alapul a<br />
flavonoidok előállítása (biomimetiukus szintézis)<br />
99
Az alapvázak szintézise I.<br />
CHO<br />
<strong>OH</strong><br />
szalicilaldehid<br />
Ac 2 O/NaOAc<br />
<br />
H 2 O<br />
- Ac<strong>OH</strong><br />
<strong>OH</strong> COOAc O O<br />
"vegyesanhidrid"<br />
kumarin<br />
H 2 /Pd<br />
DIBAL-H<br />
O<br />
O<br />
<strong>OH</strong><br />
O<br />
O<br />
4H-kromén<br />
kromán-2-on<br />
O<br />
HCOOEt<br />
O<br />
CHO<br />
O<br />
O<br />
<strong>OH</strong><br />
NaOEt<br />
<strong>OH</strong><br />
O<br />
<strong>OH</strong><br />
O<br />
kromon<br />
100
Az alapvázak szintézise II.<br />
O<br />
CHO<br />
O<br />
O<br />
<strong>OH</strong><br />
+<br />
K<strong>OH</strong><br />
Et<strong>OH</strong><br />
<strong>OH</strong><br />
NaOAc<br />
O<br />
2'-hidroxikalkon<br />
flavanon<br />
H 2 O 2<br />
K<strong>OH</strong>, Me<strong>OH</strong><br />
O<br />
O<br />
<strong>OH</strong><br />
O<br />
<strong>OH</strong><br />
O<br />
<strong>OH</strong><br />
O<br />
O<br />
flavanonol<br />
flavonol<br />
101
Az alapvázak szintézise III.<br />
O<br />
C 5 H 11 ONO<br />
NBS/H<br />
O<br />
O<br />
N<strong>OH</strong><br />
flavanon<br />
O<br />
Br<br />
O<br />
O<br />
Ac<strong>OH</strong>/H<br />
O<br />
<strong>OH</strong><br />
O<br />
O<br />
O<br />
flavonol<br />
flavon<br />
102
Az alapvázak szintézise IV.<br />
O<br />
H 2 /Pd<br />
H 2 /Pd<br />
O<br />
flavanon<br />
O<br />
flaván<br />
Cl<br />
O<br />
O<br />
<strong>OH</strong><br />
Mg/HCl<br />
<strong>OH</strong><br />
O<br />
flavonol<br />
Me<strong>OH</strong><br />
Cl<br />
O<br />
3-hidroxiflaviliom-klorid<br />
103
Az alapvázak szintézise IV.<br />
O<br />
<strong>OH</strong><br />
O<br />
O<br />
TTN<br />
NaOMe<br />
<strong>OH</strong><br />
Me<strong>OH</strong><br />
CH(OMe) 2<br />
Me<strong>OH</strong><br />
O<br />
2'-hidroxikalkon<br />
izoflavon<br />
H 2 /Pd<br />
Ac<strong>OH</strong>, rt<br />
O<br />
O<br />
DIBAL-H<br />
izoflavon<br />
O<br />
O<br />
NaBH 4 /Me<strong>OH</strong><br />
rt.<br />
O<br />
izoflaván<br />
izoflavon<br />
<strong>OH</strong><br />
H 2 /Pd<br />
MnO 2<br />
Me<strong>OH</strong>, rt<br />
O<br />
CH 2 Cl 2, rt.<br />
104
A flavonoidok szerepe az élő szervezetben I.<br />
• Szabályozza a hajszálerek áteresztőképességét és erősíti azok falát, csökkenti<br />
törékenységüket<br />
• Segíti a sima izmok relaxációját – vérnyomáscsökkentő hatás<br />
• Segíti a normális vérkeringés fenntartását<br />
• Csökkenti az LDL oxidációját –csökken az érszűkület kialakulásának veszélye<br />
• Csökken a vérlemezkék összetapadásának veszélye – véralvadás mérséklő hatású<br />
• Antioxidáns hatása révén gátolja a gyulladások kialakulásában felelős molekulák hatásának<br />
érvényesülését (hisztaminok, prosztaglandinok, leukotriének)<br />
• Ösztrogén hatás<br />
• Daganat növekedés gátló hatás<br />
A flavonoidoknak nincs ismert mellékhatása!<br />
A flavonoid hiány nem értelmezhető fogalom<br />
A flavonoidok nem vitaminok! Univerzálisnak tűnnek, azonban hatásuk nem elég drasztikus a már<br />
kialakult betegséges teljes visszafordításához. Szerepük inkább a megelőzésben és kiegészítő<br />
kezelésként van.<br />
105
A flavonoidok szerepe az élő szervezetben II.<br />
Betegség, állapot<br />
Flavonoid, forrás<br />
Érszűkület<br />
Quercetin, áfony<br />
Horzsolások, zúzódások<br />
Áfonya<br />
Hajszálértörékenység<br />
Quercetin, hesperidin, áfonya<br />
Szürkehályog<br />
Quercetin, áfonya<br />
Cukorbetegség<br />
Quercetin, áfonya<br />
Vizesedés<br />
Quercetin, áfonya<br />
Zöldhályog<br />
Rutin<br />
Szénanátha<br />
Quercetin, rutin, hesperidin<br />
Klimax<br />
Hesperidin<br />
Éjszakai vakság<br />
Áfonya<br />
Gyomorfekély<br />
Quercetin<br />
Májgyulladás<br />
Catechin, silybin<br />
Magas koleszterinszint<br />
Quercetin<br />
106
A flavonoidok természetes forrásai<br />
<strong>OH</strong><br />
<strong>OH</strong><br />
<strong>OH</strong><br />
<strong>OH</strong><br />
HO<br />
O<br />
HO<br />
O<br />
<strong>OH</strong><br />
<strong>OH</strong><br />
<strong>OH</strong><br />
<strong>OH</strong><br />
<strong>OH</strong><br />
epikatechin<br />
epigallokatechin<br />
<strong>OH</strong><br />
<strong>OH</strong><br />
HO<br />
<strong>OH</strong><br />
O<br />
O<br />
O<br />
<strong>OH</strong><br />
<strong>OH</strong><br />
-Zöldtea<br />
-Szőlőmag<br />
-Fenyőkéreg<br />
<strong>OH</strong><br />
<strong>OH</strong><br />
epigallokatechin gallát<br />
A szárított tealevél 30 m/m%-a különböző flavonoidok<br />
keveréke<br />
107
HO<br />
O<br />
<strong>OH</strong><br />
<strong>OH</strong><br />
HO<br />
O<br />
<strong>OH</strong><br />
<strong>OH</strong><br />
HO<br />
O<br />
<strong>OH</strong><br />
HO<br />
<strong>OH</strong><br />
HO<br />
<strong>OH</strong><br />
<strong>OH</strong><br />
<strong>OH</strong> O<br />
Quercetin<br />
<strong>OH</strong><br />
<strong>OH</strong> O<br />
Kaempferol<br />
O<br />
HO<br />
<strong>OH</strong><br />
proanthocyanidinek<br />
<strong>OH</strong><br />
flavonolok<br />
Fenyőkéreg<br />
Zöldtea<br />
Áfonya<br />
Körte<br />
Ginko biloba<br />
Alma<br />
Zöldtea<br />
Ginko levelek<br />
Szőlőhéj<br />
108
HO<br />
Flavonok, biflavonok<br />
Ginkolevelek és citrusfélék héja<br />
<strong>OH</strong><br />
HO<br />
O O<br />
O<br />
O<br />
HO<br />
<strong>OH</strong><br />
<strong>OH</strong><br />
O<br />
<strong>OH</strong><br />
Amentoflavon<br />
HO H 3CO<br />
HO<br />
HO<br />
O<br />
O<br />
HO<br />
HO<br />
O<br />
O<br />
<strong>OH</strong><br />
O<br />
aglikon<br />
<strong>OH</strong><br />
OCH 3<br />
Hesperidin<br />
109
Flavononolok<br />
Flavanolignánok<br />
HO<br />
O<br />
<strong>OH</strong><br />
<strong>OH</strong><br />
HO<br />
O<br />
H<br />
O<br />
O<br />
H<br />
H<br />
<strong>OH</strong><br />
<strong>OH</strong><br />
O<br />
<strong>OH</strong><br />
<strong>OH</strong><br />
O<br />
H<br />
<strong>OH</strong><br />
Silybin<br />
OCH 3<br />
<strong>OH</strong><br />
Taxifolin<br />
Fenyőkéreg<br />
Mária tövis<br />
„Silybum Marianum”<br />
110
<strong>OH</strong><br />
<strong>OH</strong><br />
Anthocyaninok<br />
HO<br />
O<br />
<strong>OH</strong><br />
<strong>OH</strong><br />
cyanidin<br />
OCH 3<br />
<strong>OH</strong><br />
HO<br />
O<br />
OCH 3<br />
<strong>OH</strong><br />
<strong>OH</strong><br />
malvidin<br />
OCH 3<br />
<strong>OH</strong><br />
HO<br />
O<br />
<strong>OH</strong><br />
<strong>OH</strong><br />
<strong>OH</strong><br />
petunidin<br />
111
Isoflavonok - szója<br />
<strong>OH</strong><br />
O<br />
<strong>OH</strong><br />
O<br />
<strong>OH</strong><br />
HO<br />
O<br />
HO<br />
O<br />
Genistein<br />
Diadzein<br />
<strong>OH</strong><br />
HO<br />
Ösztradiol<br />
112
A francia paradoxon<br />
USA : 350<br />
389<br />
480<br />
852<br />
Szív és érrendszeri megbetegedésben<br />
elhunytak száma – (100 000 főre<br />
viszonyítva) – 2002<br />
•Stressz, mozgás szegényéletmód, zsíros<br />
ételek!<br />
404<br />
275<br />
481<br />
560<br />
458<br />
601<br />
495<br />
534<br />
668<br />
359<br />
724<br />
A<br />
768<br />
O<br />
C<br />
942<br />
B<br />
• Eltérés: fejlet vörösbor fogyasztói<br />
szokások (kultúra)!<br />
•Hasonló az eredmény a szintén vörösbor<br />
fogyasztó Spanyolországgal!<br />
SÖR: prenilezett flavonoidok – rák<br />
ellenes hatás<br />
309<br />
410<br />
470<br />
113
Flavonoidok mint színanyagok<br />
A flavonol és flavon származékok többnyire sárga színűek, a virágok és a termések színét adják.<br />
O<br />
<strong>OH</strong><br />
O<br />
flavonol<br />
O<br />
O<br />
flavon<br />
Az antocianidinek vörös-kék színű színezőanyagok. Szinük és szerkezetük pH függést mutat.<br />
antocianidin (aglikon)<br />
O<br />
HO<br />
O O<br />
antocian (glikozid)<br />
<strong>OH</strong><br />
<strong>OH</strong><br />
<strong>OH</strong><br />
114
<strong>OH</strong><br />
<strong>OH</strong><br />
<strong>OH</strong><br />
O<br />
O<br />
O<br />
HO<br />
O<br />
HO<br />
O<br />
HO<br />
O<br />
OC 6 O 5 H 11<br />
OC 6 O 5 H 11<br />
OC 6 O 5 H 11<br />
OC 6 O 5 H 11<br />
OC 6 O 5 H 11<br />
OC 6 O 5 H 11<br />
vörös (pH < 3) ibolya (pH = 7-8) kék (pH 9-10)<br />
O<br />
O<br />
HO<br />
O<br />
OC 6 O 5 H 11<br />
OC 6 O 5 H 11<br />
sárga (pH > 11)<br />
115
A biomassza összetétele<br />
A Földön évente újratermelődő biomassza mintegy 200 milliárd tonna/év<br />
tömegűnek becsülhető.<br />
Szénhidrátok<br />
75%<br />
Lignin<br />
20% Zsírok,<br />
Fehérjék,<br />
Terpenoidok,<br />
Alkaloidok,<br />
Nukleinsavak<br />
5%
Szénhidrátok<br />
A szénhidrátokat szerkezetük szerin két nagy csoportra oszthatjuk:<br />
• monoszacharidok. E vegyületekre jellemző, hogy savas hidrolízissel már nem bonthatók kisebb<br />
molekulatömegű szénhidrátokra.<br />
• összetett szénhidrátok: Jellemzőjük, hogy savas hidrolízissel egyszerű cukrokká bonthatók. Az<br />
összetett szénhidrátok egy részének fizikai és kémiai tulajdonságai még nagyon hasonlítanak a<br />
monoszacharidokéra. Ezeket oligoszacharidoknak nevezzük. Az összetett szénhidrátok másik<br />
csoportját, melyek tulajdonságai számottevően eltérnek a mono- és oligoszacharidokétól<br />
poliszacharidoknak hívjuk.<br />
<strong>OH</strong><br />
HO<br />
HO<br />
<strong>OH</strong><br />
O<br />
<strong>OH</strong><br />
<strong>OH</strong><br />
HO<br />
HO<br />
<strong>OH</strong><br />
O<br />
<strong>OH</strong><br />
O<br />
<strong>OH</strong><br />
<strong>OH</strong><br />
O<br />
<strong>OH</strong><br />
<strong>OH</strong><br />
HO<br />
HO O<br />
HO<br />
O<br />
<strong>OH</strong> O<br />
<strong>OH</strong><br />
O<br />
<strong>OH</strong><br />
<strong>OH</strong><br />
O<br />
HO<br />
O<br />
<strong>OH</strong><br />
O<br />
HO<br />
<strong>OH</strong><br />
O<br />
<strong>OH</strong><br />
<strong>OH</strong><br />
O<br />
O<br />
<strong>OH</strong><br />
O<br />
<strong>OH</strong><br />
O<br />
<strong>OH</strong><br />
HO<br />
117
Szénhidrátok szerepe<br />
•energiahordozók<br />
•növényekben: fotoszintézis<br />
•vázanyagok: a szénhidrátokból keletkező polimerek (cellulóz, kitin)<br />
•Biológiai információk hordozói: A szénhidrátok és konjugátumaik (glikopeptidek, glikolipidek) az élő<br />
sejt felületén gondoskodnak a sejt adhézióról (tapadás), részt vesznek a sejt osztódás gátlásában,<br />
szerepük van a vírusok, baktériumok és hormonok valamint toxinok sejten való megkötődésében és<br />
irányítják az immunválaszt. Szerepük van az ivarsejtek egymásra találásában. Mint nukleozidok<br />
alkotóelemei közvetői a genetikai folyamatoknak (RNS, DNS, receptorok a sejt membrán felületén /<br />
glikolipidek, glikoproteidok)<br />
•Királis kiindulási anyagok<br />
(CO 2 )n + (H 2 O)n<br />
h<br />
klorofil<br />
(CH 2 O)n + (O 2 )n<br />
iparban<br />
üzemanyagpótló<br />
Et<strong>OH</strong><br />
keményítõ<br />
Szervezetben: cukorlebontás<br />
glükóz H 2 O + CO 2 675 kcal / mol<br />
118
Monoszacharidok<br />
A monoszacharidok mint a-hidroxi-oxovegyületek az oxocsoport jellege szerint aldózokra és ketózokra<br />
oszthatók fel, melyek külön-külön tovább csoportosíthatók szénatomszámuk szerint. Tekintettel arra,<br />
hogy ezek a vegyületek több kiralitás centrumot is tartalmaznak, így több sztereo izomerrel is<br />
számolnunk kell (2 n ).<br />
<strong>OH</strong><br />
O<br />
<strong>OH</strong><br />
HO<br />
CHO<br />
aldotrióz<br />
HO<br />
HO<br />
CHO<br />
<strong>OH</strong><br />
O<br />
HO <strong>OH</strong><br />
ketotrióz<br />
HO<br />
HO<br />
<strong>OH</strong><br />
<strong>OH</strong><br />
HO<br />
<strong>OH</strong><br />
CHO<br />
aldopentóz<br />
<strong>OH</strong><br />
HO<br />
O<br />
<strong>OH</strong><br />
ketopentóz<br />
O<br />
HO<br />
aldotetróz<br />
HO<br />
HO<br />
CHO<br />
<strong>OH</strong><br />
HO<br />
ketotetróz<br />
HO<br />
HO<br />
<strong>OH</strong><br />
<strong>OH</strong><br />
<strong>OH</strong><br />
<strong>OH</strong><br />
aldohexóz<br />
ketohexóz<br />
Az azonos összegképletű aldózok és ketózok egymás izomerjei. Általános összegképletük<br />
(CH 2 O) n alakban is felírható.<br />
119
Az oxocsoporttól legtávolabb levő<br />
szénatom konfigurációja szerint: D-,<br />
vagy L-konfiguráció (a ketotrióz<br />
kivételével minden molekula egy, vagy<br />
több aszimmetriás centrumot<br />
tartalmaz)<br />
120
Szénhidrátok térszerkezetének ábrázolása:<br />
Fischer-féle vetítés<br />
ox<br />
C<br />
red<br />
H<br />
CHO<br />
<strong>OH</strong><br />
CH 2 <strong>OH</strong><br />
HO<br />
CHO<br />
H<br />
CH 2 <strong>OH</strong><br />
D<br />
L<br />
2 CHO<br />
CHO<br />
2 x<br />
4 H C <strong>OH</strong> 1<br />
HO C CH 2 <strong>OH</strong><br />
CH 2 <strong>OH</strong><br />
H<br />
3<br />
HO<br />
CHO<br />
CH 2 <strong>OH</strong><br />
R<br />
121
epimer cukrok<br />
H<br />
HO<br />
H<br />
H<br />
CHO<br />
CHO<br />
CHO<br />
CHO<br />
<strong>OH</strong><br />
H<br />
<strong>OH</strong><br />
<strong>OH</strong><br />
CH 2 <strong>OH</strong><br />
CH 2 <strong>OH</strong><br />
CH 2 <strong>OH</strong> CH 2 <strong>OH</strong><br />
D-glükóz D-mannóz D-galaktóz<br />
2 4 =16<br />
8 db D<br />
8 db L<br />
epimer cukrok<br />
nem epimerek<br />
122
A szénhidrátok egyensúlyi elegyében a nyílt láncú forma és a ciklofélacetál öt- vagy hattagú gyűrűs<br />
állapotban található →Haworth-Böeseken-képlet (piranóz, illetve furanóz, a megfelelő heterociklusok<br />
analógiájára): IR spektroszkópiával ugyanis nem mutatható ki a karbonilcsoport, tehát spontán,<br />
reverzibilis intramolekuláris nukleofil addícióval ciklofélacetálokként vannak jelen.<br />
O<br />
O<br />
CHO<br />
CH 2 <strong>OH</strong><br />
O<br />
O<br />
apirán piranóz furán furanóz<br />
2x<br />
csere<br />
H<strong>OH</strong> 2 C<br />
CHO<br />
<strong>OH</strong><br />
H<strong>OH</strong> 2 O<br />
O<br />
<strong>OH</strong><br />
C<br />
H<br />
CH 2 <strong>OH</strong><br />
O<br />
H<br />
O<br />
H<br />
O H O <strong>OH</strong><br />
CH 2 <strong>OH</strong> H<br />
CH 2 <strong>OH</strong> H<br />
+<br />
<strong>OH</strong><br />
H<br />
a-anomer<br />
b-anomer<br />
123
Mutarotáció<br />
Az anomerek keletkezésére (és tulajdonképpen a gyűrűs szerkezet kialakulására) a mutarotáció<br />
jelensége hívta fel a figyelmet. A kristályosítás módjától függően kétféle forgatóképességű D-glükóz<br />
(vagy egyéb cukor) ismeretes.<br />
HO HO<br />
HO HO<br />
H<br />
a-D-glükofuranóz<br />
H<br />
H<br />
HO<br />
H<br />
H<br />
HO<br />
H<br />
O<br />
O<br />
H<br />
<strong>OH</strong><br />
H<br />
<strong>OH</strong><br />
b-D-glükofuranóz<br />
H<br />
<strong>OH</strong><br />
<strong>OH</strong><br />
H<br />
Jégecet oldat alkohol<br />
[a] = + 112,2° [a] = +52,2 o [a] = + 18,7 o<br />
a-D-glükóz<br />
HO<br />
CHO<br />
<strong>OH</strong><br />
<strong>OH</strong><br />
<strong>OH</strong><br />
<strong>OH</strong><br />
D-glükóz<br />
b-D-glükóz<br />
HO<br />
HO<br />
H<br />
HO<br />
HO<br />
<strong>OH</strong><br />
H<br />
H<br />
H<br />
O<br />
<strong>OH</strong><br />
a-D-glükopiranóz<br />
H<br />
<strong>OH</strong><br />
H<br />
H<br />
H<br />
O<br />
<strong>OH</strong><br />
<strong>OH</strong><br />
H<br />
b-D-glükopiranóz<br />
Mutarotáció: a D-glükóz vizes oldatának optikai forgatása oldás után folyamatosan változik az<br />
egyensúly beállásáig ([a] D = 57).<br />
124<br />
H<br />
<strong>OH</strong>
Mutarotációs egyensúlyi elegyek összetétele
Hexózok konformációja<br />
a<br />
e<br />
e<br />
O<br />
a<br />
O<br />
O<br />
4 C 1 konformer 4C 1 konformer<br />
(stabilabb)<br />
4<br />
<strong>OH</strong><br />
5 O<br />
<strong>OH</strong><br />
<strong>OH</strong><br />
3<br />
<strong>OH</strong><br />
1<br />
2<br />
<strong>OH</strong><br />
5<br />
4<br />
<strong>OH</strong><br />
6<br />
<strong>OH</strong><br />
3<br />
<strong>OH</strong><br />
O<br />
2<br />
<strong>OH</strong><br />
1<br />
<strong>OH</strong><br />
HO<br />
HO<br />
4<br />
3<br />
<strong>OH</strong><br />
5<br />
2<br />
O<br />
<strong>OH</strong><br />
1<br />
<strong>OH</strong><br />
4C 1<br />
b-D-glükopiranóz<br />
4 C 1<br />
legstabilabb szerkezet<br />
H mind axiális<br />
<strong>OH</strong>, CH 2 <strong>OH</strong> mind ekv.<br />
126<br />
csupa transz
Anomer effektus<br />
Az a-D-glükóz esetén is a 4 C 1 -konformáció a kedvezményezett, jóllehet ilyenkor a glikozidos<br />
hidroxilcsoport már nem ekvatoriális, hanem axiális térállású. A 4 C 1 -konformációban a glikozidos<br />
hidroxilcsoport és a C-3, valamint a C-5 szénatomokhoz kapcsolódó hidrogénatomok közelsége (1,3-<br />
diaxiális kölcsönhatás) a molekula energiatartalmát növeli. Az energiatartalom növekedését az ún.<br />
anomer effektus, mint energianyereség viszont ellensúlyozza. Az anomer effektus ugyanis azt jelenti,<br />
hogy a gyűrű oxigénatomjának axiális térhelyzetű nemkötő elektronpárja (mint HOMO-pálya),<br />
kölcsönhatásba lép a vele azonos síkban levő glikozidos <strong>OH</strong>-csoport szén-oxigén kötésének lazító<br />
pályájával (mint LUMO-pálya). A megfelelő előjelű pályarészek átlapolása jelentős energia nyereséggel<br />
jár.<br />
H<br />
HO<br />
HO<br />
H<br />
<strong>OH</strong><br />
H<br />
O<br />
1 H<br />
H <strong>OH</strong><br />
<strong>OH</strong><br />
<strong>OH</strong><br />
<strong>OH</strong><br />
<strong>OH</strong><br />
O<br />
n<br />
1 O<br />
<strong>OH</strong><br />
<strong>OH</strong><br />
O<br />
*<br />
H<br />
a-D-glükóz<br />
127
Éter- és észterképzési reakciók<br />
HO<br />
HO<br />
H<br />
<strong>OH</strong><br />
H<br />
H<br />
H<br />
O<br />
<strong>OH</strong><br />
<strong>OH</strong><br />
H<br />
(CH 3 ) 2 SO 4<br />
K<strong>OH</strong><br />
H 3 CO<br />
H 3 CO<br />
H<br />
OCH 3<br />
H<br />
H<br />
H<br />
O<br />
H<br />
OCH 3<br />
OCH 3<br />
híg HCl<br />
H 3 CO<br />
H 3 CO<br />
H<br />
OCH 3<br />
H<br />
H<br />
H<br />
O<br />
OCH 3<br />
<strong>OH</strong><br />
H<br />
H<br />
<strong>OH</strong><br />
absz CH 3 <strong>OH</strong> / HCl<br />
Ac 2 O/piridin<br />
H<br />
OAc<br />
HO<br />
HO<br />
H<br />
H<br />
H<br />
O<br />
H<br />
<strong>OH</strong><br />
OCH 3<br />
metil-a-D-glükopiranozid<br />
AcO<br />
AcO<br />
H<br />
H<br />
H<br />
O<br />
OAc<br />
OAc<br />
H<br />
A poranóz (furanóz) gyűrűvé záródás során félacetál keletkezik és az így keletkezett hidroxil csoport<br />
reaktivitása számottevően különbözik a többiétől.<br />
Azokat az étereket, melyek a glikozidos hidroxilcsoporton jönnek létre O-glikozideknek nevezzük.<br />
128
A primer hidroxilcsoport védésére használják a tritil-kloridot (trifenilklórmetán) is, amit katalitikus<br />
hidrogénezéssel könnyen el lehet távolítani.<br />
<strong>OH</strong><br />
OTr<br />
HO<br />
HO<br />
HO<br />
O<br />
OMe<br />
Tr-Cl<br />
Py<br />
HO<br />
HO<br />
HO<br />
O<br />
OMe<br />
Tr = Ph 3 C-<br />
A benzil csoport is gyakran alkalmazott védőcsoport a szénhidrátkémiában is.<br />
HO<br />
HO<br />
HO<br />
<strong>OH</strong><br />
O<br />
OMe<br />
PhCH 2 Cl<br />
DMF/NaH<br />
kat. H 2<br />
- PhMe<br />
A benzil csoport eltávolítása másképpen is lehetséges:<br />
BnO<br />
BnO<br />
BnO<br />
OBn<br />
O<br />
OMe<br />
H O CH 2 Ph<br />
Br 2 / h<br />
H O CH Ph<br />
<strong>OH</strong><br />
H O CH Ph<br />
Br<br />
<strong>OH</strong><br />
H / H 2 O<br />
H <strong>OH</strong> PhCHO<br />
