המושג "חומר פעיל ביולוגי" (BAS). סוגי חומרים פעילים ביולוגית (BAS) חומרים פעילים מופחתים חומרים פעילים

בין מיליונים רבים של סוגי מולקולות המרכיבות את הסביבה הביוכימית של הגוף, ישנם אלפים רבים הממלאים תפקיד אינפורמטיבי. גם אם לא ניקח בחשבון את אותם חומרים שהגוף משחרר לסביבה, ומיידע יצורים חיים אחרים על עצמו: בני שבט, אויבים וקורבנות, ניתן לייחס מגוון עצום של מולקולות לקבוצות שונות של חומרים פעילים ביולוגית (בקיצור BAS) מסתובב בגוף מדיה נוזלי ומעביר מידע זה או אחר מהמרכז לפריפריה, מתא אחד למשנהו, או מהפריפריה למרכז. למרות מגוון ההרכב והמבנה הכימי, כל המולקולות הללו משפיעות בצורה כזו או אחרת ישירות על התהליכים המטבוליים המבוצעים על ידי תאים ספציפיים בגוף.

החשובים ביותר לוויסות הפיזיולוגי של חומרים פעילים ביולוגית הם מתווכים, הורמונים, אנזימים וויטמינים.

בחירות - אלו חומרים בעלי אופי שאינו חלבוני, בעלי מבנה פשוט יחסית ומשקל מולקולרי קטן. הם משתחררים על ידי קצוות תאי עצב בהשפעת הדחף העצבי הבא שהגיע לשם (מבועות מיוחדות שבהן הם מצטברים במרווחים שבין דחפים עצביים). דה-פולריזציה של קרום סיבי העצב מובילה לקרע של השלפוחית ​​הבשלה, וטיפות המתווך נכנסות אל השסע הסינפטי. סינפסה היא החיבור של שני סיבי עצב או סיב עצב עם תא ברקמה אחרת. למרות שהאות מועבר חשמלית לאורך סיב העצב, בניגוד לחוטי מתכת קונבנציונליים, סיבי עצב אינם יכולים להיות מחוברים זה לזה בצורה מכנית: אימפולס לא יכול להיות מועבר בדרך זו, שכן מעטפת סיב העצב אינה מוליך, אלא מְבַדֵד. במובן זה, סיב העצב דומה יותר לכבל מוקף בשכבה של מבודד חשמלי מאשר לחוט. לכן יש צורך במתווך כימי. תפקיד זה ממלאת המולקולה המתווכת. לאחר השסע הסינפטי, המתווך פועל על הממברנה הפוסט-סינפטית, מה שמוביל לשינוי מקומי בקיטוב שלו, וכך נוצר דחף חשמלי בתא שאליו יש להעביר עירור. לרוב בגוף האדם מולקולות של אצטילכולין, אדרנלין, נוראדרנלין, דופמין וחומצה גמא-אמינו-בוטירית (GABA) פועלות כמתווכים. מיד עם השלמת פעולתו של המתווך על הממברנה הפוסט-סינפטית, מולקולת המתווך מושמדת בעזרת אנזימים מיוחדים הנמצאים כל הזמן בצומת תאים זה, ובכך מונעים את עירור יתר של הממברנה הפוסט-סינפטית ובהתאם, התאים אשר מושפעים ממידע. מסיבה זו דחף אחד המגיע לממברנה הפרה-סינפטית יוצר דחף בודד בממברנה הפוסט-סינפטית. דלדול מאגרי המשדר בקרום הפרה-סינפטי עלול לגרום לעיתים להפרה של הולכה של דחף עצבי.

הורמונים - חומרים מקרומולקולריים המיוצרים על ידי הבלוטות האנדוקריניות כדי לשלוט בפעילות של איברים ומערכות גוף אחרות.

מבחינת ההרכב הכימי שלהם, הורמונים יכולים להשתייך לקבוצות שונות של תרכובות אורגניות השונות באופן משמעותי בגודל המולקולרי (טבלה 13). ההרכב הכימי של ההורמון קובע את מנגנון האינטראקציה שלו עם תאי המטרה.

