Биорегуляторы

Стероиды. К стероидам относится обширный класс природ­ных веществ, в основе которых лежит конденсированный четырехциклический остов, называемый стераном. Стероиды обычно имеют СН₃-группы у С-10 и С-13, углеводородный заместитель у С-17 и кислородсодержащие функциональные группы (спиртовые, сложноэфирные, кетонные), также связанные с остовом. Стероиды относят к группе изопреноидов, они синтезируются в растениях. Животные получают стероиды с растительной и молочной пищей. Полициклический остов сте­роидов относительно жесткий, и для него не характерны конформационные превращения. Поэтому в них различают распо­ложение заместителей относительно плоскости остова: а-расположение - под плоскостью, а (3-расположение - над плоскостью.

Поскольку молекулы стероидов имеют анизометрическую дис­кообразную форму, то они могут образовывать жидкокристалли­ческое состояние вследствие как термотропии, так и лиотропии. Особенностью жидкокристаллического состояния этих соедине­ний в расплаве является то, что их надмолекулярные образова­ния могут иметь спиралевидную структуру, называемую холесте-рической мезофазой, поскольку впервые она была установлена для производных холестерина.

К стероидам относятся многочисленные вещества гормо­нальной природы. Среди них наиболее распространенным явля­ется холестерин. Холестерин - одноатомный спирт, поэтому его также называют холестеролом; он проявляет свойства вторич­ного спирта и алкена. В организме 30 % холестерина содержит­ся в свободном состоянии, 70 % - в виде сложных эфиров с высшими карбоновыми кислотами, как насыщенными (пальми­тиновой и стеариновой), так и ненасыщенными (линолевой, арахидоновой и др.), т. е. в виде ацилхолестеринов.

Общее содержание холестерина в организме составляет 210— 250 г. В больших количествах он содержится в головном и спин­ном мозге, является компонентом клеточных мембран. Транспор­тируется холестерин с помощью липопротеинов (разд. 21.4). При этом в липопротеинах высокой плотности происходит его ацилирование высшими карбоновыми кислотами. Отложение холесте­рина на стенках сосудов приводит к атеросклерозу, а в желч­ном пузыре - к образованию желчных камней.

Холестерин играет важную роль, так как из него в организме синтезируются многие биологически активные соединения. В пе­чени из холестерина образуются необходимые для пищеварения желчные кислоты: холевая и 7-дезоксихолевая:

Холевая кислота в организме, образуя амиды по карбониль­ной группе с глицином и таурином, превращается в глицинхолевую и таурохолевую кислоты:

Во всех желчных кислотах полярные группы располагаются по одну сторону плоскости остова, делая ее гидрофильной, тогда как противоположная сторона - липофильная. Поэтому анионы этих кислот, особенно таурохолевой и глицинхолевой, являются эффективными поверхностно-активными веществами (разд. 27.3). Эмульгируя жиры, они способствуют их всасыванию и перевари­ванию. Желчные кислоты используют в качестве лекарственных препаратов, предотвращающих образование желчных камней, состоящих из холестерина, и растворяющих их.

Холестерин - предшественник всех стероидных гормонов, включая мужские и женские половые гормоны, а также корти-костероиды - гормоны коры надпочечников.

Главными мужскими половыми гормонами являются андростерон и более активный тестостерон.

Тестостерон в дополнение кдействию на половую систему об­ладает значительным анаболическим (тканеобразующим) эффек­том, обуславливая характерную мужскую мускулатуру. Препа­раты, имеющие структуру, подобную тестостерону, например 19-нортестерон (приставка «нор» означает, что нет С-19 метильной группы), используются культуристами и тяжелоатлетами для наращивания мышечной массы, так как они интенсифицируют синтез белков. В то же время надо знать, что 19-нортестерон подавляет продуцирование спермы у мужчин.

Женская половая система контролируется двумя типами гор­монов: это эстрадиол, контролирующий менструальный цикл у женщин, и прогестерон, способствующий наступлению и со­хранению беременности.

Пероральные женские контрацептивы, которые препятст­вуют овуляции, например местранол, имеют структуру, подоб­ную женским гормонам.