129
Egyéb észter származékok<br />
H<br />
<strong>OH</strong><br />
R-SO 2 Cl<br />
piridin<br />
H<br />
OMs(Ts)<br />
Nu<br />
S N 2<br />
Nu<br />
H<br />
inverzió<br />
LiAlH 4<br />
Nu = Hlg, MeO, N 3 , CN, AcO<br />
H<br />
H<br />
dezoxicukor<br />
H O Me<br />
O<br />
Na OMe / Me<strong>OH</strong><br />
kat. mennyiség<br />
H<br />
O<br />
OMe<br />
O<br />
Me<br />
H<br />
O<br />
Me<br />
O<br />
OMe<br />
Me<strong>OH</strong><br />
Zemplén-féle deacetilezés<br />
MeO<br />
H<br />
<strong>OH</strong><br />
130
Acetál képzés<br />
HO<br />
HO<br />
HO<br />
<strong>OH</strong><br />
O<br />
<strong>OH</strong><br />
Me 2 CO<br />
H<br />
CHO<br />
O<br />
O<br />
<strong>OH</strong><br />
O<br />
O<br />
O<br />
H<br />
CH 2 <strong>OH</strong><br />
PhCHO<br />
ZnCl 2<br />
H<br />
N<br />
CrO3<br />
1,2-5,6-diizopropilidén-D-glükóz<br />
(diacetonglükóz)<br />
Ac<strong>OH</strong> / víz<br />
kat. H 2<br />
O<br />
Ph<br />
O<br />
O<br />
HO<br />
20 o C<br />
HO<br />
HO<br />
<strong>OH</strong><br />
O<br />
HO<br />
<strong>OH</strong><br />
O<br />
H<br />
4,6-benzilidén-D-glükóz<br />
O<br />
O<br />
H<br />
O<br />
O<br />
O<br />
O<br />
O<br />
monoacetonglükóz<br />
red.<br />
H<br />
O<br />
O<br />
<strong>OH</strong><br />
O<br />
O<br />
O<br />
H<br />
a diacetonglükóz epimerje<br />
(egy <strong>OH</strong> konfigurációjában<br />
különböznek csak)<br />
131
Oxocsoport reakciói<br />
Oxidációs és redukciós reakciók:<br />
CHO<br />
CO<strong>OH</strong><br />
híg HNO 3 v.<br />
Br 2 / víz<br />
HO<br />
HO<br />
<strong>OH</strong><br />
O<br />
O<br />
CH 2 <strong>OH</strong><br />
CH 2 <strong>OH</strong><br />
<strong>OH</strong><br />
glükóz glükonsav g-lakton<br />
(aldonsav)<br />
HO<br />
HO<br />
<strong>OH</strong><br />
O<br />
<strong>OH</strong><br />
red.<br />
laktol<br />
<strong>OH</strong><br />
A cukrok redukcióval cukoralkoholokká, enyhe oxidációval aldonsavakká, míg erélyes oxidációval<br />
aldársavakká alakíthatóak.<br />
132
CO<strong>OH</strong><br />
CO<strong>OH</strong><br />
CO<strong>OH</strong><br />
CH 2 <strong>OH</strong><br />
HNO3<br />
CO<strong>OH</strong><br />
- H2O<br />
HO<br />
<strong>OH</strong><br />
O<br />
<strong>OH</strong><br />
monolakton<br />
O<br />
+ O<br />
- H2O<br />
<strong>OH</strong><br />
O<br />
<strong>OH</strong><br />
<strong>OH</strong><br />
CO<strong>OH</strong><br />
glükonsav<br />
glükársav<br />
(aldársav)<br />
HO<br />
H<br />
O<br />
O<br />
O<br />
H<br />
<strong>OH</strong><br />
O<br />
O<br />
dilakton<br />
<strong>OH</strong><br />
O<br />
O<br />
C<br />
O<br />
<strong>OH</strong><br />
133
Ezüst tükör póba: az aldózok az Ag(NH 3 ) 2 oldatából fém ezüstöt választanak ki miközben aldonsavakká<br />
oxidálódnak.<br />
Fehling póba: az aldózok Cu(II)SO 4 -nak KNa-tartaráttal képzett komplexéból vörös színű Cu 2 O-t<br />
választanak le miközben aldonsavakká oxidálódnak.<br />
134
Redukciós átalakítások<br />
O<br />
<strong>OH</strong><br />
C<br />
O<br />
H<br />
red.<br />
CH 2 <strong>OH</strong><br />
cukoralkohol<br />
Epimerizáció<br />
C<br />
O<br />
H<br />
CH<br />
<strong>OH</strong><br />
C<br />
O<br />
H<br />
H<br />
C<br />
<strong>OH</strong><br />
C<br />
<strong>OH</strong><br />
HO<br />
C<br />
H<br />
D-glükóz endiol D-mannóz<br />
CH 2<br />
<strong>OH</strong><br />
C<br />
O<br />
D-fruktóz<br />
135
Kondenzációs reakciók<br />
CHO<br />
Ph-NH-NH 2<br />
H<br />
CH<br />
N<br />
<strong>OH</strong><br />
NHPh<br />
CH NH NHPh<br />
CH NH<br />
O H<br />
O<br />
2 Ph-NH-NH 2<br />
ox.-red.<br />
- PhNH 2<br />
CH 2 <strong>OH</strong><br />
CH 2 <strong>OH</strong><br />
hidrazon<br />
CH 2 <strong>OH</strong><br />
CH 2 <strong>OH</strong><br />
Schiff bázis<br />
(imin)<br />
NH 2<br />
CH<br />
N<br />
N<br />
NHPh<br />
NHPh<br />
CH NH<br />
<strong>OH</strong><br />
NH Ph<br />
NH NH Ph<br />
- NH 3<br />
- H 2 O<br />
CH 2 <strong>OH</strong><br />
D-glükóz-feniloszazon<br />
CH 2 <strong>OH</strong><br />
136
Wohl-Zemplén féle lebontás<br />
CHO<br />
CH 2 <strong>OH</strong><br />
NH 2 -<strong>OH</strong><br />
CH<br />
N<br />
<strong>OH</strong><br />
CH 2 <strong>OH</strong><br />
<strong>OH</strong><br />
Ac 2 O<br />
- H 2 O<br />
AcO<br />
C<br />
N<br />
OAc<br />
OAc<br />
OAc<br />
CH 2 OAc<br />
NaOMe<br />
Me<strong>OH</strong><br />
D-glükóz oxim nitril aldehid-ciánhidrin<br />
O<br />
C<br />
N<br />
O<br />
O<br />
O<br />
CH 2 O<br />
H<br />
HO<br />
CHO<br />
<strong>OH</strong><br />
<strong>OH</strong><br />
CH 2 <strong>OH</strong><br />
D-arabinóz<br />
137
Kiliani-féle felépítés (lánchosszabbítás)<br />
CHO<br />
HO<br />
<strong>OH</strong><br />
<strong>OH</strong><br />
CH 2 <strong>OH</strong><br />
D-arabinóz<br />
HCN<br />
H<br />
HO<br />
CN<br />
C <strong>OH</strong><br />
<strong>OH</strong><br />
<strong>OH</strong><br />
CH 2 <strong>OH</strong><br />
+<br />
HO<br />
HO<br />
CN<br />
C H<br />
<strong>OH</strong><br />
<strong>OH</strong><br />
CH 2 <strong>OH</strong><br />
H<br />
- NH3<br />
H<br />
HO<br />
CO<strong>OH</strong><br />
C <strong>OH</strong><br />
<strong>OH</strong><br />
<strong>OH</strong><br />
CH 2 <strong>OH</strong><br />
+<br />
HO<br />
HO<br />
CO<strong>OH</strong><br />
C H<br />
<strong>OH</strong><br />
<strong>OH</strong><br />
CH 2 <strong>OH</strong><br />
H<br />
HO<br />
H<br />
H<br />
CHO<br />
<strong>OH</strong><br />
H<br />
<strong>OH</strong><br />
<strong>OH</strong><br />
CH 2 <strong>OH</strong><br />
HO<br />
HO<br />
H<br />
H<br />
CHO<br />
H<br />
H<br />
<strong>OH</strong><br />
<strong>OH</strong><br />
CH 2 <strong>OH</strong><br />
HO<br />
HO<br />
red.<br />
Na(Hg) / H +<br />
<strong>OH</strong><br />
O<br />
<strong>OH</strong><br />
O<br />
+<br />
HO<br />
HO<br />
- H 2 O<br />
<strong>OH</strong><br />
O<br />
<strong>OH</strong><br />
O<br />
D-glükóz<br />
D-mannóz<br />
138
Diszacharidok<br />
HO<br />
HO<br />
Redukáló diszacharidok<br />
<strong>OH</strong><br />
O<br />
<strong>OH</strong><br />
O<br />
HO<br />
HO<br />
<strong>OH</strong><br />
cellobióz<br />
b-D-glükopiranozil (1-4)-b-D-glükopiranóz<br />
<strong>OH</strong><br />
HO<br />
<strong>OH</strong><br />
O<br />
<strong>OH</strong><br />
O<br />
HO<br />
O<br />
<strong>OH</strong><br />
O<br />
<strong>OH</strong><br />
<strong>OH</strong><br />
Laktóz<br />
b-D-galaktopiranozil-(1-4)-b-D-glükopiranóz<br />
<strong>OH</strong><br />
HO<br />
HO<br />
HO<br />
Nem redukáló diszacharid<br />
HO<br />
<strong>OH</strong><br />
<strong>OH</strong><br />
O<br />
<strong>OH</strong><br />
O<br />
<strong>OH</strong><br />
<strong>OH</strong><br />
O<br />
O<br />
HO<br />
<strong>OH</strong><br />
O<br />
<strong>OH</strong><br />
<strong>OH</strong><br />
<strong>OH</strong><br />
a-D-glükopiranzozil-(1-2)-b-D-fruktofuranóz<br />
Szacharóz<br />
O<br />
A redukáló diszacharidok adják az ezüst tükör és a<br />
Fehling próbát.<br />
<strong>OH</strong><br />
maltóz<br />
a-D-glükopiranozil (1-4)-b-D-glükopiranóz<br />
<strong>OH</strong><br />
139
Invertcukor és műméz<br />
A szacharóz híg ásványi savakkal vagy enzimatikus úton D-glükózra és D-fruktózra hidrolizál. A<br />
hidrolízis során a cukoroldat forgatóképessége folyamatosan csökken, eléri a nulla értéket, majd balra<br />
forgatóvá válik, mivel a fruktóz erősebben forgat balra, mint a glükóz jobbra. A forgatóképesség<br />
előjelének megváltozása miatt a szacharóz hidrolízisét invertálásnak, és az így nyert egyszerű cukor<br />
keveréket invertcukornak („műméz”) nevezik.<br />
A mézhamisítás leggyakoribb módja a virágmézként árult műméz. A műméz invertcukorból aromás<br />
anyagok (néha zamatos méz) hozzákeverésével és festékanyagok színezésével készül. A hamisítást<br />
könnyen felismerhetjük, ha egy kávéskanálnyi mézet tiszta szeszben feloldunk. Amennyiben teljesen<br />
oldódik, úgy a méz tiszta. Ellenkező esetben homályos lesz és rövid idő múlva a belekevert anyag<br />
leülepedik.<br />
140
Diszacharidok szintézise Koenigs-Knorr módszerrel<br />
NaOAc / NaOMe<br />
D-glükóz<br />
TrCl / piridin<br />
AcO<br />
TrO<br />
OAc<br />
OAc<br />
O<br />
OAc<br />
H<br />
<strong>OH</strong><br />
<strong>OH</strong><br />
O<br />
<strong>OH</strong><br />
OAc<br />
<strong>OH</strong><br />
HBr / jégecet<br />
Ac 2 O / Py<br />
AcO<br />
TrO<br />
OAc<br />
O<br />
H<br />
OAc<br />
O<br />
OAc<br />
OAc<br />
OAc<br />
Br<br />
OAc<br />
OAc<br />
H<br />
HO<br />
kat. H 2 , Me<strong>OH</strong><br />
Ag 2 CO 3<br />
CHCl 3 / C 6 H 6<br />
24 o C<br />
AcO<br />
OAc<br />
OAc<br />
O<br />
OAc<br />
OAc<br />
H<br />
O<br />
O<br />
OAc<br />
OAc<br />
H<br />
OAc<br />
OAc<br />
OAc<br />
oktaacetilgenciobióz<br />
O<br />
OAc<br />
OAc<br />
H<br />
kat. NaOMe<br />
Me<strong>OH</strong><br />
genciobióz<br />
141
Poliszacharidok<br />
*<br />
*<br />
HO<br />
HO<br />
*<br />
HO<br />
<strong>OH</strong><br />
O<br />
<strong>OH</strong><br />
<strong>OH</strong><br />
O<br />
NH<br />
O<br />
<strong>OH</strong><br />
HO<br />
O<br />
HO<br />
HO<br />
O<br />
HO<br />
O<br />
<strong>OH</strong><br />
O<br />
HO<br />
HO<br />
<strong>OH</strong><br />
<strong>OH</strong><br />
O<br />
O<br />
NH<br />
O<br />
O<br />
n<br />
n<br />
*<br />
*<br />
Cellulóz: b-D-glükoporanozil-(1,4)-b-D-glükopiranóz<br />
Kitin: b-D-N-acetil-glükózamin b-(1,4)-<br />
kapcsolódású homopolimere<br />
Keményító: a-D-glükóz egyslgekből épül fel, melyekaz<br />
amilózban a(1,4)-kötéssel kapcsolódnak össze.<br />
Helikális struktúra.<br />
Az amilopektinben az a-(1,4) kötések mellet 15-22<br />
egységenként a-(1,6) kötések is vannak.<br />
A keményítő a növényi tartaléktápanyag.<br />
Az állati megfelelője a glikogén, aminek a felépítése<br />
megegyezik az amilopektinével.<br />
n<br />
142
Az anyatej oligoszacharidjai<br />
Védő hatás bakteriális<br />
fertőzések ellen<br />
A baktériumok<br />
lektinjeihez kötődve<br />
megakadályozzák azok<br />
adhézióját az<br />
epithelialis sejtekhez<br />
Forrás:<br />
J. Kemsley,<br />
Chem. Eng. News, 2008, 86, 13.
Ciklooligoszacharidok<br />
Ciklodextrinek<br />
a<br />
g<br />
b
Ciklodextrinek
Nukleinsavak, nukleotidok, nukleozidok<br />
1869-ben Miescher a sejtmagból egy savas természetű, lúgban oldódó foszfortartalmú anyagot izolált,<br />
amit később, eredetére utalva nukleinsavnak nevezetek el. Kiderült, hogy a nukleinsavak és különböző<br />
származékaik minden sejtben előfordulnak és nélkülözhetetlen feladatokat látnak el.<br />
A nukleinsavak nagy molekulatömegű polimer molekulák. A különféle sejtekből nyert nukleinsavak teljes<br />
hidrolízisével pentózokat, purin- és pirimidinbázisokat, valamint foszforsavat lehet izolálni. A hidrolízis<br />
körülményeinek (savas, lúgos vagy enzimatikus) változtatásával részleges lebontás is megvalósítható. Az<br />
így nyerhető összetett építőegységek közül a nukleotidokban a cukormolekulához szerves bázis és<br />
foszforsav kapcsolódik, a nukleozidokban pedig a cukor szerves bázissal képez vegyületet.<br />
Nukleinsavak<br />
HO<br />
O <strong>OH</strong><br />
HO<br />
O <strong>OH</strong><br />
Nukleotidok<br />
Részleges hidrolízis<br />
<strong>OH</strong><strong>OH</strong><br />
ribóz<br />
<strong>OH</strong><br />
dezoxiribóz<br />
Részleges hidrolízis<br />
Nukleozidok + foszforsav<br />
R<br />
N<br />
N<br />
N<br />
N<br />
R H 3 PO 4<br />
N N<br />
H<br />
Hidrolízis<br />
Pentózok + purin vagy<br />
pirimidin bázis<br />
DNS: dezoxiribonukleinsav - cukor komponense a dezoxiribóz<br />
RNS: ribonukleinsav – cukor komponense a ribóz<br />
146
A nukleinsavakat felépítő bázisok szerkezete<br />
Bázisként pirimidin- és purinvázas vegyületek izolálhatók, mégpedig az előbbiek uracil, timin vagy<br />
citozin lehetnek, az utóbbiak adenin vagy guanin. A vegyületek jelölésére gyakran nevük kezdőbetűjét<br />
(U, T, C, A, G) használjuk.<br />
A bázisok jelenléte nem teljesen tetszőleges. Az uracil csak az RNS-ben, a timin csak a DNS-ben<br />
fordul elő, a további három bázis pedig mindkét nukleinsavban megtalálható.<br />
O<br />
HN<br />
O<br />
N<br />
H<br />
O<br />
HN<br />
O<br />
N<br />
H<br />
O<br />
N<br />
NH 2<br />
N<br />
H<br />
N<br />
NH 2<br />
N<br />
N<br />
H<br />
N<br />
H 2 N<br />
HN<br />
O<br />
N<br />
N<br />
H<br />
N<br />
uracil timin citozin<br />
adenin<br />
guanin<br />
HO<br />
A nukleozidok nevét a bázisok nevéből képezzük úgy, hogy pirimidinbázis esetén idin végződést,<br />
purinbázis esetén pedig ozin végződést illesztünk a bázis nevének első részéhez. A DNS-ből nyert<br />
nukleozidok nevéhez dezoxi előtag járul.<br />
O<br />
HN<br />
O<br />
O<br />
N<br />
HO<br />
O<br />
HN<br />
O<br />
O<br />
N<br />
HO<br />
O<br />
O<br />
N<br />
NH 2<br />
N<br />
HO<br />
O<br />
N<br />
O<br />
NH 2<br />
N<br />
N<br />
HO<br />
NH 2<br />
N<br />
O<br />
N<br />
N<br />
HO<br />
N<br />
NH 2<br />
N<br />
O<br />
N<br />
N<br />
H 2 N<br />
HN<br />
HO<br />
O<br />
N<br />
O<br />
N<br />
N<br />
H 2 N<br />
HN<br />
HO<br />
O<br />
N<br />
O<br />
N<br />
N<br />
HO<br />
HO<br />
HO<br />
HO<br />
HO<br />
HO<br />
HO<br />
HO<br />
<strong>OH</strong> <strong>OH</strong> <strong>OH</strong> <strong>OH</strong><br />
uridin timidin dezoxicitidin citidin dezixiadenozin adenozin dezoxiguanozin guanozin<br />
147
Nukleozidok előállítása, fizikai és kémiai sajátsága<br />
A nukleinsavak szerkezetfelderítése szempontjából jelentős a nulkleozidok szintetikus úton történő<br />
előállítása is. Ennek egyik lehetséges és gyakori módja, amikor acilezett a-d-ribofuranozil-kloridból és a<br />
megfelelően védett purin- vagy pirimidinszármazék klórmerkuri sójából kiindulva alakítják ki a b-<br />
glikozidos kötést.<br />
NH<br />
NHAc<br />
2<br />
N<br />
N<br />
N<br />
N<br />
NHAc<br />
AcO H<br />
O<br />
N N<br />
N N<br />
Cl<br />
N<br />
N HgCl 2<br />
+<br />
Na<strong>OH</strong><br />
xilol / <br />
<strong>OH</strong><br />
N N<br />
AcO<br />
H<br />
AcO<br />
O<br />
2 O<br />
O<br />
OAc<br />
HgCl<br />
AcO OAc<br />
<strong>OH</strong><strong>OH</strong><br />
adenozin<br />
A nukleozidok magas olvadáspontú, vízben jól oldódó színtelen kristályos vegyületek. A glikozidos<br />
kötés lúggal szemben ellenálló, míg híg savval könnyen hidrolizálható, miközben pentóz és bázis<br />
képződik. A dezoxiribonukleozidok esetében kíméletes körülményeket kell alkalmazni, mivel a<br />
képződő 2-dezoxi-d-ribóz savérzékeny.<br />
148
A nukleotidok szerkezete, fizikai és kémiai sajátságaik<br />
A nukleotidok a nukleinsavak háromrészes építőegységei. Foszforsavészterek, melyek a nukleinsavakból<br />
enyhe lúgos vagy enzimatikus hidrolízis hatására képződnek. A hidrolízistermékek között a<br />
ribonukleinsavak esetében 2’-, 3’- és 5’-foszfátok, a dezoxiribonukleinsavak esetében pedig 3’- és 5’-<br />
foszfátok fordulnak elő.<br />
A nukleotidok nevét a nukleozidok nevéből képezzük úgy, hogy megjelöljük az észteresített<br />
hidroxilcsoport helyét. Szokásos a nukleotidok nevét rövidítve megadni, például uridin-5’-foszfát = 5’UMP.<br />
O<br />
O<br />
O<br />
HN<br />
HN<br />
HN<br />
HO O<br />
O<br />
P<br />
HO<br />
O<br />
O<br />
N<br />
uridin-5'-foszfát<br />
HO<br />
O<br />
HO<br />
HO <strong>OH</strong><br />
O <strong>OH</strong><br />
HO<br />
P<br />
O <strong>OH</strong><br />
O<br />
N<br />
uridin-3'-foszfát<br />
HO<br />
O<br />
O<br />
N<br />
O<br />
O<br />
P <strong>OH</strong><br />
<strong>OH</strong><br />
uridin-2'-foszfát<br />
A nukleotidok magas olvadáspontú, vízben oldódó kristályos vegyületek. A dihidrogénfoszfát<br />
csoport jelenléte miatt erős savak. A nukleotidok óvatos savas hidrolízise a glikozidos kötés<br />
hasadásával bázist és pentózfoszfátot eredményez, lúgos hidrolízissel pedig a foszforsav sója<br />
mellett a megfelelő nukleozidot lehet izolálni.<br />
149
A nukleinsavak elsődleges szerkezete<br />
A nukleinsavak nukleotidokból épülnek fel úgy, hogy a polinukleotid láncban a pentózok 5’ és 3’<br />
hidroxilcsoportja foszforsavdiészter-kötéssel kapcsolódik össze. A pentózok 2’ szénatomján a DNS-ben<br />
hidrogén, az RNS-ben pedig szabad hidroxilcsoport található. Tehát a polimer molekula gerincét, primer<br />
szerkezetét mind a DNS-ben, mind az RNS-ben a pentóz-foszfát lánc alkotja, melynek változékonyságát a<br />
cukorrészhez kapcsolódó bázisok jelentik<br />
B<br />
N<br />
O<br />
<strong>OH</strong><br />
O P <strong>OH</strong><br />
O<br />
<strong>OH</strong><br />
nukleozid-3'-foszfát<br />
lép-foszfodiészteráz<br />
5' kötést hasít<br />
B<br />
N<br />
O<br />
5'-vég<br />
B<br />
N<br />
O<br />
O<br />
O P <strong>OH</strong><br />
O<br />
<strong>OH</strong><br />
3'-vég<br />
O<br />
O<br />
P<br />
O <strong>OH</strong><br />
<strong>OH</strong><br />
O<br />
B<br />
N<br />
O<br />
O<br />
O<br />
P O<br />
HO<br />
O<br />
O<br />
P<br />
HO<br />
O<br />
O<br />
HO<br />
P<br />
O<br />
O<br />
HO<br />
O<br />
P O<br />
O O<br />
N<br />
O<br />
B<br />
kígyóméreg-foszfodiészteráz<br />
N<br />
B<br />
3' kötést hasít<br />
O<br />
O<br />
P<br />
HO<br />
B<br />
N<br />
O<br />
<strong>OH</strong><br />
<strong>OH</strong><br />
nukleozid-5'-foszfát<br />
N<br />
B<br />
O<br />
N<br />
B<br />
A nukleinsavakat alkotó nukleotidegységek kapcsolódási módjának felismerését többek között az<br />
tette lehetővé, hogy találtak olyan specifikus enzimeket, melyek a polinukleotid lánc észterkötését<br />
csak az 5’-helyzetű vagy csak a 3’-helyzetű hidroxilcsoportnál hasítja el.<br />
150
A bázissorrend meghatározása<br />
A nukleotidok kapcsolódási sorrendjét (szekvenciáját) ugyancsak enzimek segítségével derítették<br />
fel. Az ún. restrikciós enzimek meghatározott szekvenciájú kisebb nukleotid láncokat hasítanak ki a<br />
polimerből. A szétszabdalt láncok újra egyesíthetők a DNS ligáz enzim segítségével, a DNS polimeráz<br />
enzim pedig a DNS szintézist katalizálja.<br />
A DNS bázissorrendjének meghatározása Sanger nevéhez fűződik: szekvenálási eljárás alapelve nem<br />
a lebontás, hanem az enzimkatalizált DNS-szintézis irányított megszakítása. A szintézis<br />
megszakítására 2’,3’-didezoxi-ribózt alkalmazott, ami a 3’ láncvégen nem tud észteresedni, ezért az<br />
eljárás didezoxi módszer néven vált ismertté.<br />
A különböző eredetű DNSmolekulák<br />
hidrolizátumában a<br />
purinbázisok (adenin és guanidin)<br />
moláris mennyisége mindig<br />
azonos a pirimidinbázisokéval<br />
(timin és citozin), sőt további<br />
szabályosság, hogy az adenin<br />
mennyisége a timinével, valamint<br />
a guanin mennyisége a citozinéval<br />
azonos (Chargaff-szabályok 1950).<br />
Az RNS-ek esetében nincs ileyn<br />
szabályserűség<br />
Frederick Sanger (1918 -)<br />
Nobel díj – 1958: inzulin aminosav sorrendjének meghatározása<br />
Nobel díj – 1980: DNS szekvencia meghatározásáért<br />
Erwin Chargaff (1905 – 2002)<br />
151
3,4 nm<br />
A DNS másodlagos szerkezete - 1953<br />
2 nm<br />
Francis H.C. Crick (1916 – 2004)<br />
Nobel díj: Nukleinsavak<br />
szerkezetének<br />
meghatározásáért - 1962<br />
James D. Watson (1928 -)<br />
Nobel díj: Nukleinsavak<br />
szerkezetének<br />
meghatározásáért - 1962<br />
152
A DNS szerkezete<br />
X-ray diffraction pattern of<br />
DNA. The spots forming a<br />
cross in the center denote a<br />
helical structure. The heavy<br />
bands at the left and right arise<br />
from the recurring bases.