הורמונים יכולים להיות משני סוגים - פעולה ישירה או טרופי. הראשונים משפיעים ישירות על תאים סומטיים, משנים את מצבם המטבולי ומאלצים אותם לשנות את פעילותם התפקודית. אלה נועדו לפעול על בלוטות אנדוקריניות אחרות, שבהן, בהשפעת ההורמונים הטרופיים, מואץ או מואט ייצור ההורמונים שלהם עצמם, שלרוב פועלים ישירות על תאים סומטיים.

מבוא

כל אורגניזם חי הוא מערכת פיזיקוכימית פתוחה שיכולה להתקיים באופן פעיל רק בתנאים של זרימה אינטנסיבית מספיק של כימיקלים הדרושים לפיתוח ותחזוקה של מבנה ותפקוד. עבור אורגניזמים הטרוטרופיים (בעלי חיים, פטריות, חיידקים, פרוטוזואה, צמחים נטולי כלורופיל), תרכובות כימיות מספקות את כל או את רוב האנרגיה הדרושה לחייהם. בנוסף לאספקת אורגניזמים חיים עם חומרי בניין ואנרגיה, הם מבצעים מגוון פונקציות כנשאי מידע לאורגניזם אחד, מספקים תקשורת תוך-ובין-ספציפית.

לפיכך, יש להבין את הפעילות הביולוגית של תרכובת כימית כיכולתה לשנות את היכולות התפקודיות של האורגניזם ( בַּמַבחֵנָהאוֹ in vivo) או קהילות של אורגניזמים. הגדרה רחבה זו של פעילות ביולוגית פירושה שכמעט לכל תרכובת כימית או הרכב של תרכובות יש צורה כלשהי של פעילות ביולוגית.

אפילו חומרים אינרטיים מאוד מבחינה כימית יכולים להיות בעלי השפעה ביולוגית ניכרת כאשר הם מוכנסים כראוי לגוף.

לפיכך, ההסתברות למצוא תרכובת פעילה ביולוגית בין כל התרכובות הכימיות קרובה לאחת, אך מציאת תרכובת כימית עם סוג נתון של פעילות ביולוגית היא משימה קשה למדי.

חומרים פעילים ביולוגית- כימיקלים הנחוצים לשמירה על פעילותם החיונית של אורגניזמים חיים, בעלי פעילות פיזיולוגית גבוהה בריכוזים נמוכים ביחס לקבוצות מסוימות של אורגניזמים חיים או לתאים שלהם.

ליחידת פעילות ביולוגיתחומרים כימיים לוקחים את הכמות המינימלית של חומר זה שיכולה לעכב התפתחות או לעכב את הצמיחה של מספר מסוים של תאים, רקמות של זן סטנדרטי (ביוטסטים) ביחידת מדיום תזונתי.

פעילות ביולוגית היא מושג יחסי. לאותו חומר יכול להיות פעילות ביולוגית שונה ביחס לאותו סוג של אורגניזם חי, רקמה או תא, בהתאם לערך ה-pH, הטמפרטורה והנוכחות של חומרים פעילים ביולוגית אחרים. מיותר לציין שאם אנחנו מדברים על מינים ביולוגיים שונים, אז ההשפעה של חומר יכולה להיות זהה, להתבטא בדרגות שונות, הפוכות ישירות, או להשפיע בצורה ניכרת על אורגניזם אחד ולהיות אינרטי עבור אחר.

לכל סוג של BAS יש שיטות משלו לקביעת פעילות ביולוגית. לכן, עבור אנזימים, השיטה לקביעת הפעילות היא רישום קצב הצריכה של המצע (S) או קצב היווצרות תוצרי תגובה (P).

לכל ויטמין יש שיטה משלו לקביעת פעילות (כמות הוויטמין בדגימת בדיקה (לדוגמה, טבליות) ביחידות של IU).