Кортикостероиды (всего их около 40) образуются в коре над­почечников и регулируют углеводный и солевой обмен. Приме ром может служить кортикостерон, который действует как антагонист инсулина, повышая содержание глюкозы в крови. Другой пример - синтетический кортикостероид преднизолон, используемый как лекарственный препарат для лечения ревма­тизма, бронхиальной астмы и воспалительных процессов кожи.

Жирорастворимые витамины. Витаминами называют низко­молекулярные органические вещества, наличие которых в незна­чительных количествах необходимо для нормальной жизнедея­тельности организма. Роль витаминов заключается в том, что они являются составной частью многих ферментов, а иногда - гормо­нов. Витамины делят на две большие группы - водорастворимые и жирорастворимые. Рассмотрение жирорастворимых витаминов начнем с витаминов группы D, которые образуются из стероидов.

Витамины группы D образуются в коже млекопитаю­щих из эргостерона и холестерина, в которых под действием солнечного света разрывается связь между атомами С-9 и С-10 кольца В. Наиболее распространены эргокалъциферол (витамин D2) и холекальциферол (витамин D3):

Витамины D малостабильны и быстро разрушаются под дей­ствием света, окислителей и минеральных кислот.

Основное количество витаминов D, необходимое человеку, об­разуется в коже под действием света. При недостаточном образо­вании витаминов D, особенно в осенне-зимний период, их запасы должны пополняться за счет питания. Источником витаминов D являются рыбий жир, сливочное масло, молоко, желток яйца и пе­чень животных. Витамины D регулируют обмен фосфора и каль­ция в организме, содействуют всасыванию соответствующих ионов кишечником и формированию костной ткани. При D-авитаминозе развивается рахит, остеопороз и другие болезни костной ткани.

Витамины группы А являются факторами роста. Их недостаток в организме вызывает ослабление зрения, торможение роста, общее истощение и понижение сопротивляемости ор­ганизма инфекции. Наиболее распространенным считается вита­мин А1, который также называется ретинолом. Источником ви­тамина A1 для человека являются рыбий жир, печень рыб, птиц и животных, желток яйца, сливочное масло, плоды с оранжевой и красной мякотью (морковь, томаты, перец), а также зелень.

В овощах, фруктах, зеленивитамин A1 содержится в виде про­витамина B - каротина. Молекула B-каротина в кишечной стенке человека и животных, окисляясь кислородом по двойной межуг­леродной связи 15-15', распадается с образованием двух молекул витамина A1. Каротин и витамин А1 являются изопреноидами.

Витамины группы А хорошо растворимы в липофильной час­ти тканей. Они проявляют восстановительные свойства за счет атомов углерода сопряженных двойных связей, выступая анти-оксидантами, ограничивающими свободнорадикальное окисление в тканях (разд. 9.3.9), и тем самым предотвращают дегенера­тивные процессы в них.

Витамины группы Е, так называемые а-, B- и у-токоферолы, - полиалкильные производные гидрохинона. Благодаря наличию в их молекулах алкильных группировок, витамины Е растворяются в жирах, а за счет гидрохинонового фрагмента выступают восстановителями. Токоферолы - одни из самых силь­ных природных антиоксидантов. Реагируя с активными форма­ми кислорода и окисляясь в соответствующие хиноны, они об­рывают цепи окисления.

Недостаток витаминов Е в организме приводит к наруше­нию развития плода в организме матери, а также к развитию мышечной дистрофии, дегенерации спинного мозга, к парали­чу конечностей, т. е. к общему заболеванию организма. В то же время витамины Е, функционируя как структурные ком­поненты биомембран, стабилизируют и защищают их от окис­ления.

Источником витаминов Е для человека являются расти­тельное масло, салат, капуста, зерновые продукты. Таким обра­зом, жирорастворимые витамины А и Е, выступая восстанови­телями, защищают липофильные фрагменты тканей от актив­ных форм кислорода и свободных радикалов.

Витамины группы К - производные 2-метил-1,4-на-фтохинона, имеющие в положении 3 заместитель R, который у витамина K1растений является насыщенным слегка разветвлен­ным углеводородным радикалом, содержащим 20 углеродных атомов. У витамина К2 животных и бактерий заместитель R -ненасыщенный слегка разветвленный углеводородный радикал, содержащий от 30 до 45 углеродных атомов и несущий соответственно от 6 до 9 двойных связей.