A DNS szerkezet változatai<br />
A-<br />
forma<br />
B-forma (balra)<br />
A-forma (középen)<br />
Z-forma (jobbra)<br />
B-<br />
forma<br />
Z-<br />
forma
A DNS szerkezet változatai<br />
B-forma A-forma Z-forma<br />
Színkód: foszfodiészter lánc és a furanózgyűrűk – zöld; purin bázisok –<br />
piros; pirimidin bázisok – kék.
A DNS szerkezetek adatai
DNS szuperszerkezetek<br />
Schematic illustration of closed circular DNA in open conformation<br />
(left) and then in a negative supercoiled conformation (middle) and<br />
positive supercoiled conformation (right).
Bázispárok a DNS-ben (Watson-Crick modell)
A DNS másodlagos szerkezet II.<br />
A DNS-t alkotó két polinukleotid lánc kettős helixet alkotva egymás mellé csavarodik. A hélix külső<br />
palástját a pentóz-foszfát polimer lánc alkotja, a paláston belül pedig a bázisok páronként<br />
hidrogénkötésekkel kapcsolódnak össze. A bázisok mólarányainak megfelelően a bázispárok<br />
összekapcsolódása nem lehet tetszőleges. Az adenin csak a timinnel, a guanin csak a citozinnal alkothat<br />
bázispárt.<br />
O<br />
H 2 N<br />
N<br />
NH 2<br />
O<br />
N<br />
C 1'<br />
N<br />
NH N<br />
O<br />
1,1 nm<br />
N<br />
N<br />
C 1'<br />
C 1'<br />
N<br />
NH N<br />
O H 2 N<br />
1,1 nm<br />
N<br />
N<br />
C 1'<br />
T<br />
A<br />
C<br />
G<br />
A DNS-t alkotó két polinukleotid lánc kettős helixet alkotva egymás mellé csavarodik. A hélix külső<br />
palástját a pentóz-foszfát polimer lánc alkotja, a paláston belül pedig a bázisok páronként<br />
hidrogénkötésekkel kapcsolódnak össze. E szabályos szerkezet kialakulásához az szükséges, hogy a<br />
két összecsavarodó lánc szerkezete pontosan megfeleljen egymásnak. A két szál bázissorrendje<br />
egymást kiegészítő, azaz komplementer szerkezetű, tehát az egyik szál bázissorrendje szigorúan<br />
megszabja a másik szál szekvenciáját<br />
A hélix szerkezet rögzítéséhez a bázispárok hidrogénkötésein kívül, a síkban egymás felett<br />
elhelyezkedő bázisok heteroaromás gyűrűi közötti erős van der Waals-kölcsönhatások is<br />
hozzájárulnak. A DNS külső palástján a poláris pentóz-foszfát láncok vízoldhatóvá teszik a<br />
makromolekulát, ugyanakkor megvédik a belső apoláris bázisokat a külső behatástól.<br />
159
Szemikonzervatív replikációval<br />
Az a-helix struktúra a DNS topoizomeráz és helikáz enzimek hatására szűnik meg, majd a DNS<br />
polimeráz a szétcsavarodott szálak mellé kiépíti azok komplemeterét. Így az eredetivel teljesen azonos<br />
két új szálat kapunk.<br />
A DNS polimeráz mindig csak az 5’ → 3’ irányba képes felépíteni az új szálat. Így az egyik szál kiépülése<br />
folyamatos az 5’ vége felől („leading-vezető”), addig a másik szál (lagging - követő) felépülése a szét<br />
tekeredés felől történik, és a keletkező fragmenseket (Okazaki fragmensek) a DNS ligáz enzim kapcsolja<br />
össze egységes szállá.<br />
160
A DNS biológiai funkciója<br />
DNS<br />
transzkripció<br />
mRNS<br />
transzláció<br />
Fehérjék<br />
A DNS szerepe a biológiai információ hordozásában van. Ez kódolja az élő szervezet felépítéséhez<br />
szükséges fehérjék szerkezetét.<br />
• Minden hírvivő RNS egyetlen génre vonatkozó információt kódol és szállít, ami egy darab<br />
polipeptidlánc felépítéséhez elegendő.<br />
• Minden egyes bázishármas egy meghatározott aminosavat (vagy STOP-jelet) kódol (l.<br />
aminosav-kódszótár). A riboszóma ezt az aminosavat fogja a láncba építeni.<br />
Az mRNS-en a leolvasás egy START-jellel indul. Ez a bázishármas az AUG, ami a metionint<br />
kódolja.<br />
• Van három STOP-jel is, amik leállítják a folyamatot. Ezek nem kódolnak aminosavakat.<br />
• Az információ "pont-, vessző- és átfedésmentes". Ez annyit tesz, hogy a START- és STOP-jel<br />
között nem állhat meg a leolvasás, egyetlen bázis sem maradhat ki a leolvasásból, és nem<br />
lehet bázist kétszer olvasni.<br />
• A kód (majdnem) univerzális, mert ugyanazok a bázishármasok ugyanazokat az aminosavakat<br />
kódolják minden élőlényben.<br />
• A kód degenerált, azaz egy aminosavat több bázishármas is kódolhat.<br />
• A kód lötyög. Ez azt jelenti, hogy gyakran elég az első kettő bázist leolvasni, mert nem számít,<br />
hogy mi a harmadik. (Mindenképp ugyanazt az aminosavat kódolja.)<br />
161
Aminosav kódszótár<br />
162
mRNS<br />
1. A hírvivő RNS vagy mRNS az RNS-molekulák azon csoportjába tartozik, amely a sejtekben a<br />
legkisebb arányban fordul elő. Az mRNS-en tárolt információ meghatározza, hogy a különböző<br />
aminosavak milyen sorrendben épüljenek be a készülő polipeptid láncba.<br />
163
Az RNS típusai, másodlagos és harmadlagos szerkezete<br />
Hírvivő (messenger) mRNS<br />
Riboszomális rRNS<br />
Transzfer tRNS<br />
A-típusú kettős helix
RNS típusok jellemzői
tRNS<br />
A tRNS a legkisebb RNS-molekula: általában 75-80 nukleotid egységből épül fel, így tömege is a<br />
legkisebb. Szerepe a fehérjék építőegységeinek, az aminosavaknak a riboszómákhoz való szállítása.<br />
Mind a 20 fehérjékben előforduló aminosavat legalább egy specifikus tRNS köt meg.<br />
Funkcionális szempontból két<br />
legfontosabb molekularészletük az<br />
aminosav-kötőhely és a templátfelismerőhely.<br />
Az aminosavak kötése a<br />
molekula ún. 3’ végén történik (az egyes<br />
nukleotidegységek kapcsolódása a ribóz<br />
3’ szénatomjához és 5’ szénatomjához<br />
kapcsolódó <strong>OH</strong>- ill. PO4-csoportokon<br />
keresztül történik. 3’ végnek nevezzük a<br />
lánc azon végét, ahol a nukleotid 3’<br />
szénatomján elhelyezkedő <strong>OH</strong>-csoporthoz<br />
nem kapcsolódik foszfát. A templátfelismerőhelyet<br />
antikodonnak is szokták<br />
nevezni. Az mRNS molekula három<br />
nukleotidjához (egy kodonjához)<br />
kapcsolódik. A kodont alkotó nukleotidok<br />
sorrendjének megfelelően egy specifikus<br />
tRNS kötődik a riboszómához, és szállítja<br />
a növekvő polipeptidlánc (fehérje) soron<br />
következő aminosavegységét. Az RNSmolekulák<br />
össztömegének 15%-át adja.<br />
166
Riboszóma RNS (rRNS)<br />
Az összes RNS tömegének 85%-át e típus adja. A riboszómák felépítésében vesznek részt (a fehérjék<br />
mellett)<br />
Az RNS-molekulák szintézisét specifikus enzimek, az<br />
RNS-polimerázok katalizálják. A polimerázok<br />
működéséhez a következő összetevőkre van szükség:<br />
• templátmolekula: templátnak nevezzük általános<br />
értelemben a képződő makromolekula szerkezetét<br />
meghatározó információt hordozó molekulát, jelen<br />
esetben a DNS-t.<br />
• a nukleotidok aktivált előalakjai (prekurzorai): a<br />
négyféle bázist tartalmazó nukleozid-trifoszfátok,<br />
• fémionok (E. coliban: Mg2+ vagy Mn2+)<br />
167
A DNS harmadlagos szerkezete<br />
A DNS-molekula óriási méretű, a legkisebbek 5000 bázispárból (5 kb; kilobázis) állnak és 1700 nm<br />
hosszúak. Az emberi DNS – a teljes humán genom – közel 6 millió kb-ból épül fel és teljes hossza eléri a<br />
2 m-t. A szabályos kettős helix természetesen meghajlik, összetekeredik és ezt tekintjük a harmadlagos<br />
szerkezetnek. A DNS-molekula szervezettségének a legmagasabb szintje a kromoszóma, ami már<br />
fehérjéket is tartalmaz a DNS mellett.<br />
A teljes DNS lánc egy-egy rövidebb szakaszát tekintjük géneknek, a gének sorrendjét pedig genetikai<br />
térképnek nevezzük.<br />
Az 1990-ben elindított átfogó kutatás, a humán genom (HUGO) program elvezetett mind a 23 emberi<br />
kromoszóma csaknem teljes nukleotidsorrendjének feltárásához.<br />
168
Nuleotid koenzimek<br />
A nukleotidok nemcsak a nukleinsavak alkotórészeként fordulnak elő az élő természetben, hanem szabad<br />
állapotban vagy egyszerűbb vegyületek formájában is. Fontos származékaik az egyes anyagcserefolyamatokat<br />
katalizáló enzimek koenzimjei.<br />
NH 2<br />
O<br />
HO<br />
O<br />
P O<br />
<strong>OH</strong><br />
O<br />
P O<br />
<strong>OH</strong><br />
O<br />
P O<br />
<strong>OH</strong><br />
ATP<br />
energia termelõ<br />
folyamatok<br />
N<br />
N<br />
HO<br />
N<br />
N<br />
<strong>OH</strong><br />
ATP<br />
ADP<br />
+ H 2 O<br />
- H 2 O<br />
HO<br />
O<br />
P O<br />
<strong>OH</strong><br />
energia felhasználó<br />
folyamatok<br />
NH 2<br />
N<br />
N<br />
N N<br />
O<br />
P O<br />
O<br />
<strong>OH</strong><br />
HO <strong>OH</strong><br />
ADP<br />
+ H 3 PO 4<br />
O<br />
O<br />
P<br />
O<br />
HO<br />
N<br />
O<br />
N<br />
N N<br />
<strong>OH</strong><br />
cAMP<br />
NH 2<br />
Az ATP ADP átalakulás során felszabaduló energia fedezi az élő szervezetben lejátszódó<br />
szintézisfolyamatok energiaigényét, ugyanakkor az anyagcsere során a lebomlási folyamatokban<br />
képződő energia az ADP ATP átalakulás során elraktározódik.<br />
A cAMP egy second messenger (második hírvívő) molekula, a sejten belüli jelátviteli folyamatokban,<br />
mint például olyan hormon, mint a glukagon és az adrenalin hatásának kiváltásában, de nem képes<br />
átjutni a sejtmembránon. Fő hatása a proteinkináz enzimek aktiválása. A Ca 2+ ioncsatornákon<br />
keresztüli áthaladásának mértékét is szabályozza.<br />
169
NH 2<br />
O<br />
H 2 N<br />
O<br />
N<br />
O<br />
O<br />
O<br />
P O<br />
<strong>OH</strong><br />
O<br />
P O<br />
<strong>OH</strong><br />
N<br />
N<br />
N<br />
N<br />
red<br />
ox<br />
H 2 N<br />
O<br />
N<br />
O<br />
O<br />
O<br />
P O<br />
<strong>OH</strong><br />
N<br />
O<br />
P O<br />
<strong>OH</strong><br />
NH 2<br />
N<br />
O<br />
N<br />
N<br />
HO<br />
<strong>OH</strong><br />
NAD<br />
HO<br />
<strong>OH</strong><br />
HO<br />
<strong>OH</strong><br />
NADH<br />
HO<br />
<strong>OH</strong><br />
CH 3 CH 2 <strong>OH</strong> + NAD<br />
CH 3 CHO +<br />
NADH<br />
NH 2<br />
O<br />
HO<br />
HO<br />
O N<br />
HN<br />
O<br />
<strong>OH</strong><br />
N<br />
N<br />
O<br />
O P O<br />
<strong>OH</strong><br />
CH 3<br />
CH 3<br />
FAD<br />
N<br />
O N<br />
P O<br />
<strong>OH</strong><br />
HO<br />
N<br />
N<br />
<strong>OH</strong><br />
red<br />
ox<br />
O<br />
HN<br />
HO<br />
HO<br />
H<br />
N<br />
O<br />
<strong>OH</strong><br />
N<br />
N<br />
H<br />
O<br />
O P O<br />
<strong>OH</strong><br />
CH 3<br />
CH 3<br />
FADH 2<br />
N<br />
O N<br />
P O<br />
<strong>OH</strong><br />
NH 2<br />
O<br />
HO<br />
N<br />
N<br />
<strong>OH</strong><br />
COO<br />
COO<br />
COO<br />
+ FAD + FADH 2<br />
OOC<br />
170
Alkaloidok<br />
Azokat a nitrogéntartalmú növényi bázisokat, amelyek pontosan körülírt fiziológiás hatással bírnak<br />
alkaloidoknak nevezzük. Az alkaloidok különböző vegyületcsaládokba tartozhatnak, mivel nincs egységes<br />
szerkezetük. Csoportosításuk történhet szerkezet, biológiai hatás és bioszintézisük alapján.<br />
Alkaloidok<br />
Valódi alkaloidok<br />
Proto alkaloidok<br />
Pszeudo<br />
alkaloidok<br />
N-heterociklust<br />
tartalmaznak<br />
Aminosavakból<br />
képződnek<br />
Nem tartalmaznak<br />
N-heterociklust<br />
N-heterociklust<br />
tartalmaznak, de<br />
nem<br />
aminosavakból<br />
képződnek<br />
A pszeudo alkaloidok bioszintézise történhet terpenoidokból vagy purinból.<br />
Egy növényben általában több alkaloid is előfordulhat, melyek alapvázának szerkezete<br />
szükségszerűen hasonló.<br />
A legnagyobb mennyiségben jelenlévő alkaloidokat fő alkaloidoknak, míg a kisebb mennyiségben<br />
jelenlévőket mellék alkaloidoknak nevezzük.<br />
171
O<br />
O<br />
O<br />
Valódi alkaloid<br />
N<br />
kokain<br />
O<br />
Proto alkaloid<br />
H 3 CO<br />
H<br />
N<br />
O<br />
O<br />
HO<br />
<strong>OH</strong><br />
NH 2<br />
O<br />
H 3 CO CH 3 O OCH 3<br />
colchicine<br />
tirozin<br />
Pszeudo alkaloid<br />
O<br />
O<br />
<strong>OH</strong><br />
O<br />
O<br />
N<br />
taxin-B<br />
O<br />
<strong>OH</strong> <strong>OH</strong><br />
172
Heterociklusos vegyületek<br />
Csoportosításuk történhet a gyűrű tagszáma, a heteroatomok minősége és száma szerint. Lehetnek<br />
telítettlenek, részlegesen vagy teljesen telítettek.<br />
Gyűrűtagszám szerint:<br />
O O O O O<br />
Heteroatom minősége szerint: O NH S<br />
Heteroatom száma szerint:<br />
O<br />
O<br />
N<br />
N<br />
N<br />
N<br />
S<br />
A molekula telítettségi foka szerint: O O O<br />
Elnevezésükre triviális nevek mellet a Hantzsch–Widman nevezéktant használjuk, mely utal a molekula<br />
gyűrűtagszámára, heteroatom minőségére, számára, helyzetére és a gyűrű telítettségi fokára is.<br />
173
Hantzsch–Widman nevezéktan<br />
Az alapnevet a heteroatom(ok) nevéből származó előtag(ok)ból és a gyűrűtagszámára utaló szótövekből<br />
képezzük. A heteroatomok felsorolása megadott sorrendben történik, szükség esetén a név előtti<br />
helyzetszámokkal. A monociklusos vegyületek esetében a gyűrűt a legmagasabb rangú heteroatomtól<br />
(OSN) indulva számozzuk úgy, hogy a heteroatomok a lehető legkisebb helyzetszámot kapják.<br />
O oxigén oxa-<br />
S kén tia-<br />
N nitrogén aza-<br />
Gyűrűméret Telítetlen Telített Gyűrűméret Telítetlen Telített<br />
3 -irén -irán 7 -epin -epán<br />
4 -et -etán 8 -ocin -okán<br />
5 -ol -olán 9 -onin -onán<br />
6A f -in -án 10 -ecin -ekán<br />
A 3, 4, 7, 8, 9 és 10 tagú gyűrűk végződésének szótövét a megfelelő sokszorozó tagokból képezzük: ir-t a<br />
tri-ből, et-et a tetrá-ból, ep-et a heptá-ból, ok (oc)-ot az oktá-ból, on-t a noná-ból, ek (ec)-et a deká-ból;<br />
ezekhez telítetlen gyűrűk esetén az in (a 3 tagú gyűrűk esetén az én), telített gyűrűk esetén az án utótagot<br />
kapcsoljuk.<br />
174
Háromtagú heterociklusos vegyületek<br />
A háromtagú, egy heteroatomot tartalmazó telítetlen vegyületek - oxirén, az 1H- és 2H-azirin és a<br />
tiirén – rendkívül instabil vegyületek.<br />
1<br />
O<br />
3 2<br />
oxirén<br />
H<br />
N<br />
1<br />
3 2<br />
1H-azirin<br />
2-azirin<br />
3<br />
1<br />
N<br />
2<br />
2H-azirin<br />
1-azirin<br />
H<br />
1<br />
S<br />
3 2<br />
A háromtagú, egy heteroatomos telített rendszerek három alapvegyülete az oxirán, az aziridin és a tiirán.<br />
tiirén<br />
1<br />
O<br />
N H<br />
1<br />
1<br />
S<br />
3 2<br />
3 2<br />
oxirán<br />
etilén-oxid<br />
oxaciklopropán<br />
aziridin<br />
etilén-imin<br />
azaciklopropán<br />
3 2<br />
tiirán<br />
etilén-szulfid<br />
tiaciklopropán<br />
Ismeretesek két heteroatomos telített heterociklusok is, így a dioxirán, az oxaziridin) és a diaziridin<br />
származékai.<br />
1<br />
1<br />
H<br />
O<br />
O<br />
N 1<br />
3<br />
O<br />
2<br />
dioxirán<br />
3<br />
2<br />
NH<br />
oxaziridin<br />
3<br />
2<br />
NH<br />
diaziridin<br />
175
Négytagú heterociklusos vegyületek<br />
Általában a telítetlen alapvegyületek fokozott bomlékonyságuk miatt nem vagy csak különleges<br />
körülmények között állíthatók elő. Bizonyos származékaik viszont létképes, stabilis vegyületek.<br />
1<br />
O<br />
2<br />
N<br />
HN<br />
N<br />
S<br />
4 3<br />
oxet(én)<br />
1-azetin<br />
2-azetin<br />
azet<br />
tiet(én)<br />
A négytagú egy heteroatomos telített heterociklusok három alapvegyülete az oxetán (trimetilén-oxid), az<br />
azetidin (trimetilén-imin) és a tietán (trimetilén-szulfid). Mindhárom vegyület a síkalkattól eltérő<br />
konformerek különböző arányú elegyeként létezik.<br />
4<br />
1<br />
O<br />
2<br />
3<br />
4<br />
1<br />
HN<br />
2<br />
3<br />
4<br />
1<br />
S<br />
2<br />
3<br />
Y<br />
Y<br />
oxetán<br />
trimetilén-oxid<br />
oxaciklobután<br />
azetidin<br />
trimetilén-imin<br />
azaciklobután<br />
tietán<br />
trimetilén-szulfid<br />
tiaciklobután<br />
Y = O, NH, S<br />
176
Öttagú, egy heteroatomot tartalmazó vegyületek<br />
Az öttagú, egy heteroaromás vegyületek közül a legjelentősebb a pirrol, a furán a tiofén és e<br />
vegyületek gyakorlati szempontból legfontosabb származékai a tetrahidrofurán, a pirrolidin, a<br />
tetrahidrotiofén, valamint benzokondenzáltjaik sorában a dibenzofurán, az indol és a karbazol.<br />
5<br />
O<br />
1<br />
2<br />
H<br />
N<br />
1<br />
5 2 5<br />
S<br />
1<br />
2<br />
4 3<br />
4<br />
3<br />
4 3<br />
furán<br />
pirrol<br />
tiofén<br />
O<br />
H<br />
N<br />
5<br />
S<br />
1<br />
2<br />
tetrahidrofurán<br />
tetrahidropirrol<br />
(pirrolidin)<br />
4<br />
3<br />
tetrahidrotiofén<br />
(tiolán)<br />
8<br />
9<br />
1<br />
2<br />
6<br />
7<br />
H<br />
H<br />
1<br />
8<br />
N<br />
7 N<br />
2<br />
9<br />
1<br />
2<br />
7<br />
O<br />
6 5 4<br />
dibenzofurán<br />
3<br />
5<br />
4<br />
indol<br />
3<br />
6<br />
5 4<br />
benzo[b]indol<br />
(karbazol)<br />
3<br />
177
A furán, pirrol és tiofén szerkezete és előállítása<br />
H<br />
S<br />
NH<br />
O<br />
122 KJ/mol 90 KJ/mol 68 KJ/mol<br />
R<br />
O<br />
1 2<br />
R<br />
O<br />
+<br />
R' X R'<br />
bázis<br />
R'<br />
R<br />
X<br />
R<br />
R'<br />
1<br />
2<br />
R<br />
O<br />
R = alkil<br />
3<br />
O<br />
4<br />
R<br />
P 2 X 5<br />
R<br />
X<br />
X = O, S<br />
R<br />
R` NH 2<br />
R` = alkil<br />
R = alkil R' = EWG, pl. COOEt X = O, S, NR<br />
R` NH 2<br />
R` = H, alkil, hidroxi, amino<br />
R<br />
N<br />
R`<br />
R<br />
178
A furán, pirrol és tiofén kémiai tulajdonságai<br />
N<br />
H<br />
H<br />
N<br />
H<br />
N<br />
H<br />
N<br />
H<br />
polimerizáció<br />
O<br />
H /H 2 O<br />
O<br />
H H<br />
O<br />
gyűrűfelnyílás<br />
S<br />
100%-os<br />
H 3 PO 4<br />
S<br />
S<br />
S<br />
polimerizáció<br />
S EAr<br />
X<br />
X<br />
Y<br />
X<br />
a-helyzetű<br />
-komplex<br />
H<br />
E<br />
H<br />
E<br />
X<br />
H<br />
E<br />
H<br />
E<br />
X<br />
H<br />
E<br />
X = NH<br />
X = O<br />
X = S<br />
Szubsztrát<br />
furán Cl 2<br />
- 40 °C<br />
O<br />
tiofén H 3 C C<br />
Reagens<br />
pirrol SO 2 Cl 2<br />
Cl<br />
0 °C<br />
NH<br />
Cl<br />
Y<br />