לעתים קרובות בתרגול רפואי ופרמקולוגי נעשה שימוש במושג כמו LD 50 - כלומר. הריכוז של חומר בהכנסתו מחצית מחיות הניסוי מתות. זהו מדד לרעילות של BAS.

מִיוּן

הסיווג הפשוט ביותר - כללי - מחלק את כל החומרים הפעילים ביולוגית לשתי מחלקות:

• אנדוגני
• אקסוגני

החומרים האנדוגניים הם

דוקטור למדעי הביולוגיה, פרופסור ו.מ.שקומטוב;

סגן מנכ"ל עבור

פיתוח חדשני של RUE "Belmedpreparaty"

מועמד למדעים טכניים T. V. Trukhacheva

Leontiev, V.N.

כימיה של חומרים פעילים ביולוגית: קורס אלקטרוני של טקסטים של הרצאות לתלמידי המומחיות 1-48 02 01 "ביוטכנולוגיה" צורות חינוך במשרה מלאה וחלקית / V. N. Leontiev, O. S. Ignatovets. - מינסק: BSTU, 2013. - 129 עמ'.

הקורס האלקטרוני של טקסטים בהרצאות מוקדש לתכונות המבניות והתפקודיות ולתכונות הכימיות של המעמדות העיקריים של חומרים פעילים ביולוגית (חלבונים, פחמימות, שומנים, ויטמינים, אנטיביוטיקה וכו'). מתוארות שיטות לסינתזה כימית וניתוח מבני של מחלקות התרכובות המפורטות, תכונותיהן והשפעותיהן על מערכות ביולוגיות, כמו גם תפוצתן בטבע.

נושא 1. מבוא	4
נושא 2. חלבונים ופפטידים. מבנה ראשוני של חלבונים ופפטידים
נושא 3. ארגון מבני של חלבונים ופפטידים. שיטות מיצוי
נושא 4. סינתזה כימית ושינוי כימי של חלבונים ופפטידים
נושא 5. אנזימים	45
נושא 6. כמה חלבונים בעלי חשיבות ביולוגית	68
נושא 7. מבנה חומצות גרעין	76
נושא 8. מבנה הפחמימות והביופולימרים המכילים פחמימות
נושא 9. מבנה, תכונות וסינתזה כימית של שומנים	104
נושא 10. סטרואידים	117
נושא 11. ויטמינים	120
נושא 12. מבוא לפרמקולוגיה. פרמקוקינטיקה	134
נושא 13. תרופות נגד מלריה	137
נושא 14. תרופות המשפיעות על מערכת העצבים המרכזית
נושא 15	144
נושא 16. אנטיביוטיקה	146
בִּיבּלִיוֹגְרָפִיָה	157

נושא 1. מבוא
הכימיה של חומרים פעילים ביולוגית חוקרת את המבנה והתפקודים הביולוגיים של המרכיבים החשובים ביותר של החומר החי, בעיקר ביו-פולימרים ומווסתים ביולוגיים בעלי משקל מולקולרי נמוך, תוך התמקדות בבירור דפוסי הקשר בין מבנה לפעולה ביולוגית. למעשה, זהו הבסיס הכימי של הביולוגיה המודרנית. על ידי פיתוח הבעיות הבסיסיות של הכימיה של עולם החיים, כימיה ביו-אורגנית תורמת לפתרון בעיות השגת תרופות חשובות מעשית לרפואה, לחקלאות ולמספר תעשיות.

מטרות הלימוד:חלבונים ופפטידים, חומצות גרעין, פחמימות, שומנים, ביו-פולימרים מסוג מעורב - גליקופרוטאין, נוקלאופרוטאין, ליפופרוטאינים, גליקוליפידים וכו'; אלקלואידים, טרפנואידים, ויטמינים, אנטיביוטיקה, הורמונים, פרוסטגלנדינים, חומרי גדילה, פרומונים, רעלנים וכן תרופות סינתטיות, חומרי הדברה וכו'.