Витамины К, являясь окислителями, способствуют мягкому окислению биосубстратов и способны связывать возникающие в клетках активные радикальные частицы:

Витамины К способствуют обеспечению нормальной свер­тываемости крови и положительно влияют на состояние эндо-толиольной оболочки кровеносных сосудов. Полагают, что ви­тамины К принимают участие в синтезе протромбина и ряда других белковых факторов, необходимых для свертывания кро­ви. В лечебной практике используется синтетический аналог витамина К - викасол, повышающий способность крови к свер­тыванию.

Витамины группы Q (убихиноны). Эти жирорас­творимые витамины близки по строению к витаминам К, так как являются производными 2-метил-бензохинона, содержащи­ми слегка разветвленный ненасыщенный углеводородный за­меститель R с 30-50 углеродными атомами, несущий от 6 до 10 двойных связей.

В организме убихиноны могут легко и обратимо восстанавли­ваться в убигидрохиноны, о чем свидетельствует значение нор­мального восстановительного потенциала, близкое к 0 (разд. 9.2 и 9.3.3). Следовательно, убихиноны способны и окислять, и вос­станавливать биосубстраты, а также связывать возникающие в клетках активные радикальные частицы.

Источником витаминов Q являются растительные и живот­ные ткани, в которых интенсивно протекают окислительно-вос­становительные процессы, например сердечная мышца, печень, бурая жировая ткань животных, впадающих в зимнюю спячку.

Все рассмотренные жирорастворимые витамины содержат длинные углеводородные цепи или, как в витаминах D, цепи замкнуты в циклы. Эти неомыляемые липиды, как и стероиды, относят к изопреноидам, т. е. терпенам.

Простагландины. Эти соединения впервые были обнаружены в семенной жидкости баранов и получили свое название как про­дукты предстательной железы (простаты). В организмах простаг­ландины образуются в результате мягкого окисления арахидоновой или других полиненовых жирных кислот:

В настоящее время известно свыше 30 простагландинов, сходных по строению с простагландином Е2, в молекулах которых есть раз­ные кислородсодержащие группы. Концентрация простагландинов в тканях чрезвычайно мала (10^-9 - 10^-6 моль/л), они крайне нестойки. Простагландины обладают широким спектром биологической актив­ности и присутствуют почти во всех тканях организма. В частности, они вызывают болевые ощущения, а действие анальгина, ослабляю­щее боль, связано с тем, что он подавляет биосинтез простагланди­нов. Простагландины расширяют кровеносные сосуды, стимулируют работу кишечника, печени, легких, влияют на процессы нервного возбуждения и на половой цикл у женщин. Их используют для ле­чения сердечно-сосудистых заболеваний, облегчения родов, предот­вращения и прерывания беременности. Считается, что простагланди­ны способны изменять активность гормон-рецепторных ассоциатов.

Глава 21 АМИНОКИСЛОТЫ, ПЕПТИДЫ И БЕЛКИ

После изучения этой главы вы должны знать:

- строение, прототропную таутомерию, классификацию а-аминокислот;

- кислотно-основные, комплексообразующие, электрофильно-нуклеофильные и окислительно-восстановительные свойства а-аминокислот;

- строение, структуру и свойства пептидов;

- строение, структуру, свойства белков и их водных растворов.

Аминокислоты - органические соединения, содержащие два ти­па функциональных групп с противоположными свойствами: ами­ногруппу (—NH2) и карбоксильную группу (—СООН). Они играют исключительно важную роль в жизни животных и растительных организмов. Замечательным свойством живого является способ­ность соединять аминокислоты друг с другом в различных комбина­циях и последовательностях с образованием различных полиами­дов: пептидов и белков, проявляющих совершенно разные свойст­ва. Условно считают, что пептиды содержат до 100, а белки -свыше 100 аминокислотных остатков. Молекулярная масса пепти­дов до 10 000, а у белков - от 10 000 до нескольких миллионов.