Reakciókörülmények<br />
X<br />
X<br />
X = NH,O<br />
furán/pirrol<br />
piridin SO 3<br />
SO 3 H<br />
b-helyzetű<br />
-komplex<br />
X = S<br />
tiofén H 2 SO 4<br />
X = S,O,NR<br />
tiofén, furán, O<br />
nitrogénen<br />
védett pirrol R C<br />
O<br />
Cl/SnCl 4 R C<br />
179
Reakció bázisokkal<br />
X<br />
C 4 H 9 Li<br />
X<br />
Li<br />
E<br />
X<br />
Y<br />
X = NR, O, S<br />
E = CH 3<br />
CO 2<br />
I<br />
Y =<br />
CH 3<br />
CO<strong>OH</strong><br />
N<br />
H<br />
bázis<br />
- H<br />
N N N<br />
N<br />
H<br />
RMgBr<br />
N<br />
MgBr<br />
1.) (RCO) 2 O<br />
2.) H 2 O<br />
N<br />
H<br />
O<br />
R<br />
Addíciós reakciók<br />
X<br />
X<br />
+ +<br />
X<br />
X<br />
X<br />
R<br />
C C R<br />
X<br />
R<br />
R<br />
X = O,S,NH<br />
dihidro<br />
származékok<br />
tetrahidro<br />
származék<br />
X = NR, O, S<br />
180
Öttagú, több heteroatomot tartalmazó vegyületek<br />
5<br />
4<br />
O 1 2<br />
N<br />
3<br />
1,2-oxazol<br />
(izoxazol)<br />
5<br />
O<br />
1<br />
N<br />
2<br />
4 3<br />
1,3-oxazol<br />
(oxazol)<br />
5<br />
H<br />
1<br />
N N<br />
2<br />
5<br />
S<br />
1<br />
N<br />
2<br />
4 3<br />
1,2-tiazol<br />
(izotiazol)<br />
5<br />
H<br />
N 1 2<br />
5<br />
4<br />
S 1 2<br />
N<br />
1,3-tiazol<br />
(tiazol)<br />
3<br />
5<br />
4<br />
X<br />
1<br />
1,2,4-<br />
1,2,3-<br />
N<br />
N<br />
2<br />
3<br />
4<br />
5<br />
N<br />
1<br />
X 2 5<br />
1,2,5-<br />
N<br />
3<br />
X<br />
N<br />
X<br />
1,3,4-<br />
O = oxadiazol<br />
S = tiadiazol<br />
1<br />
N<br />
2<br />
4 3<br />
X 1<br />
5 2<br />
4<br />
N<br />
N<br />
3<br />
4 3<br />
4<br />
N<br />
3<br />
pirazol<br />
(1,2-diazol)<br />
imidazol<br />
(1,3-diazol)<br />
E<br />
N<br />
X N<br />
vagy<br />
E<br />
X<br />
N<br />
cc.HNO 3 /H 2 SO 4<br />
N<br />
N<br />
H<br />
O 2 N<br />
N<br />
H<br />
181
Hattagú, egy heteroatomot tartalmazó vegyületek<br />
A hattagú, egy heteroatomot tartalmazó heteroaromás vegyületek a -elektronhiányos heterociklusok<br />
közé tartoznak.<br />
6<br />
1<br />
O O S S<br />
2<br />
6<br />
1<br />
2<br />
6<br />
1 1<br />
2<br />
6 2 6 2 6 2<br />
6<br />
5 3 5 3 5 3 5 3<br />
5 3 5 3<br />
4<br />
4<br />
4<br />
4<br />
4<br />
4<br />
2H-pirán 4H-pirán 2H-tiin 4H-tiin pirilium ion tiinium ion<br />
1<br />
O<br />
1<br />
S<br />
a'<br />
b'<br />
5<br />
1<br />
N<br />
2<br />
3<br />
4<br />
piridin<br />
a<br />
b<br />
6<br />
5<br />
1<br />
H<br />
N<br />
4<br />
2<br />
3<br />
piridínium ion<br />
7<br />
8<br />
1<br />
O<br />
2<br />
7<br />
8<br />
1<br />
O<br />
2<br />
7<br />
8<br />
1<br />
N<br />
2<br />
7<br />
8<br />
1<br />
N<br />
2<br />
6<br />
3<br />
6<br />
3<br />
6<br />
3<br />
6<br />
3<br />
5 4<br />
5<br />
4<br />
5<br />
4<br />
5 4<br />
2H-kromén<br />
4H-kromén<br />
kinolin<br />
izokinolin<br />
182
A piridin és származékainak kémiai tulajdonságai<br />
R I<br />
H NO 2<br />
R 1 O C R<br />
H 2 SO 4<br />
250 o C 300 o C<br />
N N<br />
N<br />
N<br />
H<br />
Br<br />
H<br />
2 250 o C<br />
SO óleum<br />
3<br />
HgSO 4<br />
HNO 3 / H 2 SO 4<br />
Br<br />
+ H H<br />
O<br />
N<br />
R C Cl<br />
C O<br />
SO 3<br />
R<br />
R<br />
N-alkilpiridinium-só<br />
NO 2<br />
N<br />
N<br />
N I<br />
HNO<br />
N-acilpiridinium só<br />
3<br />
90 o C<br />
R 1 <strong>OH</strong><br />
N<br />
N<br />
N<br />
N<br />
+ H<br />
SO 3<br />
O<br />
O<br />
O<br />
O<br />
piridium-N-szulfonsav<br />
NO 2<br />
O<br />
SO 3 H<br />
O<br />
SO 3 H<br />
N<br />
N<br />
<strong>OH</strong><br />
O<br />
183
Nukleofil szubsztitúciós reakciók<br />
A piridingyűrű nukleofil reagensekkel viszonylag könnyen reagál SNAr reakcióban.<br />
Csicsibabin-reakció<br />
NaNH H<br />
2 ; 110 o + NaH<br />
C<br />
N N NH N NH 2<br />
2<br />
R Li Ziegler-reakció<br />
Na<br />
H 2<br />
N<br />
R<br />
H<br />
N<br />
NH Na<br />
H 2 O, <br />
Li<br />
Li<strong>OH</strong><br />
H 2 O, <br />
Na<strong>OH</strong><br />
N<br />
H<br />
R<br />
H<br />
oxidáció<br />
2H<br />
N<br />
R<br />
2-alkilpiridin<br />
N NH 2<br />
2-aminopiridin<br />
+ Nu X<br />
N X N<br />
X<br />
Nu<br />
N Nu<br />
X = halogén, Nu = NH 2 , HO , RO , RS , RLi, AlH 4 , NH 3 , aminok<br />
184
Ar C H<br />
lúgos közeg<br />
N CH 3<br />
2-pikolin<br />
(2-metilpiridin)<br />
O<br />
H<br />
N CH 2<br />
C<br />
O<br />
Ar<br />
H<br />
H 2 O<br />
N<br />
Ar<br />
2-stilbazol (Ar = Ph)<br />
PhLi<br />
N CH 3<br />
C 6 H 6<br />
N<br />
CO 2<br />
CH 2 Li<br />
R X<br />
LiX<br />
X = Cl, Br<br />
N CH 2<br />
R<br />
2-alkilpiridin<br />
O<br />
N CH 2<br />
C<br />
H<br />
O<br />
Li<br />
O<br />
C<br />
N 2 CH 2<br />
1<br />
piridin-2-ecetsav<br />
<strong>OH</strong><br />
185
Hattagú, több heteroatomot tartalmazó vegyületek<br />
A hattagú, két vagy több heteroatomot tartalmazó ciklusos vegyületek alapvázai a három<br />
heteroatom; a nitrogén, az oxigén és a kén variálhatósága, valamint a telítettség és telítetlenség<br />
lehetőségei miatt nagy változatosságot mutatnak.<br />
6<br />
5<br />
6<br />
5<br />
1<br />
X<br />
4<br />
2<br />
NH<br />
3<br />
N<br />
2H-1,2- 4H-1,2- 6H-1,2- oxazin tiazin<br />
1<br />
X<br />
4<br />
N<br />
2<br />
3<br />
6<br />
5<br />
1 1<br />
X 2<br />
6<br />
4<br />
1<br />
X<br />
6 2 6<br />
5<br />
4<br />
N<br />
3<br />
3<br />
5<br />
5<br />
2H-1,3- 4H-1,3- 6H-1,3- oxazin tiazin<br />
X<br />
4<br />
1<br />
X<br />
4<br />
2<br />
N<br />
N<br />
3<br />
2<br />
3<br />
O<br />
X<br />
S<br />
6<br />
1<br />
N<br />
5<br />
4<br />
N<br />
N<br />
2<br />
3<br />
N<br />
N<br />
N<br />
N N<br />
1,2,3-triazin 1,2,4-triazin 1,3,5-triazin<br />
6<br />
5<br />
N<br />
N<br />
N<br />
N<br />
6<br />
5<br />
1 1<br />
4<br />
2<br />
6<br />
1 1<br />
2<br />
3<br />
N<br />
N<br />
N<br />
N<br />
4<br />
4<br />
1,2,3,5-tetrazin 1,2,4,5-tetrazin<br />
3<br />
5<br />
6<br />
5<br />
2<br />
3<br />
N<br />
4<br />
2<br />
3<br />
6<br />
1<br />
X<br />
2<br />
X<br />
5<br />
N 1 2<br />
6 6<br />
5<br />
N<br />
4<br />
2H-1,4- 4H-1,4- oxazin tiazin<br />
4<br />
N<br />
3<br />
3<br />
5<br />
N<br />
H<br />
1<br />
N<br />
4<br />
N<br />
2<br />
3<br />
6<br />
5<br />
N 1 2<br />
N<br />
4<br />
3<br />
1<br />
2<br />
N<br />
6<br />
N<br />
3<br />
5<br />
4<br />
H<br />
N<br />
N<br />
9<br />
7H-purin<br />
7<br />
8<br />
7<br />
6<br />
8<br />
N<br />
N<br />
5<br />
1<br />
N<br />
4<br />
pteridin<br />
N<br />
2<br />
3<br />
piridazin<br />
1,2-diazin<br />
pirimidin<br />
1,3-diazin<br />
pirazin<br />
1,4-diazin<br />
186
H<br />
N<br />
(S) N<br />
(S)-nikotin<br />
Pirrolidin alkaloidok<br />
N<br />
H<br />
(S) N<br />
H<br />
(S)-nornikotin<br />
N<br />
H<br />
(S)<br />
HN<br />
(S-anatabin<br />
N<br />
N<br />
anabasin<br />
A dohány fő alkaloidja a nikotin, míg a nornikotin, anatabin és az<br />
anabasin mellékalkaloidok. E vegyületek mindegyike tartalmaz egy<br />
piridin gyűrűt. Ezen kívül a nikotinban és a nornikotinban egy<br />
pirrolidin, míg a anatabin és az anabasin esetében<br />
tetrahidropirimidin gyűrű található.<br />
Valamennyi dohány alkaloid bázikus sajátságú, olajos anyag.<br />
A nikotin kis mennyiségben serkenti az agyat. Ennek köszönhető a<br />
dohányzás megszokása. Nagyobb mennyiségben azonban erős<br />
idegméreg, ezért rovarölő szerként is használják.<br />
N<br />
CO<strong>OH</strong><br />
N<br />
O<br />
N<br />
higrin<br />
cuscohigrin<br />
A higrin és a cuscohigrin a koka cserje mellék alkaloidjai.<br />
Jelentőségük eltörpül a koka cserjében található tropán<br />
vázas alkaloidok mellett<br />
187
Tropánvázas alkaloidok<br />
A tropán vázas alkaloidik közös alapváza a 8-azabiciklo[3.2.1]oktán. Ezen alkaloidok legtöbbje a<br />
Solanaceae családhoz tartozó növényekben fordul elő.<br />
N<br />
O<br />
O<br />
atropin<br />
<strong>OH</strong><br />
N<br />
O<br />
O<br />
O<br />
kokain<br />
O<br />
N<br />
O<br />
ecogonin<br />
<strong>OH</strong><br />
<strong>OH</strong><br />
O<br />
N<br />
O<br />
O<br />
scopolamin<br />
A B C D<br />
<strong>OH</strong><br />
R 1<br />
O<br />
N<br />
O<br />
O<br />
catuabin A-D<br />
O<br />
R<br />
R<br />
H 3 CO<br />
OCH 3<br />
OCH 3<br />
H 3 CO<br />
OCH 3<br />
OCH 3<br />
N<br />
H<br />
N<br />
H 3 C<br />
R 1<br />
N<br />
H 3 C<br />
N<br />
H 3 C<br />
N<br />
H<br />
188
Maszlagos nadragulya<br />
(Atropa belladona)<br />
N<br />
Atropin<br />
O<br />
O<br />
<strong>OH</strong><br />
atropin<br />
A növényekben szekunder<br />
anyagcseretermék, gyógyszerként<br />
számos hatása van. A muszkarinos<br />
acetilkolin receptoron kompetitív<br />
antagonista. Mivel potenciálisan<br />
halálos méreg, Atroposzról, a<br />
Moirák egyikéről kapta a nevét; a<br />
görög mitológiában ő döntötte el ki<br />
hogy fog meghalni.<br />
Agonisták: azok az anyagok, amelyek valamely receptorhoz kötődnek, és azon biológiai válaszreakciót<br />
idéznek elő. Az agonisták valamely endogén ligand (hormon vagy neurotranszmitter) hatását utánozzák<br />
azzal, hogy ugyanazon receptorhoz kötődnek.<br />
Antagonisták: azok a vegyületeket, amelyek megakadályozzák az agonisták által kiváltott hatásoknak a<br />
létrejöttét azáltal, hogy a receptorhoz kötődnek.<br />
A szemészetben az atropint sugárizom-bénítónak használják, mert átmenetileg bénítja az alkalmazkodási<br />
reflexet, valamint pupillatágítóként. Mivel az atropin hatása lassan cseng le (2-3 nap), ma már inkább a<br />
tropicamideot vagy a phenylephrinet (α-adrenerg agonista) használják pupillatágítóként Az atropin hatásai<br />
két hétig is eltrarthatnak.<br />
Az acetilkolin a paraszimpatikus idegrendszer fő neurotranszmittere.<br />
Az atropint alkalmazzák idegmérgek mint például a Tabun (GA), Sarin (GB), Soman (GD) and VX<br />
antidótumaként is.<br />
189
Erythroxylum coca<br />
N<br />
O<br />
O<br />
O<br />
O<br />
kokain<br />
Kokain<br />
A kokain helyi érzéstelenítő gyógyszer<br />
valamint drog. Ezt az alkaloidot ma már csak a<br />
fül-orr-gégészek használják a központi<br />
idegrendszert erősen izgató hatása miatt.<br />
Az anyagot a dél-amerikaikokacserje<br />
(Erythroxylon coca) leveleiből vonják ki. A<br />
legtöbb országban kábítószerlistán szerepel,<br />
használata az ellenőrizhetetlen mellékhatások<br />
miatt tiltott.<br />
A kokain erős tudatmódosító hatású szer, használatának több – a használók által is nemkívánatosnak<br />
tartott – mellékhatása van. A legnevezetesebb a „rovarhatás”: a kokainisták a szer hatása alatt úgy<br />
érzik, „mintha bogarak mászkálnának a bőrük alatt” (ezeket a szakirodalom „kokainbogaraknak”<br />
nevezi, bár természetesen nem valódi, létező rovarokról, hanem érzékcsalódásról van szó.)<br />
A kokain közvetlen hatását az agyban fejti ki. Főképpen a dopamin és a szerotonin nevű ingerületátvivő<br />
anyagokra hat. Mindkettő az idegsejtek kommunikációjáért felel. Előbbit alapesetben egy<br />
specializált protein, az úgynevezett dopamin transzporter szállítja vissza a helyére, miután az elvégezte<br />
feladatát. A kokain pont ezt a visszavételt gátolja meg, így a dopamin egyre csak szaporodik a<br />
szinapszisban, ettől alakul ki az eufória. A szerotoninra gyakorolt hatása, és annak szerepe még nem<br />
teljesen tisztázott.<br />
Élettani hatásai kis- és közepes mennyiség (20-99mg) esetén: az étvágy csökken, a pulzus és vérnyomás<br />
emelkedik, a vérerek szűkülnek, a testhőmérséklet emelkedik, a pupillák kitágulnak az energia-szint<br />
növekszik.<br />
Élettani hatásai nagy mennyiség (>100mg) esetén: minden hatás a kis- és közepes mennyiségekből;<br />
valamint sokkal intenzívebb élmény (dózisfüggő), esetlegesen bizarr, kiszámíthatatlan viselkedés<br />
paranoia, izomgörcsök, szédülés, HALÁL<br />
190
H 2 N<br />
NH 2<br />
dekarboxilezõdés<br />
CO<strong>OH</strong><br />
ornitin<br />
H 2 N<br />
putreszcin<br />
NH 2<br />
deaminálás<br />
oxidáció<br />
O<br />
NH 2<br />
4-aminobutanal<br />
CO<strong>OH</strong><br />
Schiff bázis<br />
képzés<br />
N<br />
N<br />
N<br />
N<br />
N<br />
N-metilezés<br />
(metionin)<br />
N<br />
nikotin<br />
O<br />
CO<strong>OH</strong><br />
acetecetsav<br />
N<br />
COOCH 3<br />
N<br />
CO<strong>OH</strong><br />
kokain<br />
O<br />
O<br />
O<br />
N<br />
<strong>OH</strong><br />
O<br />
O<br />
atropin<br />
191
Piridinvázas alkaloidok<br />
A piridin vázas alkaloidok közé számos vegyület sorolható. Ezek közül csak néhánnyal ismerkedünk<br />
meg.<br />
O<br />
O<br />
piperin<br />
O<br />
N<br />
A piperin a feketebors fő alkaloidja, ami szerkezeti szempontból egy karbonsav amid. Piperin számos<br />
enzim inhibitora mint például a CYP3A4 and és a P-glikoprotein melyeknek fontos szerepe van a<br />
xenobiotikumok metabolizmusában és transzportjában. Számos a gyógyszerek metabolizmusában<br />
szerepet játszó enzimnek is inhibitora, így fontos hatása van a gyógyszerek biológiai<br />
hasznosíthatóságában.<br />
N<br />
H<br />
koniin<br />
A bürök a petrezselyemhez hasonló, de annál nagyobb, fehér<br />
virágú növény. Magassága 100–120 cm vagy még magasabb,<br />
gyakorlatilag a világon mindenütt előfordul mint mezei<br />
gyomnövény. Fő hatóanyaga a koniin, mely a növény minden<br />
részében benne van Hatására először az alsó végtagok bénulnak<br />
meg, majd ez felfelé halad, végül teljes öntudat mellett<br />
légzésbénulás miatt beáll a halál.<br />
A régi görög törvénykönyvekben a „bürökpohár” a kiszabható<br />
halálbüntetés egyik nemeként szerepelt, Szókratészt ezzel<br />
végezték ki.<br />
192
Kinolinvázas alkaloidok<br />
N<br />
N<br />
HO N<br />
HO N<br />
H<br />
O<br />
H<br />
O<br />
O<br />
N H<br />
O N H<br />
O<br />
H<br />
N<br />
N<br />
O<br />
O<br />
kinin<br />
kinidin<br />
sztrichnin<br />
brucin<br />
A kinin lázcsillapító, fájdalom csillapító és gyulladás csökkentő hatású alkaloid. Ez volt<br />
vegyület, amit a malária kezelésére alkalmaztak. A kinidin a kinin sztereoizomerje.<br />
O<br />
H<br />
az első<br />
A sztrichnin nagyon erős méreg, amit növényvédőszerként is alkalmaztak (rágcsálók ellen).<br />
A sztricnin mérgezés végzetes lehet az ember számára. A szervezetbe belélegzés, lenyelés útján<br />
kerülhet be, azonban a szem és a száj nyálkahártyáján keresztül is felszívódhat. A márgezés során<br />
nagyon látványos és fájdalmas tünetek - viszonylag lassú és kellemetlen halált a vázizomzat és a<br />
légzorendszer megbénításával idézi elő - jelentkeznek - ezért népszerű az irodalomban és a<br />
filmművészerben.<br />
A brucin jóllehet szerkezetileg hasonló a sztrichninhez, azonban kevésbé toxikus vegyület.<br />
Az ábrán szereplő bázisok mivel királis vegyületek, ezért rezolválószerként alkalmazhatóak királis<br />
karbonsavak racém elegyeinek az elválasztására.<br />
A kinin élelmiszeripari felhasználása: számos<br />
üditőital, mint például a tonik ízesítője, de a<br />
vermutban is adalékanyagként alkalmazzák.<br />
193
Fenetilamin vázas protoalkaloidok<br />
Fenilalaninból és tirozinból az egyszerűbb felépítésű protoalkaloidok (pl. efedrin, meszkalin) mellett<br />
bonyolult szerkezetű izokinolingyűrűs alkaloidok is képződnek.<br />
Az efedrin egy ősi gyógynövényben, a csikófarkban (Ephedra vulgaris) fordul elő, és érszűkítő, valamint<br />
görcsoldó hatása miatt orrcseppekben alkalmazzák.<br />
<strong>OH</strong><br />
H<br />
N<br />
O<br />
NH 2<br />
CH 3<br />
O<br />
O<br />
efedrin<br />
meszkalin<br />
A meszkalin Mexikóban honos kaktuszfaj (Anhalonium lewinii) hallucinogén hatóanyaga. Igen intenzív és<br />
sokrétű pszichedelikus élményt nyújthat. Elfogyasztás után kb. 1 órával kezd hatni, és 6-12 óra hosszan<br />
tart. Néha előfordul, hogy a teljes visszatérés ezután még 10-12 órát is várat magára. A kezdeti fázisban<br />
kellemetlen fizikai hatások tapasztalhatók: légzési nehézségek, izommerevség, émelygés, hányinger.<br />
A meszkalin tartalmú kaktuszok aktív hatóanyagai közül egyedül a meszkalinnak van pszichedelikus<br />
hatása; de ez nem jelenti azt, hogy a többi hatóanyag ne módosítaná az élmény természetét.<br />
Legjellemzőbb mentális élmények: nyugalom, az élettel való egység érzése, felfokozott figyelem, gyorsan<br />
változó gondolati folyamatok, csukott szemmel látható képek, nyitott szemmel látható képi változások.<br />
194
A dopamin<br />
HO<br />
HO<br />
NH 2<br />
HO<br />
HO<br />
NH 2<br />
CO<strong>OH</strong><br />
dopamin<br />
levodopa<br />
A dopamin testben termelődő vegyület, mely az idegrendszerben neurotranszmitter szerepet tölt be,<br />
aktiválva a dopamin-receptorokat. Az agyban neurohormonként van jelen, s a hipotalamusz termeli.<br />
Szerepe hormonként, hogy gátolja a prolaktin felszabadulást.<br />
Gyógyszerként is használható, mely a szimpatikus idegrendszerre fejti ki hatását, emelve a pulzust és a<br />
vérnyomást. A dopamin nem képes átjutni a vérereken, kábítószerként vagy gyógyszerként való<br />
használata nem befolyásolja közvetlenül a központi idegrendszert. Ahhoz, hogy bizonyos betegségekben<br />
(pl Parkinson-kór) szenvedő betegeknek a dopamin-szintjét növeljük, annak szintetikus prekurzorát (L-<br />
Dopa, másnéven levodopa), amolyan elő-dopamint adnak be, mivel ez képes átjutni a vér-agy gáton.<br />
Agyi szerepe: több funkciója van az agyban, mégis messze a legfontosabb az agyi jutalmazó hatása.<br />
Akkor aktiválódik, ha valamilyen pozitív hatás éri az élőlényt.<br />
Mozgás: a dopamin a szerepet játszik a mozgás koordinációban. Szerepet játszik a Parkinson kór<br />
kialakulásában<br />
Észlelés: Az elülső lebenyben a dopamin kontrollálja az információáramlást. Ebben a régióban a dopaminrendellenesség<br />
hanyatlást idézhet elő olyan funkciókban, mint emlékezés, figyelem, valamint<br />
problémamegoldó-képesség.<br />
Szabályozás: a dopamin a legfontosabb neuroendikrín, mely szerepet játszik az agyalapi mirigy elülső<br />
lebenyének prolaktin elválasztásában, melyeket az itt található laktotróp-sejtek termelnek, méghozzá -<br />
dopamin hiányában- folyamatosan.<br />
Motiváció és gyönyör: A dopamint többnyire az agy örömközpontjával hozzák kapcsolatba, ahol élvezetet,<br />
örömet stimulál, hogy motiválja a személyt bizonyos cselekedetek végrehajtására, hogy így még több<br />
dopaminhoz jusson.<br />
195
Amfetamin és származékai<br />
NH 2<br />
H<br />
N<br />
O<br />
NH 2<br />
O<br />
H<br />
N<br />
CH 3<br />
CH 3<br />
O<br />
CH 3<br />
O<br />
CH 3<br />
amfetamin<br />
metamfetamin<br />
MDA<br />
MDMA<br />
Az amfetamin az alkaloidok közé tartozó, mesterségesen előállított szerves vegyület, melyet korábban<br />
elterjedten használtak gyógyszerek alapanyagaként, újabban viszont inkább mint stimuláló (élénkítő)<br />
hatású kábítószer ismert.<br />
Az amfetamin elnevezés – bár eredetileg csak egy vegyületet neveztek el így – mégsem pontos,<br />
ugyanis manapság értjük alatta ezen vegyület származékait, illetve a farmakológiában a hasonló<br />
biológiai hatású (bár kémiailag esetleg eltérő jellegű) drogokat, gyógyszereket is. Az<br />
amfetaminszármazékok közé tartozik maga az amfetamin is, valamint a metamfetamin ("Speed"),<br />
metiléndioxi-amfetamin (MDA) és a metiléndioxi-metamfetamin (MDMA, "Ecstasy", "Adam" stb.) is.<br />
Az amfetamin típusú szerek hatásai: stimuláló (élénkítő); anorexigén (étvágycsökkentő hatás);<br />
entaktogén (társas kapcsolatokat könnyítő). Az amfetaminszármazékok felszabadítják az<br />
idegvégződésekben a szerotonin, a dopamin valamint a noradrenalin raktárakat, egyben gátolják ez<br />
utóbbi két hírvivő-molekula visszavételét. Nagy dózisban pedig még ezek enzimatikus lebontását is<br />
megakadályozzák (MAO-gátlók). A végerdmény tehát a serkentő hatású ingerület-átvivő anyagoknak a<br />
megnövekedett mennyisége.<br />
NH 2<br />
HO<br />
NH 2<br />
HO<br />
HO<br />
<strong>OH</strong><br />
NH 2<br />
HO<br />
<strong>OH</strong><br />
H<br />
N<br />
HO<br />
dopamin<br />
N<br />
H<br />
szerotonin<br />
HO<br />
noradrenalin<br />
HO<br />
adrenalin<br />
196
Izokinolinvázas alkaloidok<br />
A mákfélék (Papaveraceae) családjába tartozó növényekből izolálható alkaloidok többsége izokinolin<br />
gyűrűt tartalmazó származék, mely vegyületek bioszintézise a növényekben tirozinból indul ki. A<br />
bioszintézis kulcsintermedierje a dopamin és a p-hidroxifenil-acetaldehid Manninch-kondenzációjával<br />
keletkező (S)-norkoklaurin, amely több lépésben (R)-retikulinná alakul.<br />
HO<br />
CO<strong>OH</strong><br />
HO<br />
dopamin<br />
NH 2<br />
HO<br />
HO<br />
H<br />
NH<br />
HO<br />
NH 2<br />
CHO<br />
HO<br />
HO<br />
4-hidroxibenzaldehid<br />
(S)-norkoklaurin<br />
O<br />
HO<br />
H<br />
NH<br />
O<br />
HO<br />
NH<br />
O<br />
HO<br />
H<br />
NH<br />
O<br />
O<br />
O<br />
(S)-retikulin<br />
enamin<br />
(R)-retikulin<br />
197
<strong>OH</strong><br />
O<br />
O<br />
N<br />
O<br />
N<br />
O<br />
HO<br />
O<br />
N R<br />
H<br />
OR<br />
R = H morfin<br />
R = CH 3 kodein<br />
O<br />
tebain<br />
izotebain<br />
O<br />
O<br />
O<br />
O<br />
N<br />
O<br />
NH<br />
HO<br />
H<br />
O<br />
(R)-retikulin<br />
O<br />
HO<br />
H<br />
H<br />
N<br />
O<br />
kelidonin<br />
O<br />
O<br />
papaverin<br />
O<br />
O<br />
O<br />
N<br />
N<br />
O<br />
O<br />
N<br />
berberin<br />
O<br />
O<br />
O<br />
O<br />
O<br />
röadin<br />
O<br />
O<br />
O<br />
O<br />
O<br />
O<br />
narkotin<br />
O<br />
198
199
200
A máknövény főalkaloidját, a morfinánvázas morfint 1930-ig kizárólag az éretlen máktok bemetszésekor<br />
kifolyó tejnedvből, az ún. ópiumból nyerték ki, de azt követően Kabay János magyar gyógyszerésznek<br />
köszönhetően, a kicsépelt száraz máktok és mákszalma lett a fontos gyógyszer előállításának alapanyaga.<br />
N<br />
<strong>OH</strong><br />
O<br />
<strong>OH</strong><br />
morfin<br />
Kabay János<br />
1896. 12. 27. – 1936. 01. 29.<br />
A morfin káros mellékhatásai (hozzászokás, eufória stb.) ellenére a mai gyógyászatnak is nélkülözhetetlen<br />
fájdalomcsillapítója. A morfin tömény savas közegben történő hevítése vízvesztéssel járó morfinán →<br />
aporfin vázátrendeződéshez vezet. A képződő apomorfint korábban hánytatószerként alkalmazták, a<br />
legutóbbi időben az impotencia gyógyszereként került forgalomba.<br />
<strong>OH</strong><br />
N<br />
O<br />
N<br />
<strong>OH</strong><br />
<strong>OH</strong><br />
<strong>OH</strong><br />
morfin<br />
apomorfin<br />
201
A kodein gyenge fájdalomcsillapító hatású köhögéscsillapító. A tebain jelentéktelen analgetikus hatása<br />
miatt közvetlenül nem használható gyógyszerként, de számos félszintetikus készítményt lehet belőle<br />
előállítani, pl. a kábítószerbetegek gyógykezelésére alkalmas naloxont és a buprenorfint.<br />
HO<br />
N<br />
O<br />
O<br />
N<br />
O<br />
O<br />
N<br />
<strong>OH</strong><br />
O<br />
O<br />
O<br />
O<br />
O<br />
noloxan<br />
tebain<br />
buprenorfin<br />
Vérehulló fecskefű<br />
O<br />
O<br />
HO<br />
H<br />
N<br />
H<br />
kelidonin<br />
O<br />
O<br />
röadin<br />
A vérehulló fecskefüvet (Chelidonium majus) a népi gyógyászat a szemölcs eltávolítására használta.<br />
Alkaloidja a benzofenantridinvázas kelidonin citotoxikus hatású.<br />
A pipacs (Papaver rhoeas) forrázatát szemborogatásra használták, hatóanyaga a benzazepin gyűrűt<br />
tartalmazó röadin fokozza a szem belső nyomását.<br />
202<br />
O<br />
O<br />
N<br />
O<br />
O<br />
O<br />
O
A máknövény benzilizokinolin-vázas alkaloidjai közül a gyógyászatban a papaverin és<br />
származékai, mint simaizomgörcsoldók kerülnek alkalmazásra.<br />
O<br />
O<br />
N<br />
O<br />
O<br />
N<br />
<strong>OH</strong><br />
O<br />
O<br />
H<br />
N<br />
H<br />
O<br />
O<br />
O<br />
O<br />
H<br />
HN<br />
H<br />
O<br />
No-Spa<br />
berberin<br />
O<br />
emetin<br />
A berberin legnagyobb mennyiségben a sóskaborbolyában (Berberis vulgáris) fordul elő. Biológiai<br />
hatása igen széles körű, többek között antibakteriális és citotoxikus hatást is mutat.<br />
A galajfélék (Rubiaceae) családjába tartozó hánytatógyökér (Cephaelis ipecacuanha) vizes<br />
kivonatát régóta használják köptetőszerként és a vérhas gyógyítására. Hatóanyaga a<br />
benzokinolizidin gyűrűt tartalmazó emetin<br />
Az ópiumszármazékokat, mint fájdalomcsillapítókat az orvostudomány nem nélkülözhette és sok<br />
esetben ma sem nélkülözheti. Bár nagyon sok szintetikus morfiumszármazékot sikerült előállítani,<br />
s majd mindegyiket valamilyen célra fel is használja az orvostudomány (némelyiket<br />
fájdalomcsillapítóként, másokat a műtéti érzéstelenítés során), de olyat még ez ideig nem sikerült<br />
találni, amelyik ha a morfiumnál kisebb mértékben is, de ne okozzon megszokást.<br />
203
Heroin<br />
Az ópiátok családjába tartozik, tehát az ópium finomított és módosított változata. 1874-ben állították<br />
elő először. Az 1900-as években terjedt el a heroin mint kábítószer. Az 1920-as években hoztak<br />
korlátozásokat, törvényeket használatának visszaszorítására. Napjainkban legnagyobb mennyiségben<br />
Afganisztánban termesztik a heroin alapanyagául szolgáló mákot.<br />
N<br />
O<br />
O<br />
O<br />
O<br />
N<br />
O<br />
O<br />
heroin<br />
metadon<br />
A heroin a szervezetbe jutva rendkívül gyorsan hat. A kialakuló állapot ismerős, megszűnik a belső<br />
feszültség, s túláradó önbizalom, eufória foglalja el a helyét. Ebben tehát a másik két szerhez<br />
viszonyítva nincs különbség. Más azonban a hatás időtartama, míg az ópium vagy a morfium<br />
hatása kb. tíz óráig is eltart, addig a heroiné csak három órán keresztül. Az igazán tragikus<br />
különbség azonban abban van, hogy a heroin után vágy (mind a testi, mind a lelki függőség<br />
következményeként) a leghatalmasabb valamennyi ópiumszármazék közül.<br />
A metadon (INN: methadone) egy szintetikus opoid, fájdalom- és köhögéscsillapító, 1937-ben<br />
állította elő először Max Bockmühl és Gustav Ehrhart német kutató. Függőséget okoz, de elvonási<br />
tünetek csak 2-4 nap elteltével jelentkeznek, és rendszerint enyhék. Kereszt-tolerancia révén<br />
eredményesen csökkenti a heroin megvonásakor keletkező súlyos tüneteket, ezért alkalmazzák<br />
elvonókúrák során (Dole-Nyswander módszer). A pácienseket először metadonra állítják át, majd<br />
fokozatosan csökkentve az adagot teljesen megszüntetik a kábítószer adását.<br />
204
Indolvázas alkaloidok<br />
A ma ismert alkaloidok többsége indolvázat tartalmaz, és triptofánból képződik. A növények közül<br />
különösen a tárnicsvirágúak (Gentianales) rendjébe sorolható télizöldfélék (Apocynaceae), a<br />
sztrichninfafélék (Loganiaceae) és a galajfélék (Rubiaceae) családjába tartozó növények termelnek<br />
monoterpén-indol alkaloidokat.<br />
N<br />
H<br />
H<br />
N<br />
H<br />
N<br />
N<br />
H<br />
H<br />
H<br />
H 3 COOC<br />
<strong>OH</strong><br />
N<br />
H 3 COOC<br />
<strong>OH</strong><br />
N<br />
H 3 CH 2 COOC<br />
johimbin<br />
vinkamin<br />
Cavinton<br />
A kongói johimbefa (Coryanthe yohimbe) kérgét afrodiziákumként használták. Hatóanyaga a johimbin a<br />
fehér kvebracsófa (Aspidosperma quebracho-blanco) kérgében is megtalálható.<br />
A télizöldfélék családjába tartozó kis télizöld (Vinca minor) fő alkaloidja a vinkamin.<br />
Vérnyomáscsökkentő hatású, a gyógyászatban egyik származéka az etil-apovinkaminát (Cavinton®)<br />
keringésjavító szerként kerül forgalomba, ami a hazai gyógyszeripar egyik legsikeresebb készítménye.<br />
205
Ergotalkaloidok<br />
Az anyarozs (Secale cornutum) a Claviceps purpurea nevű gomba által okozott fertőzés a<br />
gabonaszemeken. Szokás a vegyületeket az anyarozs angol és francia neve az ergot után<br />
ergotalkaloidoknak is nevezni. Az anyarozsból több mint 30 alkaloidot izoláltak, ezek között több<br />
sztereoizomer pár is található. A vegyületek többsége vagy savamid- (pl. az ergometrin), vagy<br />
peptidszerkezetű (pl. az ergotamin). A vegyületek erélyes lúgos hidrolízisének közös lebontási terméke a<br />
lizergsav, vagy annak C-8 epimere, az izolizergsav. Az anyarozsban található epimerpárok közül csak a<br />
lizergsavszármazékok mutatnak élettani hatást. Így például, a méhizomzatra kifejtett összehúzó hatásuk<br />
miatt a szülések utáni vérzések csillapítására használják.<br />
A lizergsav dietilamidja az LSD szintetikus termék, ami erős hallucinogén hatású.<br />
O<br />
N<br />
N<br />
O<br />
O<br />
O<br />
<strong>OH</strong><br />
NH<br />
ergotamin<br />
N<br />
H<br />
N H<br />
HO<br />
O<br />
H<br />
N<br />
H<br />
lizergsav<br />
N<br />
H<br />
HO<br />
O<br />
H<br />
N<br />
H<br />
izolizergsav<br />
N<br />
H<br />
<strong>OH</strong><br />
N<br />
H<br />
N<br />
H<br />
N<br />
O H<br />
LSD<br />
N<br />
H<br />
N<br />
H<br />
ergometrin<br />
N<br />
H<br />
206
Xantinvázas alkaloidok<br />
HN<br />
O<br />
H<br />
N<br />
N<br />
O<br />
N<br />
HN<br />
O<br />
N<br />
N<br />
O<br />
H<br />
N<br />
N<br />
O<br />
N<br />
O<br />
N<br />
H<br />
N<br />
O<br />
N<br />
N<br />
O<br />
N<br />
N<br />
O<br />
N<br />
N<br />
O<br />
N<br />
H<br />
N<br />
xantin<br />
koffein<br />
teobromin<br />
teofillin<br />
paraxantin<br />
A koffein a kávé (1-1,5%), tea (2-5%) és kóladió (kb. 1,5%) alkaloidja. Kis mennyiségben a kakaóbab is<br />
tartalmazza. A központi idegrendszert izgatja (különösen az agykérget), élénkíti a szívműködést, javítja<br />
a szellemi funkciókat, csökkenti a fáradtságot és álmosságot. Az izmok teljesítőképességét fokozza. Az<br />
agyalapi vegetatív központok izgatása révén emeli a testhőmérsékletet, a mellékveséből adrenalint<br />
mobilizál, hatására a vese erek tágulása miatt fokozódik a vizelet kiválasztás. A nem kábító<br />
fájdalomcsillapítók hatását erősíti (elsősorban fejfájás esetén hatásos).<br />
A teobromin a kakaó és a csokoládé főalkaloidja. A csokoládé 0,5-2,7% teobromint tartalmaz. Kis<br />
mennyiségben jelen van a kóladióban (1.0-2.5%), a teanövényben is. Az emberi májban a koffein 10%-<br />
ban teobrominná, 4%-ban teofillinné, és 80%-ban paraxantinná metabolizálódik<br />
A teofillint légúti betegségek úgymint krónikus obstruktív tüdőbetegség és asztma kezelésére<br />
használnak. A teában is megtalálható csekély mennyiségben (~1mg/l), ami sokkal kisebb a terápiás<br />
adagnál.<br />
Hatásai: a hörgők simaizmainak ellazítása; pozitív inotróp hatás (a szívizom kontraktilitásának és<br />
hatékonyságának növelése); pozitív kronotróp hatás (a szívfrekvencia növelése); vérnyomás emelés;<br />
a vese véráramlásának fokozása; gyulladáscsökkentő hatás<br />
207
Mi az alkaloidok szerepe a növényekben?<br />
208
Fizikai és kémiai „hadviselés”<br />
• emészthetetlen sejtfal: cellulóz, lignin ,kallóz (b-1,3 kötésekkel összekapcsolódó glükóz polimer)<br />
• hidrofób réteg, ami megakadályozza a kórokozók behatolását, és a növények kiszáradását.<br />
• vastag kéreg a gyökereken, és a szárakon? Vízvesztés megakadályozása, mikrobák és növényevők<br />
távoltartása<br />
• tüskék, tövisek, „szőrök” (kémiai anyagokkal töltve) a növényevők ellen<br />
• gyanták, mézszerű ragacsok<br />
• nagyfokú regenerációs képesség<br />
• Proteinek, enzimek:<br />
• Kitináz (gombák ellen)<br />
• b-1,3-glükanázok (baktériumok ellen)<br />
• peroxidázok, fenoláziok, proteáz inhibitorok;<br />
• toxalbuminok: toxikus proteinek<br />
Leucoagglutinin<br />
Vicia faba (lóbab)<br />
Ricinus communis<br />
ricin<br />
209
• Több mint 100000 másodlagos anyagcsereterméket (secondary metabolits) izoláltak eddig a<br />
növényekből.<br />
• Ezeknek a vegyületeknek egy prominens csoportját alkotják az alkaloidok, melyek száma<br />
meghaladja a 21000!<br />
• Ez csak a természetes forrásból izolált vegyületeket jelenti, nincsenek benne az előállított<br />
származékok.<br />
• Egyéb N tartalmú vegyületek is ismertek: ~ 700 nem fehérjealkotó aminosav; ~ 100 amin; ~ 60<br />
cianogén glikozid; ~100 glükózinolát; ~ 150 alkilamid<br />
R<br />
O H<br />
glükóz<br />
CN<br />
RCHO + glükóz + HCN<br />
Golgotavirág (passiflora kermesina)<br />
HO HO<br />
<strong>OH</strong><br />
O<br />
<strong>OH</strong><br />
S<br />
R<br />
O<br />
O S<br />
N O<br />
O<br />
glükózinolát<br />
210
Magas fehérjetartalma miatt jó álattakatmány! DE!<br />
Quinolizidin alkaloidokat tartalmaz (2 – 6%) – neorotoxikus<br />
Édes farkasbab alkaloid tartalma kisebb mint 0.02%!! DE!<br />
Farkasbab<br />
(lupin)<br />
Általában az alkaloidok multifunkcionálisak biológiai hatás szempontjából.<br />
Nem csak növényekben képződnek, baktériumok, gombák, tengeri szivacsok, emlősök is<br />
termelhetek.<br />
211
212
213
Tumor ellenes alkaloidok a klinikai használatban, vagy kipróbálás alatt.<br />
• 6 000000 új megbetegedés / év<br />
• sejtek kontrollálatlan burjánzása<br />
• USA-ban a vezető halálok<br />
• vinka alkaloidok és camptothecin és taxol származékok jelentős tumor ellenes<br />
aktivitással rendelkeznek.<br />
214
• A vinkaalkaloidok biokémiai hatása sokrétű:<br />
• mikrotubulusok rombolása<br />
• protein és nukleinsav szintézis gátlása<br />
• befolyásolja a lipid metabolizmust és a membránok lipid tartalmát<br />
Mintegy 150 terpenoid és alkaloid származékot<br />
izoláltak belőle.<br />
Catharanthus roseus<br />
Vinca / rózsameténg<br />
215
Camptothecin és analogjai<br />
Camptotheca acuminata<br />
Happy tree; Cancer tree;<br />
Tree of Life<br />
Főzete daganatellenes hatással rendelkezik. Belőle izolálták a Camptothecin-t<br />
Az 1960-as években írták le a vegyület daganatellenes hatását in vitro körülmények között, azonban<br />
egészen a 80-as évek közepéig lényeges előrelépés nem történt. Ekkor fedezték fel, hogy a vegyület a<br />
topoizomeráz enzim inhibitora<br />
216
Multidrog rezisztencia<br />
A cinkona alkaloidok (kinin, cinkonin) mint malária ellenes vegyületek váltak ismerté, azonban felfedezték<br />
azt is, hogy a daganatos megbetegedésben szenvedő betegek esetében sikeresen vissza lehet velük<br />
fordítani a fellépő multidrog rezisztenciát (MDR). Pgp inhibitorok (P-glikoproteinek – bélrendszerben<br />
találhatóak; biológiailag aktív vegyületek eliminációjáért felelős fehérjék é transzportfehérjék)<br />
HO<br />
N<br />
HO<br />
N<br />
O<br />
N<br />
kinin<br />
cinkonin<br />
Klinikai I./II. fázis vizsgálatai azt mutatták, hogy a kinint együtt alkalmazva különböző<br />
kemoterapetikumokkal (mitoxantrone, vincristine, adriamycin, vagy paclitaxel) kedvező hatás érhető<br />
el rezisztens akut leukémia, tüdő daganat, és non-Hodgkin limfóma esetében.<br />
Későbbi klinikai vizsgálatok azt is kimutatták, hogy a cinkonin hatékonyabb a kininnél a mint<br />
multidrog rezisztenciát csökkentő szer. Klinika I. fázisban sikeresen alkalmazták doxorubicin,<br />
vinblastine, cyclophosphamide, és methilprednisolonnal kombinálva.<br />
A fejlesztések ezután olyan származék előállítására fókuszálódott, amely szelektív Pgp inhibitor<br />
hatással rendelkezik. Így jutottak el az MS-209 vegyülethez, amely szelektív Pgp inhibitor, és nincs<br />
daganatellenes hatása. Továbbá toxicitása is kicsi 2000mg/kg.<br />
N<br />
O<br />
N<br />
N<br />
HO<br />
O<br />
N<br />
X<br />
HOOC<br />
CO<strong>OH</strong><br />
MS-209<br />
217
Alkaloidok a daganatos megbetegedések megelőzésében<br />
celecoxib (28)<br />
tamoxifen (29)<br />
cyclooxygenase-2 inhibitor<br />
aromatase inhibitors<br />
anastrozole (30), letrozole (31), exemestane (32)<br />
capsaicin (33)<br />
brassinin (34)<br />
sulforaphane (35), monofunctional<br />
phase 2 enzim aktivátor.<br />
suforamate (36) – 1/3 toxicitás<br />
Indole-3-carbinol (37): brokkoli,<br />
karfiol<br />
218
Neurotoxikus alkaloidok a cianobaktériumból<br />
A cianobaktériumok (Cyanobacteria) egy baktériumtörzs, amelyet korábban kékmoszatok (Cyanophyta)<br />
néven a növények soroltak az ide tartozó fajok megjelenése és életmódja alapján. Fotoszintetizálnak és<br />
sok faj képez fonál, lemez vagy tömlő alakú telepet. Sejtjeik klorofillt, valamint kék vagy piros színanyagot<br />
tartalmaznak. Vízben vagy nedves helyeken élnek, egyesek növények szövetüregeiben. Vannak fajok,<br />
amelyek zuzmók felépítésében vesznek részt. Mintegy 2000 faj tartozik ide.<br />
A cianobaktériumoknak mintegy 40 nemzetsége ismert, amelyek az édes és tengervízben élve<br />
toxinokat termelnek. Ezeket a toxinokat a gerincesekben kifejtett hatásuk alapján lehet<br />
csoportosítani:<br />
• hepatotoxins (pl: microcystin, nodularin)<br />
• általános toxinok (pl: cylindrospermopsin)<br />
• neurotoxinok (pl: anatoxins, saxitoxins)<br />
• irritánsok és dermatoxinok (pl: lipopolyszaharidok és lyngbyatoxin)<br />
microcystins, nodularins, anatoxins, saxitoxins, és cylindrospermopsin potenciális veszélyforrás<br />
az emberekre. Az ivó és fürdővizek monitorozása nagyon fontos.<br />
219
220
221
Vitaminok<br />
A vitaminok az emberi szervezet számára nélkülözhetetlen, kis molekulájú, különféle kémiai<br />
összetételű biológiailag aktív szerves vegyületek.<br />
Az emberi szervezetbe a vitaminokat a táplálékkal kell bevinni. A vitaminok közül egyesek a<br />
kémiailag hozzájuk hasonló szerkezetű anyagból, az elővitaminokból (provitaminok) képződnek.<br />
Antivitaminok (vitamin-antagonista):a vitaminokhoz hasonló szerkezetű antimetabolitok, amelyek a<br />
koenzimként működő vitaminnak a helyét elfoglalják, ennek következtében az enzim biológiailag<br />
hatástalanná válik. Vitaminhiányt, ill. vitaminelégtelenséget okoznak (pl: K-vitamin – szalicilsav).<br />
Vitaminhiányos táplálkozás esetén kóros tünetek jelentkezhetnek: enyhébb esetben a<br />
vitaminszegénység (hipovitaminózis); súlyosabb esetben vitaminhiány (avitaminózis) léphet fel.<br />
Ugyanakkor túlzott bevitelük is káros lehet, ilyenkor hipervitaminózisról beszélünk (ez pl.<br />
vitamintabletták mértéktelen szedése esetén alakulhat ki), s ez szintén súlyos betegségtünetekkel<br />
járhat.<br />
A vegyes táplálkozás általában fedezi a vitaminszükségletet, de az étrend összeállításánál<br />
nem csak arra kell törekedni, hogy a táplálék nyersanyaga vitaminban gazdag legyen, hanem<br />
figyelemmel kell lenni arra is, hogy az ételek elkészítése során – főleg a hevítés hatására – a vitaminok<br />
10-50%-a is elbomolhat, elveszhet. Az egészséges szervezet működéséhez nemcsak vitaminokra,<br />
hanem ásványi anyagokra, kofaktorokra és nyomelemekre is szükség van.<br />
222
Vitaminok csoportosítása<br />
A vitaminokat oldhatóságuk alapján két nagy csoportra oszthatjuk:<br />
•Zsírban oldódó vitaminok (lipovitaminok),<br />
•Vízben oldódó vitaminok.<br />
A két csoport tagjai között aligha van szerkezeti rokonság, de a vízben oldódó vitaminok között sem<br />
találunk ilyet. A vitaminok élettani hatására leginkább hiányuk (az avitaminózis) esetén fellépő<br />
betegségekből következethetünk.<br />
A vitaminról alkotott fogalmunk, az utóbbi évtizedek kutatásainak eredményeivel, tovább módosul,<br />
Kiderült egyes vitamin jellegű anyagokról, bár ennek ellenkezőjét gondolhatnánk, hogy más állatfajok<br />
számára egyáltalán nem nélkülözhetetlenek. Az emberben a B12-, és K-vitamin vitaminhiányos állapotát<br />
hiányos étrenddel nem lehet létrehozni, mert a normális bélbaktérium-flóra ezeket képes előállítani. Ha<br />
azonban a szervezetben felszívódási zavarok lépnek fel, ha fertőzések következtében, antibiotikumok<br />
adagolása, vagy egyes gyógyszerek kölcsönhatásainak következtében elpusztul a bélflóra – kialakulhat<br />
a hiánybetegség.<br />
Néhány hiánybetegség: skorbut (C-vitamin hiánya); angolkór (D-vitamin hiánya); farkasvakság (Avitamin<br />
hiánya).<br />
Léteznek dokumentációk arra, hogy egyes vitaminok nagy mennyiségű szedésének mellékhatásai<br />
vannak. Minél magasabb a túladagolás mértéke, annál erősebbek a mellékhatások.<br />
Kizárólag természetes élelmiszerfogyasztással általában nem érhető el a túladagolás.<br />
A vitaminok túladagolása csak ritkán okoz maradandó megbetegedést. Gyakran a vitaminkészítmények<br />
adalékanyagai okozzák a mellékhatásokat – néhány esetben maradandót is.<br />
Amerikában 2004-ben 62 562 esetet regisztráltak; a 80%-a 6 éven aluli gyermekeknél történt, 53 súlyos<br />
megbetegedés volt, de 3 halálozás is bekövetkezett. (ismeretlen mérgezéssel csupán 19 250 főt<br />
kezeltek)<br />
Mindez vezetett oda, hogy megállapították a „tolerable upper intake level”-t (UL), azt az adagot, amelyet<br />
a lakosság még a mellékhatások jelentkezése nélkül elfogyaszthat egy nap.<br />
223
224
Ez a felsorolás nem tükrözi híven a vitaminok sajátságait, és megtévesztő is lehet. Csak a természetes<br />
vegyületekre igaz, a származékaira nem.<br />
Pl: vitamin készítményekben a C-vitamin mint aszkorbinsav-palmitát van jelen, ez pedig zsírban<br />
oldódik, a K-vitamin hatású menadion-biszulfit vízben oldódik<br />
O<br />
O<br />
menadion<br />
225
226
227
228
Az A-vitamin<br />
A karotinoid származék, táplálékkal bevitt retinol gyakorlatilag teljesen felszívódik. A<br />
provitaminok vitaminná történő átalakítása során a b-karotin kb. 1/6-a, az egyéb karotinoknak csupán<br />
az 1/10-e alakul át retinollá. Mivel a karotinok fontos szerepet töltenek be a szükséglet kielégítésében,<br />
bevezették a retinol-ekvivalens fogalmát. A retinol-ekvivalens a hasonló kémiai szerkezetű, azonos<br />
biológiai hatású vegyületek közös neve.<br />
A legfontosabb A-vitamin hatású vegyületek: a retinol, retinal, és provitaminok: alfa-, bétaés<br />
gamma-karotin, egyéb karotinoidok. Biológiailag a legaktívabb a béta-karotin.<br />
Az A-vitamin szükségletet a vegyes táplálkozás fedezi. A szükséglet növekedésével kell<br />
számolni a zsíremésztés, felszívódás zavarai, vagy számos idegen anyag, gyógyszer fogyasztása<br />
esetén.<br />
A túlzott A–vitamin bevitel súlyos toxikus tüneteket okoz. Az A-vitamin hiánya a korai<br />
szakaszában az ún. farkasvakságot okozza, amikor szürkületben, vagy gyenge világítás esetén<br />
látászavar következik be. Az A-vitamin nélkülözhetetlen a szemideghártya (retina) fényérzékeny<br />
anyagának, a látóbíbornak a felépítésében.<br />
Jellemző még az A-vitamin hiányra a hámszövet-, könnymirigy-elsorvadása, a verejték- és<br />
faggyúmirigyek megbetegedése, a bőr kiszáradása, a szőrzet és a hajszálak törékenysége, kihullása.<br />
Gyermekeknél a csontosodási folyamat sérülése következtében növekedési zavar is bekövetkezhet.<br />
A felnőtt ember napi szükséglete kb. 1,5 mg (más források szerint csupán 900 µg),<br />
terhesség és a szoptatás ideje alatt 2,0-2,5 mg.<br />
Túladagolás esetén hipervitaminózis: sárgás bőrszín, hajhullás, bőrgyulladás stb. léphet fel.<br />
<strong>OH</strong><br />
229
230
A-vitamin természetes forrásai<br />
Az A-vitamin jellemző mennyisége 100 g<br />
élelmiszerben:<br />
• gabonafélék, hüvelyesek és őrleményeik,<br />
kenyerek, péksütemények: nyomokban<br />
• száraztésztákban: 0-0,04 μg<br />
• sajtos, túrós sütemények: 5-50 μg<br />
• zöldség, gyümölcs: 0-0,01 μg<br />
• vaj, margarinféleségek: 250-650 μg<br />
• húsok, húsipari termékek: 0,3-70 μg<br />
• májak, májkészítmények: 1500-1600 μg<br />
• szív, vese és készítmények: 5-500 μg<br />
• halak: 10-60 μg<br />
• tej: 30-100 μg<br />
• tojás: 350-600 μg<br />
Az A-provitamin (karotin formában) jellemző<br />
mennyisége 100 g élelmiszerben:<br />
• gabonafélék, hüvelyesek és örleményeik,<br />
kenyerek, péksütemények: 0-1,5 mg<br />
• száraztésztákban: 0-0,04 mg<br />
• sajtos, túrós sütemények: 0 mg<br />
• zöldség, gyümölcs: 0,1-12 mg (felső érték a<br />
sárgarépa)<br />
• vaj, margarinféleségek: 0,2-0,5 mg<br />
• húsok, húsipari termékek: nem jellemző<br />
• halak: 0,5-2 mg<br />
• tej: 0,005-0,1 mg<br />
• tojás: 0,5-1,2 mg<br />
231
A D-vitamin (kalciferol)<br />
A kalciferol gyűjtőnév. Több azonos biológiai hatású, de kémiailag egymástól különböző anyagot jelölnek<br />
vele. Először a csukamájolajról állapították meg, hogy gyógyítja az angolkórt, majd a napfénnyel<br />
besugárzott táplálékról is megállapították ugyanezt. Az utóbbiból kristály formájában előállított anyagot<br />
D 1 -vitaminnak nevezték el, mely kalciferolt és lumiszterint tartalmaz. Az erősebb hatású kalciferol a D 2 -<br />
vitamin nevet kapta. A további kutatások még egy anyagot fedeztek fel, a 7-dehidrokoleszterint, amely a<br />
bőrben ultraibolya sugárzás hatására, D 3 -vitaminná alakul. Az állati eredetű élelmiszerek D 3 - és D 2 -<br />
vitamint, a növényi eredetűek D 2 -vitamint tartalmaznak.<br />
HO<br />
HO<br />
<strong>OH</strong><br />
calciferol<br />
H<br />
H H<br />
lumiszterin<br />
A D-vitamin-hatású vegyületek<br />
szteroidszármazékok. Táplálkozásélettani<br />
szempontból a D 2 -<br />
HO<br />
(ergokalciferol) és a D 3 - (kolekalciferol)<br />
vitamin jelentős. Biológiai hatásukat<br />
tekintve aktívabb a D 3 -vitamin, amely a<br />
bőrben az ultraibolya sugárzás<br />
hatására keletkezik, előanyagából a 7-<br />
dehidrokoleszterinből.<br />
A D-vitamin elősegíti a kalcium és HO<br />
foszfor felszívódását a bélcsatornából,<br />
és közvetlenül befolyásolja a<br />
csontképződést.<br />
D 2 -vitamin<br />
D 3 -vitamin<br />
232
233
A D-vitamin elősegíti a kalcium és foszfor felszívódását a bélcsatornából, és közvetlenül befolyásolja<br />
a csontképződést. A szervezetbe kerülő egyes idegen anyagok (ólom, kadmium), valamint egyes<br />
gyógyszerek növelik a vitaminszükségletet. A legbőségesebb kalciferol-források a halmájolajok, máj,<br />
tojás, tej és tejtermékek, de egyes élelmiszereket (pl. gyermektápszereket, tejtermékeket,<br />
margarinokat) is D-vitaminnal dúsítanak.<br />
Hiánya gyermekekben angolkórt, felnőttekben csontlágyulást okozhat, de az általános tüneteken túl a<br />
vesekőképződés veszélye is fennáll.<br />
Hipervitaminózisa azt eredményezi, hogy megemelkedik a vér kalcium-szintje, túl sok épül be a<br />
csontokba, az érfalakba; növeli az érelmeszesedés kockázatát, növekedési zavarokat okozhat.<br />
Az D-vitamin (kalciferol formában) jellemző mennyisége 100 g élelmiszerben:<br />
• gabonafélék, hüvelyesek és őrleményeik, kenyerek, péksütemények: nem jellemző<br />
• száraztésztákban: 0-0,4 μg<br />
• zöldség, gyümölcs: nem jellemző<br />
• vaj, margarinféleségek: 0,5-7,5 μg<br />
• húsok, húsipari termékek: 1-4 μg<br />
• halak: 0,5-10 μg<br />
• tej: 0,05-0,3 μg<br />
• tojás: 5-25 μg<br />
Gyermek<br />
0 - fél év: 7,5 µg<br />
fél - 1 év: 10 µg<br />
1 - 3 év: 10 µg<br />
4 - 6 év: 10 µg<br />
7 - 10 év: 10 µg<br />
Nő<br />
11 - 14 év: 10 µg<br />
15 - 18 év: 10 µg<br />
felnőtt: 10 µg<br />
terhesség: 10 µg<br />
szoptatás: 10 µg<br />
Férfi<br />
11 - 14 év: 10 µg<br />
15 - 18 év: 10 µg<br />
felnőtt: 10 µg<br />
234
E-vitamin<br />
Tokoferolok: számos E-vitamin hatású vegyület ismert, így az a-, b-, g-, és -tokoferol, valamint a<br />
szintetikus úton előállított észter-származékok, pl. tokeferol-acetát.<br />
Legjobb E-vitamin forrásaink a növényi olajok, tehát a napraforgó-, búzacsíra-, tökmag-, olíva-,<br />
kukoricaolaj, a búzacsíra és az egyéb gabonacsírák, a zöld növények, a hús, a máj és a tojás.<br />
Az emberben a tokoferol hatása kevéssé ismert, hiánya nem okoz jellemző tüneteket. A tokoferolok<br />
könnyen oxidálódnak, miközben antioxidáns hatást fejtenek ki, így megakadályozzák a többszörösen<br />
telítetlen zsírsavak oxidációját. Biológiailag a D-a-tokoferol a leghatásosabb. Gyulladásgátló hatása is<br />
ismert.<br />
A vegyes táplálék E-vitamin tartalma nagymértékben függ az elfogyasztott zsír mennyiségétől és<br />
minőségétől (állati zsír, vagy növényi olaj). A többszörösen telítetlen zsírsavakban gazdag étrend mellett<br />
nagyobb az E-vitamin szükséglet. 1g többszörösen telítetlen zsírsav, 0,5-0,8 mg-al növeli a tokoferol<br />
szükségletet.<br />
Embernél nem fordulnak elő hiánytünetek, mert a normális vegyes étrend tartalmazza, illetve az<br />
egészséges szervezet ezekből képes előállítani a neki szükséges mennyiséget.<br />
Hiánya vérszegénységet, meddőséget, izomsorvadást okoz. Túladagolása nem ismert<br />
E-vitaminban gazdagok a növényi olajok, zöldnövények, gabonamagvak, de főleg a csíráztatott<br />
magvakból nyert olajok.<br />
HO<br />
R 3<br />
HO<br />
R 3<br />
R 2<br />
O<br />
R 2<br />
O<br />
R 1<br />
R 1<br />
a-tokoferol: R 1 = R 2 = R 3 = CH 3<br />
b-tokoferol: R 1 = R 3 = H; R 2 = CH 3<br />
g-tocoferol: R 1 = R 2 = H; R 3 = CH 3<br />
-tocoferol: R 1 = R 2 = R 3 = H<br />
a-tokotrienol: R 1 = R 2 = R 3 = CH 3<br />
b-tokotrienol: R 1 = R 3 = H; R 2 = CH 3<br />
g-tocotrienol: R 1 = R 2 = H; R 3 = CH 3<br />
-tocotrienol: R 1 = R 2 = R 3 = H<br />
235
Hiánya vérszegénységet, meddőséget, izomsorvadást okoz. Túladagolása nem ismert.<br />
E-vitaminban gazdagok a növényi olajok, zöldnövények, gabona magvak, de főleg a csíráztatott<br />
magvakból nyert olajok.<br />
Az E-vitamin (tokoferol formában) jellemző mennyisége 100 g élelmiszerben:<br />
• gabonafélék, hüvelyesek és őrleményeik, kenyerek, péksütemények: 0,1-12 mg<br />
• száraztésztákban: 0-0,6 mg<br />
• sajtos, túrós sütemények: 0,05-1 mg<br />
• diós, mákos sütemények: 0,3-3 mg<br />
• zöldség, gyümölcs: 0-3 mg<br />
• vaj, margarinféleségek, szalonna, növényi olaj: 0,5-84 mg<br />
• húsok, húsipari termékek: 0,5-2,5 mg<br />
• halak: 0,2-3,5 mg<br />
• tej: 0,1-1,6 mg<br />
• túrók, sajtok: 0-1 mg<br />
tojás: 0,5-1,5 mg<br />
236
H- és a K-vitamin<br />
A H-vitamin a (biotin – B 7 -vitamin) A hámszövet védelmi vitaminja,<br />
baktériumok, élesztőgombák fontos koenzimje. Az anyagcserében játszik<br />
fontos szerepet. Hiánya étvágytalanságot, bőrelváltozásokat okozhat,<br />
gyulladások lépnek fel, esetenként gerincvelői bántalmakat okoz. Az<br />
élesztőkivonat az embernél gátolja az őszülés kialakulását.<br />
Legjobb biotinforrásaink a máj, a vese, a tojássárgája, az élesztő, a karfiol,<br />
a dió- és mogyorófélék, a gabonafélék. A gyümölcsök és a húsfélék igen<br />
keveset tartalmaznak.<br />
HN<br />
H<br />
O<br />
NH<br />
H<br />
S<br />
CO<strong>OH</strong><br />
H-vitamin (biotin)<br />
A K-vitamin a természetben két formában fordul elő: K 1 -vitamin<br />
(fillokinon), amit a zöld növények, valamint a K 2 -vitamin (menakinon),<br />
melyet baktériumok szintetizálnak. A természetes K-vitaminok csak<br />
zsírban, a mesterségesen előállított származékok vízben is oldódhatnak.<br />
Az ember K-vitamin szükségletét a táplálék K 1 -vitaminja és a<br />
bélbaktériumok által előállított K 2 -vitamin kb. fele-fele arányban fedezi.<br />
Normális bélflóra és vegyes táplálkozás esetén a szervezet K-vitamin<br />
ellátottsága megfelelő. A K-vitamin 10-70%-a szívódik fel.<br />
Felnőttekben a hosszantartó antibiotikus kezelés és a csökkent K-vitamin<br />
bevitel hiánytüneteket okozhat. Gyermekeknél és koraszülöttekben a<br />
bélbaktériumok csekély száma miatt előfordulhat K-vitamin hiányon<br />
alapuló vérzékenység.<br />
K-vitaminforrások: brokkoli, fejes saláta, káposzta, paraj, tejtermékek, és<br />
máj.<br />
O<br />
O<br />
O<br />
O<br />
filokinon<br />
menokion<br />
3<br />
n<br />
237
B 1 -vitamin (tiamin)<br />
N<br />
NH 2<br />
N<br />
tiamin<br />
N<br />
S<br />
<strong>OH</strong><br />
Vízben jól oldódó, hőre érzékeny vegyület. Jelentős szerepe van a szénhidrátanyagcserében,<br />
miután a piroszőlősav dekarboxilezését végző enzim koenzimje,<br />
energiát generál, segíti a szénhidrátok elégetését, valamint létfontosságú<br />
szerepet tölt be az idegrendszer, az izmok és a szív normális működésében.<br />
A tiamin szükséglet a szénhidrátbevitellel függ össze, a gyakorlatban az energia bevitellel<br />
számolnak. Felnőttek számára 0,125/1000 kJ tiamin bevitele ajánlott, ami legalább 1 mg tiamint<br />
jelent naponta. Az idős emberekben a rosszabb tiamin felhasználás miatt 1 mg/nap bevitel javasolt<br />
még akkor is, ha energia bevitelük kisebb, mint 8 MJ/nap.<br />
A hiánybetegség a tejsav és a piroszőlősav felhalmozódását okozza a szervezetben, neuraszténiás<br />
tünetekkel, étvágytalansággal jár, szívgyengeség és keringési elégtelenség léphet fel. Ennek<br />
eredménye a fáradtság, a gyengeség, a depresszió, valamint egyes bélrendszeri problémák.<br />
A B 1 -vitamin hiánya okozza – főleg a keleti országokban – a beriberi nevű betegséget.<br />
Tiaminban gazdag a máj, a teljes kiőrlésű liszt, a barnakenyér, a hüvelyesek az élesztő.<br />
• gabonafélék, hüvelyesek és őrleményeik, kenyerek, péksütemények, száraztészták: 30-800 μg<br />
• zöldség, gyümölcs: 15-300 μg<br />
• dió, olajos magvak: 100-2020 μg (felső érték a napraforgó)<br />
• vaj, margarinféleségek, olaj, szalonna: 0-30 μg<br />
• húsok, húsipari termékek, máj, szív, vese: 80-800 μg<br />
• halak: 20-100 μg<br />
• tej: 50-180 μg<br />
• tojás: 50-150 μg<br />
238
239
O<br />
N<br />
N<br />
H<br />
N N O<br />
<strong>OH</strong><br />
HO<br />
<strong>OH</strong><br />
<strong>OH</strong><br />
riboflavin<br />
B 2 - és B 3 -vitamin<br />
A riboflavin (B 2 vitamin) koenzimek része (FAD – FADH), a piroszőlősav, zsírsavak<br />
és az aminosavak oxidatív lebontását végzik, fontos szerepet töltenek be a<br />
szöveti légzésben és méregtelenítésben. Az ember bélflórája is termel riboflavint,<br />
ezért hiánytünetek ritkán fordulnak elő. Hosszantartó, széles spektrumú<br />
antibiotikum-kezelés azonban elpusztítja a bélflórát, így riboflavin-hiányt idézhet<br />
elő. Hiánya az embernél bőrelváltozásokat, szemlencse-elváltozásokat,<br />
szemviszketést, szemégést, szemvörösödést, emésztési zavarokat és kirepedt<br />
ajkakat okoz. Közrejátszhat az ízületi gyulladás kialakulásában is. Életkortól<br />
függetlenül 0,15 mg/1000 kJ riboflavin bevitel ajánlott, idős korban nem lehet<br />
kevesebb, mint 1,2 mg/nap. Főbb riboflavin források: tej és tejtermékek, máj,<br />
vese, tojás, hüvelyesek.<br />
O<br />
NH 2<br />
N<br />
nikotinamid<br />
O<br />
<strong>OH</strong><br />
N<br />
nikotinsav (niacin)<br />
Nikotinsav (B 3 -vitamin), a szöveti oxidredukciós folyamatokban résztvevő koenzimek<br />
alkotórésze (NAD – NADH). Az elfogyasztott táplálék minden 1 MJ energiájára 1,6 mg<br />
niacinekvivalens-bevitel ajánlott. A szükségletek megállapításánál figyelembe kell venni a<br />
triptofánból történő képzést: 60 mg triptofánból 1 mg nikotinamid képződik, az átalakulás<br />
piridoxint, tiamint, riboflavint igényel. A legtöbb esetben a vitaminkészítményekben a<br />
niacin helyett niacin-amidot találunk, mely egyes vélemények szerint a szervezet<br />
számára nem kellően helyettesíti a vitamint. A niacin-amidot azért fejlesztették ki, hogy<br />
kiküszöböljék az allergén reakciónak hitt bőrvörösödést, amit a niacin okoz, de a<br />
niacinamid nem.<br />
Hiányában bélrendszeri zavarok, fáradékonyság, depresszió, étvágytalanság, fejfájás<br />
alakulhat ki. A pellagra (pelle agra = durva bőr) a (B 3 -vitamin) hiánya okozta betegség.<br />
Niacinban gazdag a hús, máj, vese, zöldségfélék és a barnakenyér. Triptofán-forrás: a<br />
hús, a növényi fehérjék, kivéve a kukoricát.<br />
240
HO<br />
HO<br />
N<br />
piridoxin<br />
<strong>OH</strong><br />
B 6 - és B 7 -vitamin<br />
A piridoxin (B 6 -vitamin) koenzimek alkotórésze melyek résztvesznek az aminosav anyagcserében,<br />
bevitelük a fehérje-bevitellel arányos kell, hogy legyen, miután a legfőbb feladata az aminosavak<br />
átalakítása: 1 g fehérje mellé 0,015-0,02 mg B 2 -vitamint rendelnek. A piridoxinnál felszívódási veszteséggel<br />
nem kell számolni.<br />
Hiánya ún. pellegrás nyelv- és bőrtüneteket, a perifériás idegek gyulladását, vérszegénységgel és<br />
idegrendszeri zavarokkal járó epilepsziás görcsöket okozhat, de az úgynevezett „fekete nyelv”<br />
kialakulásában is szerepet játszik. További hiánytünetek lehetnek: az ajkak nyálkahártyájának<br />
berepedezése, fokozott faggyúmirigy-működés, idegesség, álmatlanság, izomgyengeség, hajhullás,<br />
végtaggörcs. B 6 -vitamin adását javasolják migrénes fejfájás esetén, a terhesség alatt, de a röntgenbesugárzás<br />
és a narkózis után bekövetkező hányások csillapítására is.<br />
Bőséges forrás a máj, hús, tejtermékek, hüvelyesek és az élesztő, kisebb mértékben a tej és a tojás.<br />
A biotin (H-, B7 vitamin) számos karboxiláló enzim koenzimje, melyeknek reguláló szerepük van a<br />
szénhidrát- és lipid anyagcserében. A biotinszükséglet és a javasolt bevitel megállapítását nehezíti, hogy<br />
az ember bélflórája is termeli. Felszívódási vesztesége 50% körül van. A biotin szabad és kötött formában<br />
is jelen lehet az élelmiszerekben. Jó biotinforrás a máj, a vese, a tojássárgája, és néhány zöldség. A búza<br />
is tartalmaz biotint, de kötött formában, ami felszívódásra nem alkalmas. A hús, a gyümölcsök biotinban<br />
szegények.<br />
Hiányakor túlzott kimerültség, álmosság, izomfájdalmak, hajhullás, depresszió, és szürkés bőrszín<br />
jelentkezhet.<br />
HN<br />
H<br />
O<br />
S<br />
NH<br />
H<br />
B 7 -vitamin (biotin)<br />
CO<strong>OH</strong><br />
241
B12-vitamin<br />
NH 2<br />
O<br />
NH 2<br />
O<br />
NH 2<br />
N NC<br />
Co<br />
N<br />
NH 2<br />
O<br />
N<br />
N<br />
O<br />
NH 2<br />
H 2 N<br />
O<br />
O<br />
N<br />
HO<br />
O O<br />
P<br />
O O<br />
N<br />
N<br />
O<br />
<strong>OH</strong><br />
Kobalaminok, a gyomor és a vékonybél nyálkahártyája<br />
által kiválasztott glikoproteinhez kapcsolódva<br />
szívódnak fel. Az esetek többségében vitaminhiány<br />
akkor lép fel, ha nem képződik a kobalaminokat szállító<br />
faktor, így a táplálékban jelen lévő vitamin nem tud<br />
bejutni a szervezetbe. A kobalaminok koenzim<br />
formájában kapcsolódnak be a fehérjék, a szénhidrátok<br />
és más nitrogéntartalmú anyagok anyagcseréjébe. A<br />
kobalaminnak nevezett anyag 4,5%-ban tartalmaz<br />
kobaltot, innen származik a neve.<br />
B 12 -vitamint a növények nem tartalmaznak, a<br />
szükségletet csak állati eredetű élelmiszerekkel lehet<br />
fedezni. Normális körülmények között a tápláléknak<br />
nem kell kobalamint tartalmaznia, mert a bélben<br />
naponta 20-szor annyi keletkezik, mint amennyi a<br />
táplálékkal kerül a szervezetbe.<br />
Innen rendkívül nehezen szívódik fel, a felszívódása csak belső faktor jelenlétében megy végbe, és a<br />
bélben képződő mennyiség tizede szívódik csak fel, a többi kiürül a szervezetből. Az ember évi<br />
szükséglete kb. 1 mg-ra tehető. Vészes vérszegénységben szenvedő betegnek havonta kb. 100 mg-ot<br />
kell kapnia.<br />
A B 12 -vitamin részt vesz a nukleinsavak felépítésében, befolyásolja a szervezet fehérjeszintézisét,<br />
elősegíti az aminosavak fehérjékbe való beépülését és fokozza ezek hasznosítását, de az egész<br />
szervezetet érintő hatása van. Az orvosi gyakorlatban a vészes vérszegénység, általános testi leromlás,<br />
kimerültség, ideggyulladás, hosszabb betegség utáni lábadozás esetén használják. Az egész szervezetre<br />
kiterjedő erősítő, roboráló hatása van.<br />
242
<strong>OH</strong><br />
<strong>OH</strong><br />
O<br />
N<br />
H<br />
CO<strong>OH</strong><br />
pentoténsav (B 5 -vitamin)<br />
B 5 -, B 9 -, B 13 -vitamin<br />
A pentoténsav a koenzim A alkotórésze. Szerepe van az energiahordozó<br />
szénhidrátok lebontásában, zsírsavak szintézisében és lebontásában, a<br />
különböző szterolok, szteroid-hormonok, porfirinek szintézisében. Emberben<br />
valódi hiánytünetek vegyes táplálkozás mellett nem lépnek fel, bár a<br />
pantoténsav-szükséglet nem tisztázott kellőképpen. A fizikai erőkifejtés és a<br />
stresszhelyzetek növelik a szükségletet.<br />
2N<br />
N<br />
<strong>OH</strong><br />
N<br />
N<br />
N<br />
N<br />
H<br />
O<br />
N<br />
H<br />
folsav (B 9 -vitamin)<br />
CO<strong>OH</strong><br />
CO<strong>OH</strong><br />
B 9 -vitamin (M-vitamin) a folsav vízben oldódó vitamin. Nagyon<br />
fontos szerepe van a szervezetben, különösen a várandós<br />
édesanyáknál, mert a terhesség korai szakaszában a fejlődő<br />
embrió gerincét, a velőcsövet lezáró folyamat csak folsav<br />
jelenlétében megy végbe hibátlanul. Ezért várandós<br />
édesanyáknak mindenképpen ajánlott a folsav pótlása.<br />
Szerepe van még a fehérvérsejtek, vörösvértestek, vérlemezkék képzésében, az aminosavak, és<br />
nukleinsavak anyagcseréjében, de hozzájárul a gyomor-bélrendszer, és a szájnyálkahártya épségéhez is.<br />
A mesterséges készítményekből felszívódása jobb, mint a természetes forrásokból. A szervezet jó folsav<br />
ellátottsága mellett elfedheti a B12-vitamin hiányában kialakuló tüneteket. Ez különösen vegetáriánus<br />
táplálkozás esetén lehet veszélyes. Legjobb folsavforrásaink a máj, a leveles zöldségek (különösen a<br />
paraj), a gyümölcsök, és az élesztő. A túl nagy folsavbevitel csökkentheti a cink hasznosulását.<br />
HN<br />
O<br />
O N CO<strong>OH</strong><br />
H<br />
orotsav (B 13 -vitamin)<br />
Az orotsav antzioxidáns hatása révén megvéd bizonyos májműködési zavaroktól és a<br />
korai öregedéstől, elősegíti a szklerózis multiplex kezelését. A felnőttek ajánlott<br />
adagja 0,003 mg. Hiánytünet egyelőre nem ismert. Megtalálható a<br />
gyökérzöldségekben és a tejsavóban. Magnézium-orotát formájában adva oldja a<br />
szorongást és feszült állapotokat, enyhíti a pszichovegetatív kimerültséget, gátolja a<br />
koncentráló- és emlékezőképesség csökkenését.<br />
243
Szent-Györgyi Albert<br />
1893-1986<br />
Nobel-díj - 1937<br />
HO<br />
<strong>OH</strong><br />
HO<br />
O<br />
<strong>OH</strong><br />
aszkorbinsav<br />
O<br />
A C-vitamin<br />
A C-vitamin -aszkorbinsav- a hexonsav laktonja. Vízben jól oldódó, erősen<br />
redukáló vegyület. Teljesen eloxidált formájában elveszti vitaminhatását. Az<br />
aszkorbinsav a sejtek biokémiai folyamataiban mint hidrogéndonor vesz<br />
részt, ez adja meg elsőrendű biológiai jelentőségét. 85%-a szívódik fel.<br />
Elősegíti a vas felszívódását a bélrendszerből. Az aszkorbinsavat számos<br />
állatfaj szintetizálja, ugyanakkor az ember és néhány állatfaj nem képes erre.<br />
A környezeti stressz hatások, a dohányzás, egyes gyógyszerek, (pl. orális<br />
fogamzásgátlók), lázas állapot, műtéti beavatkozások növelik a szükséges<br />
adag mértékét. A C-vitaminnal jól ellátott anya tejének aszkorbinsav-tartalma<br />
30...55 ml/l.<br />
Szent-Györgyi Albert biokémikus az 1930-as években izolálta a C-vitamint,<br />
munkásságát 1937-ben orvosi és élettani Nobel-díjjal ismerték el.<br />
Az egészséges ember napi C-vitamin szükségletét a helyesen összeállított és<br />
jó konyhatechnikával elkészített ételekkel még a tél végi és tavaszi<br />
hónapokban is fedezni lehet.<br />
Aszkorbinsavban gazdag zöldségfélék: a zöldpaprika, paradicsom, burgonya,<br />
saláta, és a káposztafélék: (káposzta, brokkoli, kelbimbó), friss gyümölcsök,<br />
(elsősorban áfonya, ribizli, a vadrózsa termése, a csipkebogyó, narancs,<br />
citrom, grapefruit), télen ezek, vagy az ezekből úgynevezett „hideg”<br />
eljárással készült teák, szörpök, gyümölcsborok fogyasztását kell<br />
szorgalmazni. A zöldségféléket lehetőleg nyersen, salátának elkészítve, vagy<br />
pároltan célszerű fogyasztani.<br />
A C-vitamin hiány hatására kialakuló betegség a skorbut. Jellemzője a<br />
kiszáradt bőr, emésztési zavarok, fogínysorvadás következtében meglazult<br />
fogak. Éveken, évtizedeken keresztül fennálló C-vitamin hiány esetén,<br />
rendkívüli mértékben megemelkednek a szív- és érrendszeri kockázatok.<br />
244
A P-vitamin<br />
A rutin (más néven citrin) a flavonoidok családjába tartozó vegyület. <strong>Kémiai</strong> szempontból egy glikozid<br />
Egyes vérzékenységgel járó, a skorbuthoz hasonló betegségek tiszta C-vitaminnal nem gyógyíthatók, de<br />
citromlé vagy paprikakivonat adására javulnak. A P-vitamint a paprikából sikerült kivonni. Ez az anyag<br />
csökkenti a hajszálerek áteresztőképességét (permeabilitását), innen az elnevezése is.<br />
A P-vitamin segíti a C-vitamin felszívódását és megvédi az oxidációtól, ezenkívül erősíti a hajszálereket. A<br />
C-vitamin kísérője, általában ugyanazokban az élelmiszerekben fordul elő. Legbővebben a citrusfélék, a<br />
csipkebogyó, az áfonya, a brokkoli, a paradicsom, valamint más gyümölcsök és zöldségek tartalmazzák –<br />
elsősorban a gyümölcs húsa gazdag ebben a vitaminban.<br />
Emberben kifejezetten P-vitamin hiánybetegség vagy túladagolás nem ismert, de feltételezhető, hogy<br />
hiányában a C-vitamin felszívódása és felhasználása zavart szenvedhet, éppen ezért tüneteik átfedhetik<br />
egymást. A vízben oldódó vitaminok esetében nincsen túladagolás mert a vízben oldódó vitaminokat nem<br />
tudja tárolni a szervezet.<br />
<strong>OH</strong><br />
HO<br />
<strong>OH</strong><br />
O<br />
O<br />
O<br />
HO<br />
O<br />
<strong>OH</strong><br />
<strong>OH</strong> <strong>OH</strong> O<br />
HO<br />
O<br />
<strong>OH</strong><br />
<strong>OH</strong><br />
rutin<br />
245
Vegetáriánus étrend hátrányai<br />
1. A növényeket általában hosszú ideig kell főzni az emészthetetlen anyagok miatt. Ez az előkészítési<br />
folyamat roncsolja a bennük található, a szervezet számára értékes anyagokat.<br />
2. A B 12 vitamin teljesen hiányzik a növényekből.<br />
3. Telítetlen és többszörösen telítetlen zsírsavakat tartalmaz, amely terhet jelent a szervezetre nézve,<br />
mert több antioxidáns hatású vitamint igényel.<br />
4. Aminosavakat tekintve a lizin, cisztin, metionin szinte teljesen hiányzik a növényekből; aminosavak,<br />
mikro- és makroelemek nem megfelelő arányban vannnak jelen.<br />
5. Az arachidonsav esszenciális zsírsav nem található meg növényekben.<br />
6. Makroanyagokat tekintve sok kálium és kevés kalcium vagy foszfor jellemző. Nincs benne koleszterin,<br />
de van benne fitosztein.<br />
7. Sok rostot tartalmaznak, amelyek jó hatása ismert, de csökkentik a zsír, ásványi anyagok és fehérjék<br />
emészthetőségét.<br />
8. Az ovovegetariánus étrend – mely tartalmaz tojást és tejet is – kielégítő lehet.<br />
CO<strong>OH</strong><br />
arachidonsav<br />
246
Antibiotikumok I.<br />
Az antibiotikumok az élő szervezetek – elsősorban mikroorganizmusok – által<br />
termelt úgynevezett másodlagos anyagcseretermékek (szekunder<br />
metabolitok) legfontosabb csoportja. Ökológiai szerepük, képződésük oka,<br />
célja nem teljesen tisztázott. Egyes nézetek szerint a termelő szervezetek<br />
biológiai védekezésének részét képezik, mások szerint az antibakteriális hatás<br />
és antibiotikum termelés csak véletlenszerűen kapcsolódik egyes<br />
mikroorganizmusokhoz.<br />
Waksman (1945): streptomycin és számos egyéb antibiotikum felfedezője<br />
(aktiomycin, neomycin).<br />
Definíciója: antibiotikum, vagy antibiotikus hatású anyag az amelyet<br />
valamilyen mikroorganizmus termel és azzal a képességgel rendelkezik, hogy<br />
mikroorganizmusok szaporodását képes gátolni illetve el is pusztítja azokat.<br />
Selman Abraham<br />
Waksman<br />
1888 - 1973<br />
Baron szerint: antibiotikumnak tekinthető egy olyan anyag:<br />
• Valamilyen élőlény (alacsonyabb és magasabb rendű) anyagcsereterméke<br />
• Biokémiai mechanizmuson keresztül gátolja egy vagy több mikroorganizmus szaporodását<br />
• Alacsony koncentrációban is hatásos<br />
• Magasabb rendű növényekre vagy állatokra terápiás szinten nem vagy alig hat.<br />
Antibiotikum nem azonos a kemoterápiás szerekkel. Ez utóbbiak a teljesen mesterségesen előállított<br />
hatóanyagok, míg az antibiotikum elnevezést célszerű a természetes eredetű vegyületekre fenntartani,<br />
jóllehet a félszintetikus és a teljesen szintetikus antibiotikumok megjelenésével egyre nagyobb az<br />
összemosódás.<br />
247
Az antibiotikumok csoportosítása<br />
1. Előállítási módjuk alapján:<br />
• Bioszintetikus úton nyert antibiotikumok (fermentációval)<br />
• Félszintetikus antibiotikumok<br />
• Szintetikus antibiotikumok<br />
2. Hatásuk alapján:<br />
• Major (nagy) antibiotikumok: ezeket szokás széles spektrumú antibiotikumoknak is nevezni, mert<br />
sokféle mikroorganizmusra hatnak. Pl: Penicillinek; Streptomicin; Chloramphenicol; Tetraciklinek<br />
• Minor (kicsi) antibiotikumok: szűk spektrumú antibiotikumok, kis számú mikroorganizmusra<br />
hatnak. Pl: Erythromycin; Novobiocin; Vancomycin<br />
• Baktérium-, gomba-, rák- vírusellenes szerek<br />
• Gyógyászati, mezőgazdasági vagy egyéb céllal előállított vegyületek.<br />
3. Hatásmechanizmusuk alapján:<br />
Nukleinsavszintézis-gátlók: szulfonamidok; trimethoprim, kinolinok.<br />
Sejtfalszintézis-gátlók: penicillinek, cefalosporinok, vancomycin.<br />
Fehérjeszintézis-gátlók: aminoglikozidok, tetraciklinek.<br />
4. Szerkezetük alapján:<br />
• szénhidrát vázas antibiotikumok (aminoglikozidok, linkozaminidek, vankomicinek)<br />
• makrociklusos lakton/laktám vázas antibiotikumok ( makrolidok, poliének, anzamicinek)<br />
•kinonvázas antibiotikumok ( antraciklinek, tetraciklinek)<br />
• aminosav, peptid, polipeptid antibiotikumok (laktámok, bactoracin, graminicidin, polimixin)<br />
• nitrogén tartalmú antibiotikumok (nukleozid antibiotikumok)<br />
• aliciklusos antibiotikumok (fusidinsav)<br />
• aromás antibiotikumok (klóramfenikol)<br />
• alifás antibiotikumok (foszfonomicin)<br />
• oxigéntartalmú heterociklusok (poliéterek)<br />
248
Alexander Fleming<br />
1881 - 1955<br />
Penicillium notatum<br />
A penicillinek felfedezése<br />
Fleming 1928-ban a londoni St. Mary kórházban vette észre, hogy a<br />
Staphylococcus tenyészetébe került kékes-zöldes penész szennyeződés körül a<br />
baktériumok nem növekednek. Fleming arra a következtetésre jutott, hogy a<br />
penész olyan anyagot bocsát ki, mely gátolja a baktériumok növekedését, és<br />
elpusztítja a baktériumokat. A penészt tiszta kultúrában is kitenyésztette, és<br />
felfedezte, hogy a Penicillium családba tartozó fajról van szó, melyet ma<br />
Penicillium notatum fajként ismerünk.<br />
A baktériumokat különböző festési eljárásokkal szembeni viselkedés alapján is<br />
szokták csoportosítani. Az egyik ilyen eljárás a Gram-festés, melyet 1884-ben<br />
Hans Christian Gram fejlesztett ki. Ez a módszer a baktériumokat a sejtfal<br />
strukturális sajátosságai alapján különíti el. A festés során kristályibolya (vagy<br />
genciánaibolya)-festékkel festik meg a baktériumkészítményt, majd etanollal<br />
mosási próbát végeznek. Gram-pozitív baktériumok esetén a festék a sejtfalból<br />
nem mosható ki, míg a Gram-negatív baktériumoknál igen. A Gram-negatív<br />
baktériumok láthatóvá tétele érdekében további fukszinos festést alkalmaznak. A<br />
Gram-pozitív baktériumok vastag peptidoglikán sejtfala lilának látszik, míg a<br />
Gram-negatív fajok sejtfala rózsaszínű lesz a festés után.<br />
249
A b-laktám antibiotikumok csoportosítása,<br />
hatásmechanizmusa és bioszintézise<br />
R<br />
O<br />
O<br />
H H<br />
H H<br />
HO H H<br />
S<br />
S<br />
HN<br />
R HN<br />
S<br />
N<br />
N R'<br />
H 3 C N<br />
O<br />
O<br />
O<br />
CO<strong>OH</strong> NHR<br />
CO<strong>OH</strong><br />
CO<strong>OH</strong><br />
penicillinek<br />
kefalosporinok<br />
tienamicinek<br />
R 3 R 2<br />
HN<br />
N<br />
O R'<br />
monobaktámok<br />
Hatásmechanizmusa: A β-laktám antibiotikumok a baktériumok sejtfalában a peptidoglikánok közötti<br />
keresztkötések kialakulását gátolják. A penicillin β-laktám része ahhoz a transzpeptidáz enzimhez kötődik,<br />
mely a baktérium peptidoglikán molekuláit kötné össze. Az enzim így nem tud megfelelően működni és a<br />
baktárium sejtfala osztódás során meggyengül (másképp fogalmazva az antibiotikum citolízist,<br />
sejtpusztulást eredményez, mikor a baktérium megpróbál osztódni). Ezen felül a felhalmozódott<br />
peptidoglikán prekurzorok a baktériumban aktiválják a sejtfal hidrolázok működését, amelyek tovább<br />
rombolják a baktérium meglevő peptidoglikánját.<br />
O<br />
<strong>OH</strong><br />
HO<br />
NH 2 O<br />
H 2 N<br />
O<br />
L-a-aminoadipinsav<br />
SH<br />
<strong>OH</strong><br />
L-cisztein<br />
H 2 N<br />
O<br />
D-valin<br />
<strong>OH</strong><br />
HO<br />
O<br />
NH 2<br />
O<br />
H<br />
N<br />
O<br />
N<br />
H<br />
SH<br />
O<br />
<strong>OH</strong><br />
HO<br />
O<br />
NH 2<br />
O<br />
H<br />
N<br />
O<br />
N<br />
S<br />
O<br />
<strong>OH</strong><br />
250
R<br />
O<br />
<strong>OH</strong><br />
Fermentáció<br />
Természetes penicillinek<br />
R<br />
O<br />
HN<br />
O<br />
H H<br />
N<br />
S<br />
CO<strong>OH</strong><br />
penicillin származék<br />
A kutatások során felfedezték, hogy a<br />
fermentációhoz használt Penicillium<br />
chrysogenum táptalajához adagolt<br />
karbonsavakkal befolyásolni lehet a<br />
bioszintézis irányát és hozamát.<br />
Ezeket az anyagokat prekurzoroknak<br />
nevezzük, és a gombák nem bontják<br />
le őket, hanem változtatás nélkül<br />
beépítik. A tapasztalat szerint<br />
azonban csak apoláros oldalláncot<br />
tartalmazó karbonsavakat alkalmazhatunk<br />
prekurzorként.<br />
R:<br />
HO<br />
S<br />
O<br />
F G X K O V<br />
• Igen nagy gond, hogy a baktériumok rezisztenciájának kifejlődése következtében a természetes<br />
penicillinek alkalmazhatósága erőteljesen korlátozódott. Amíg 1941-ben a Staphylococcus törzseknek<br />
csak 1%, 1946-ban 14%-a, addig napjainkban már több mint 80%-a penicillinrerzisztens.<br />
•További probléma volt, hogy ezek a származékok meglehetősen szűk hatásspektrumuak voltak,<br />
túlnyomóan csak a Gram-negatív baktériumokkal szemben voltak hatásosak voltak.<br />
• Problémát jelentett az allergizáló hatás, amit antihisztaminokkal sem sikerült kiküszöbölni.<br />
• Megoldás új, félszintetikus penicillinekre van szükség!<br />
251
Félszintetikus penicillinek<br />
A variálható oldallánc módosításai a természetes penicillinekhez képest növelik az orális<br />
biohasznosultságot, ellenállóbbá teszik a molekulát a β-laktamáz enzim ellen, és növelik az antimikróbás<br />
hatásspektrumot. A félszintetikus penicillinszármazékokat úgy hozzák létre, hogy fermentációval az<br />
oldalláncmentes 6-amino-penicillánsavat termelik, és ehhez csatolják a variábilis oldalláncokat.<br />
O<br />
H H<br />
S<br />
HN<br />
N<br />
O<br />
CO<strong>OH</strong><br />
G-penicillin<br />
penicillin-amidáz<br />
H H<br />
S<br />
H 2 N<br />
N<br />
O<br />
CO<strong>OH</strong><br />
6-aminopenicillánsav<br />
R<br />
O<br />
Cl<br />
O<br />
R H H<br />
S<br />
HN<br />
N<br />
O<br />
CO<strong>OH</strong><br />
félszintetikus penicillinek<br />
Cl<br />
N<br />
O<br />
O<br />
HN<br />
O<br />
H H<br />
cloxacillin<br />
N<br />
S<br />
CO<strong>OH</strong><br />
Rezisztens staphylococcusok törzsek<br />
ellen használják. A gyógyszernek kisebb<br />
az antibakteriális hatása, mint a G-<br />
penicillinnek, de a mellékhatása is.<br />
S<br />
HO<br />
O<br />
H<br />
N<br />
OO<br />
O H<br />
N<br />
HOOC<br />
temocillin<br />
Direkt Gram-negatív korokozók ellen fejlesztették ki, de<br />
Gram-pozitívak ellen, Acinetobacter fajok, és<br />
Pseudomonas aeruginosa ellen nem hatásos.<br />
Multirezisztens Gram-negatív korokozók ellen hasznos<br />
gyógyszer a klinikumban.<br />
S<br />
252
Penicillin rezisztencia<br />
Az elmúlt évtizedekben egyre több, korábban ampicillin, amoxacillin-érzékeny Gram-negatív<br />
baktériumról (H. influenzae, E. coli, Shigella, Salmonella törzsek) mutatták ki, hogy b-laktamáz enzimet<br />
termelnek, melyek inaktiválják az antibiotikumokat.<br />
HO<br />
O<br />
NH 2<br />
N<br />
H<br />
H H<br />
O<br />
S<br />
N<br />
amoxacillin<br />
CO<strong>OH</strong><br />
b-laktamáz<br />
HO<br />
O<br />
H H<br />
S<br />
N N<br />
H H<br />
NH 2<br />
O <strong>OH</strong><br />
penicillosav<br />
CO<strong>OH</strong><br />
A penicillinek kombinálhatók β-laktám inhibitorokkal, amelyek megvédik a hatásos<br />
gyógyszermolekulákat a bontó enzimtől, és így a szer β-laktám termelő organizmusok ellen is hatásos<br />
lesz. Tág hatásspektrummal rendelkeznek, az elsődlegesen választandó szerek közé tartóznak.<br />
O<br />
H<br />
O<br />
N<br />
CO<strong>OH</strong><br />
klavulánsav<br />
<strong>OH</strong><br />
O<br />
H<br />
O O<br />
S<br />
N<br />
CO<strong>OH</strong><br />
sulbactam<br />
O<br />
H<br />
O O<br />
S<br />
N N<br />
CO<strong>OH</strong> N N<br />
tazobactam<br />
amoxacillin + klavulánsav<br />
b-laktamáz gátlók<br />
253
Tetraciklin antibiotikumok<br />
A penicillin után legismertebb antibiotikumok. A tetraciklint a Streptomyces aurofciens, majd a<br />
klórtetraciklint Str. viridifaciens kultúrájából izolálták. Három különböző tetraciklint ismerünk: tetraciklin<br />
(TC), oxitetraciklin (OTC), 7-klór-tetraciklin (CTC). Félszintetikus származékai közül igen népszerű a<br />
doxiciklin. Széles spektrumú fehérjeszintézis inhibítor (a riboszóma 70S alegységéhez kötődve)<br />
antibiotikumok, jól hatnak a Gram–pozitív és Gram–negatív baktériumok, rickettsiák, mikoplazmák,<br />
leptospirák és spirochéták ellen<br />
H 3 C<br />
HO CH 3 H<br />
N CH 3<br />
<strong>OH</strong><br />
H 3 C<br />
N CH 3<br />
HO CH 3 <strong>OH</strong><br />
<strong>OH</strong><br />
H 3 C<br />
Cl HO CH 3<br />
H<br />
N CH 3<br />
<strong>OH</strong><br />
CH 3<br />
H<br />
N<br />
<strong>OH</strong><br />
<strong>OH</strong><br />
<strong>OH</strong> O <strong>OH</strong> O<br />
O<br />
NH 2<br />
<strong>OH</strong><br />
<strong>OH</strong> <strong>OH</strong> O O<br />
O<br />
NH 2<br />
<strong>OH</strong><br />
<strong>OH</strong> O <strong>OH</strong> O<br />
O<br />
NH 2<br />
<strong>OH</strong><br />
<strong>OH</strong> O <strong>OH</strong> O<br />
O<br />
NH 2<br />
tetraciklin<br />
oxitetraciklin<br />
7-klórtetraciklin<br />
doxyciklin<br />
A tetraciklinek a legrégebbi, kifejezetten széles spektrumú antibiotikumok közé tartoznak, amelyek közül<br />
csak néhány származék maradt meg a klinikai gyakorlatban. A korai, gyorsan eliminálódó, csak vesén<br />
keresztül ürülő és vesekárosodás esetén kumulálódó származékok, mint a tetraciklin vagy oxitetraciklin<br />
itthon már nincsenek forgalomban. A későbbi származékok, köztük a doxyciclin ma is kiterjedten használt<br />
antibiotikum, de indikációs területe az eredeteihez képest jelentősen megváltozott.<br />
A tetraciklinek korábban igen hatékonyak voltak a Gram-pozitívok közül a staphylococcusok,<br />
streptococcusok ellen, ma ezen törzsek 30-40%-a rezisztens. A Gram-negatívok közül az E.coli, Klebsiella<br />
spp, Enterobacter spp-k 30%-a, a Proteus mirabilis több mint 90%-a rezisztens. A H.influenzae viszonylag<br />
érzékeny maradt (6% rezisztens).<br />
254
Aminoglikozid antibiotikumok<br />
Az aminoglikozidok az egyik legrégibb antibiotikum családot alkotják. Az első képviselőjüket a<br />
sztreptomicint Waksman izolálta 1944-ban. A legjelentősebbek és a legismertebbek a sztreptomicin,<br />
gentamicin, tobramicin. Hatásspektrumuk széles, elsősorban Gram-negatív baktériumok ellen<br />
használatosak, Gram-pozitívok ellen is hatnak. Gram-negatív erős fertőzés esetén a cefalosporinok mellett<br />
ezek az antibiotikumok jelentik a megfelelő hatásos anyagokat. Elsősorban tuberkulumok, mellékhatásaik<br />
miatt (vese és fülkárosító toxinok), valamint plazmidon hordott rezisztencia átadó képességük miatt<br />
használatuk korlátozott. Baktérium ellenes hatásuk különleges: az arra érzékeny baktériumok<br />
fehérjeszintézisét gátolja, ahol a riboszómákon a fehérje molekula szekvencia leolvasásában hibákat<br />
okoz, ezért leállítja a fehérjemolekulák szintézisét.<br />
H 2 N<br />
N<br />
<strong>OH</strong><br />
<strong>OH</strong> <strong>OH</strong><br />
NH 2<br />
<strong>OH</strong>C <strong>OH</strong><br />
NH 2<br />
H 2 N N<br />
O<br />
O<br />
HO O<br />
O<br />
NH<br />
<strong>OH</strong><br />
<strong>OH</strong><br />
HO<br />
N<br />
HO<br />
O<br />
O<br />
<strong>OH</strong><br />
H 2 N<br />
O<br />
NH 2<br />
O<br />
NH 2<br />
N<br />
H 2 N<br />
HO<br />
O<br />
NH 2<br />
H 2 N<br />
O<br />
<strong>OH</strong><br />
NH 2<br />
O<br />
O<br />
<strong>OH</strong><br />
<strong>OH</strong><br />
NH 2<br />
<strong>OH</strong><br />
szterptomicin<br />
gentamicin<br />
tobramicin<br />
Az aminoglükozid antibiotikumok túlnyomó részét a Streptomyces kisebb mértékben Micromonospora<br />
fajok termelik közvetlen vagy irányított fermentációval. Általában izomerek és/vagy közeli homológok<br />
alkotta komplex keveréket termelnek, nem ritka 10-15 sőt 30-40 különböző minorkomponens izolálása sem<br />
a fermentléből.<br />
255
Makrolid-antibiotikumok<br />
A makrolidek közül az erythromycin jelent meg elsőnek 1952-ben, de két évtizeden keresztül csak a<br />
penicillin alternatívája volt penicillin allergiás betegek kezelésében. A makrolidek kiterjedt alkalmazása és<br />
igazi fejlődése a 70-es évek második felére tehető, mikor kiderült , hogy a leghatékonyabb antibiotikum az<br />
akkor felismert legionellosis kezelésében és realizálták az ún. atípusos kórokozók (mycoplasmák,<br />
chlamydiák) klinikai jelentőségét.<br />
A makrolideket a laktongyűrűben levô szénatomok száma szerint 14, 15, 16 szénatom számú<br />
származékokra osztjuk. Az azithromycinben nitrogén helyettesít egy szénatomot, ezzel alcsoportot, az<br />
azalideket képezve. A makrolidek a baktérium fehérjeszintézisét gátolják. A makrolidekkel szemben<br />
számos rezisztencia mechanizmus alakult ki, melyek többsége keresztrezisztenciát okoz - a baktérium<br />
klinikailag az összes makrolid származékkal szemben rezisztenssé válik.<br />
N<br />
O<br />
<strong>OH</strong><br />
O<br />
O<br />
<strong>OH</strong><br />
<strong>OH</strong><br />
N<br />
HO<br />
O<br />
O<br />
O O<br />
O <strong>OH</strong><br />
O<br />
HO<br />
N<br />
HO HO<br />
O<br />
O<br />
<strong>OH</strong><br />
O<br />
O<br />
O<br />
O<br />
<strong>OH</strong><br />
etritromicin<br />
azithromycin<br />
256
Számos szulfonamid ismert, ebbôl ismertetünk néhányat általános képletükkel együtt (fent jobbra).<br />
Ezek a vegyületek a baktériumok folsavszintéziséhez nélkülözhetetlen a p-amino-benzoesav szerkezeti<br />
analógjai (fent balra). A szulfonamidok szelektív toxicitása azon a tényen alapszik, hogy az emlôssejtek a<br />
táplálékban folátot vesznek fel, míg az érzékeny baktériumok nem képesek erre, és a folsavat maguk<br />
szintetizálják. A szulfonamidok kompetitíve gátolják a dihidropteroát-szintetázt ( ), és ezzel<br />
megakadályozzák a DNS szintéziséhez szükséges folát képzôdését. A szulfonamidok bakteriosztatikus<br />
hatású szerek. Leglényegesebb mellékhatásaik a (gyakori) bôrkiütések, veseelégtelen-ség és különbözô<br />
vérdyscrasiák.<br />
257
258
A penicillinek (fent balra) és cefalosporinok (fent jobbra) szerkezetének közös jellemzôje a ß-laktám<br />
gyûrû (B), amelynek épsége nélkülözhetetlen az antibakteriális aktivitáshoz. Az R 1 és R 2 csoportok<br />
módosítása számos félszintetikus, közülük néhány savrezisztens (és orálisan aktív)<br />
antibiotikumot eredményezett, amelyek szélesspektrumú antibakteriális aktivitással rendelkeznek,<br />
vagy rezisztensek a bakteriális β-laktamázra. A penicillinek (balra) a legfontosabb antibiotikumok * ,<br />
míg a cefalosporinok (jobbra) néhány specifikus indikációs területtel rendelkeznek. A β-laktámgyûrûs<br />
antibiotikumok baktericid hatásúak. Antibakteriális hatásukat a lineáris peptidoglikán<br />
polimerláncok közötti keresztkötések kialakulásának gátlása révén fejtik ki, amelyek a sejtfalat építik<br />
fel, pl. pentaglicin híd révén ( ). E hatás annak köszönhetô, hogy szerkezetük egy részeésze ( )<br />
hasonlít a baktérium sejtfal peptidláncának D-alanil-D-alanin részéhez.<br />
259
260
Az antibiotikumok ezen csoportja a baktérium fehérjeszintézisének gátlása révén hat. A<br />
vegyületek szelektíven toxikusak a baktériumokra, mivel a bakteriális ribosomák (ahol a fehérjeszintézis<br />
történik) egy 50S és 30S alegységbôl állnak, míg az emlôsök ribosomái egy 60S és 40S alegységbôl.<br />
A fehérjék aminosavakból épülnek fel a ribosomákon. A ribosomák a messengerribonukleinsav<br />
lánc (mRNS) mentén mozognak elôre (1-2-3) úgy, hogy az egymást követô a specifikus<br />
transfer-RNS- (tRNS-) molekulák számára kötôhelyet biztosító akceptoron haladnak keresztül. A<br />
fehérjelánc meghosszabbításához szükséges következô aminosavat a tRNS-ek hordozzák.<br />
A Tetraciklinek (fent jobbra) és az aminoglikozidok (balra lent) a ribosoma 30S-alegységéhez<br />
kapcsolódnak és az amino-acil-tRNS kötôdését gátolják. Az aminoglikozidok emellett hibás mRNS<br />
olvasást eredményeznek, amely mûködésképtelen fehérjék szintéziséhez vezet.<br />
A fehérjeszintézis következô lépése a transzpeptidáció (2), amelyben a növekvô peptidlánc<br />
hozzákötôdik a P-kötôhelyhez, majd átkerül az A-kötôhelyen lévô amino acil-tRNS-hez kötött aminosavhoz<br />
A chloramphenicol a ribosoma 50S alegységének peptidil-transzferáz aktivitását gátolja.<br />
A transzpeptidációt követôen a peptidlánc az A-kötôhelyrôl a P-kötôhelyre (3)<br />
transzlokálódik, így az A-kötôhely alkalmassá válik a következô amino-acil-tRNS fogadására. A makrolidek<br />
(lent jobbra) a ribosoma 50S alegységéhez kötôdve a transzlokációt gátolják.<br />
261
energia<br />
energia<br />
energia<br />
energia<br />
<strong>Szerves</strong> vegyületek fényelnyelése<br />
<br />
<br />
<br />
h<br />
<br />
Kromofór: a molekula<br />
önállófényelnyeléssel<br />
rendelkező része.<br />
CH 2 =CH 2<br />
CH 2 =CH 2<br />
<br />
<br />
Auxokróm: nincs önálló<br />
elnyelése, de módosítja a<br />
kromofór elnyelését.<br />
<br />
<br />
h<br />
<br />
<br />
CH 2 =CH 2<br />
<br />
CH 2 =CH 2
l <br />
l <br />
<br />
<br />
l n<br />
fényelnyelés<br />
l <br />
l <br />
<br />
<br />
l n<br />
Elnyelt fény hullámhossza Színe A tárgy színe<br />
400 nm Ibolya Sárgászöld<br />
425 nm Kék Sárga<br />
450 nm Búzavirágkék Narancssárga<br />
490 nm Kékeszöld Vörös<br />
510 nm Zöld Bíbor<br />
530 nm Sárgászöld Ibolya<br />
550 nm Sárga Kék<br />
590 nm Narancssárga Búzavirágkék<br />
640 nm Vörös Kékeszöld<br />
730 nm Bíbor Zöld
Növényi színezékek<br />
• A magasabb rendű növények színanyagai két fő csoportba oszthatók:<br />
– A fotoszintetikus apparátus pigmentjei: klorofillok; karotinoidok és<br />
xantofilok<br />
– Polifenolok és flavonoid származékok: döntően a termések és virágok<br />
színét adják<br />
Az adott szint a jelenlévő növényi festékek keveréke határpzza meg.
Klorofill-a és Klorofill-b<br />
CH<br />
CH 2<br />
R<br />
Klorofill-a: R = CH 3<br />
H 3 C<br />
H 3 C<br />
H<br />
H<br />
N N<br />
Mg<br />
N N<br />
CH 2<br />
COOCH 3<br />
CH 2 COOCH 2<br />
CH 2 CH 3<br />
CH 3<br />
O<br />
CH 3<br />
Klorofill-b: R = CHO<br />
Porfirin váz<br />
CH 3<br />
CH 3<br />
CH 3 CH 3
• C 5 izoprén egységből felépülő C 40 láncok<br />
Karotinoidok<br />
• A láncvégi egység lehet nyílt (pl.: likopin) vagy gyűrűs (a-, b-és g-karotin), de csak C és H<br />
atomokat tartalmazz!<br />
likopin<br />
a-karotin<br />
b-karotin<br />
g-karotin
Xantofilok<br />
<strong>OH</strong><br />
O<br />
sárga<br />
HO<br />
flavoxanthin (E161a)<br />
rozsdavörös<br />
HO<br />
rubixanthin<br />
O<br />
<strong>OH</strong><br />
O<br />
HO<br />
violaxanthin
Polifenolok<br />
HOOC<br />
O<br />
<strong>OH</strong><br />
<strong>OH</strong><br />
O 2<br />
HOOC<br />
O<br />
O<br />
<strong>OH</strong><br />
O<br />
<strong>OH</strong><br />
O<br />
O<br />
boletol (sárga)<br />
kék<br />
O<br />
<strong>OH</strong><br />
<strong>OH</strong><br />
Sátán gomba<br />
vörös<br />
O<br />
alkanna<br />
O<br />
<strong>OH</strong><br />
alizarin<br />
O<br />
<strong>OH</strong><br />
<strong>OH</strong><br />
<strong>OH</strong><br />
O<br />
<strong>OH</strong><br />
O <strong>OH</strong><br />
purpurin<br />
bíbor<br />
festőbuzér<br />
shikon<br />
alkanin, shikonin<br />
vörös
Flavonoidok<br />
A flavonol és flavon származékok többnyire sárga színűek, a virágok és a<br />
termések színét adják.<br />
O<br />
<strong>OH</strong><br />
O<br />
flavonol<br />
O<br />
O<br />
flavon<br />
Az antocianidinek vörös-kék színű színezőanyagok. Szinük és szerkezetük<br />
pH függést mutat.<br />
antocianidin (aglikon)<br />
O<br />
HO<br />
O O<br />
antocian (glikozid)<br />
<strong>OH</strong><br />
<strong>OH</strong><br />
<strong>OH</strong>
<strong>OH</strong><br />
<strong>OH</strong><br />
<strong>OH</strong><br />
O<br />
O<br />
O<br />
HO<br />
O<br />
HO<br />
O<br />
HO<br />
O<br />
OC 6 O 5 H 11<br />
OC 6 O 5 H 11<br />
OC 6 O 5 H 11<br />
OC 6 O 5 H 11<br />
OC 6 O 5 H 11<br />
OC 6 O 5 H 11<br />
vörös (pH < 3) ibolya (pH = 7-8) kék (pH 9-10)<br />
O<br />
O<br />
HO<br />
O<br />
OC 6 O 5 H 11<br />
OC 6 O 5 H 11<br />
sárga (pH > 11)