שיטות מחקר:הארסנל העיקרי הוא שיטות הכימיה האורגנית, אולם, שיטות פיזיקליות, פיזיקוכימיות, מתמטיות וביולוגיות שונות מעורבות גם בפתרון בעיות מבניות ותפקודיות.

מטרות עיקריות:בידוד של התרכובות שנחקרו במצב אינדיבידואלי באמצעות התגבשות, זיקוק, סוגים שונים של כרומטוגרפיה, אלקטרופורזה, אולטרה סינון, אולטרה צנטריפוגה, הפצת זרם נגדי וכו'; קביעת המבנה, לרבות המבנה המרחבי, על בסיס גישות של כימיה אורגנית ופיזיקלית-אורגנית באמצעות ספקטרומטריית מסה, סוגים שונים של ספקטרוסקופיה אופטית (IR, UV, לייזר וכו'), ניתוח עקיפות קרני רנטגן, תהודה מגנטית גרעינית , תהודה פרמגנטית אלקטרונית, סיבוב פיזור אופטי ודיכרואיזם מעגלי, שיטות של קינטיקה מהירה וכו', בשילוב חישובי מחשב; סינתזה כימית ושינוי כימי של התרכובות הנלמדות, לרבות סינתזה מלאה, סינתזה של אנלוגים ונגזרות, על מנת לאשר את המבנה, להבהיר את הקשר בין המבנה לתפקוד הביולוגי ולהשיג תרופות בעלות ערך מעשי; בדיקה ביולוגית של התרכובות שהתקבלו בַּמַבחֵנָהו in vivo.

הקבוצות הפונקציונליות הנפוצות ביותר בביומולקולות הן:

הידרוקסיל (אלכוהול)	קבוצת אמינו (אמינים)
אלדהיד (אלדהידים)	אמיד (אמידים)
קרבוניל (קטונים)	אסטר
קרבוקסילית (חומצות)	שְׁמֵימִי
סולפהדריל (תיולים)	מתיל
דיסולפיד	אֶתִיל
פוֹספָט	פניל
גואנידין	אימידאזול

נושא 2 חלבונים ופפטידים. מבנה ראשוני של חלבונים ופפטידים
סנאים- ביו-פולימרים בעלי מולקולריות גבוהה הבנויים משאריות חומצות אמינו. המשקל המולקולרי של חלבונים נע בין 6,000 ל-2,000,000 דא. חלבונים הם תוצר של מידע גנטי המועבר מדור לדור ומבצעים את כל תהליכי החיים בתא. לפולימרים המגוונים להפליא הללו יש כמה מהפונקציות הסלולריות החשובות והמגוונות ביותר.

ניתן לחלק חלבונים:
1) לפי מבנה : חלבונים פשוטים בנויים משאריות חומצות אמינו ועם הידרוליזה מתפרקים, בהתאמה, רק לחומצות אמינו חופשיות או לנגזרות שלהן.

חלבונים מורכביםהם חלבונים דו-רכיביים המורכבים מחלבון פשוט ומרכיב שאינו חלבוני הנקרא קבוצה תותבת. במהלך הידרוליזה של חלבונים מורכבים, בנוסף לחומצות אמינו חופשיות, נוצר חלק שאינו חלבוני או תוצרי הריקבון שלו. הם עשויים לכלול יוני מתכת (מטלופרוטאינים), מולקולות פיגמנט (כרומופרוטאינים), הם יכולים ליצור קומפלקסים עם מולקולות אחרות (ליפו-, נוקלאו-, גליקופרוטאין), וגם קוולנטיות לקשור פוספט אנאורגני (פוספופרוטאינים);

2. מסיסות במים:

- מסיס במים

- מסיס במלח

- מסיס באלכוהול

- בלתי מסיס;

3. פונקציות שבוצעו : הפונקציות הביולוגיות של חלבונים כוללות:

- קטליטי (אנזימטי),

- ויסות (היכולת לווסת את קצב התגובות הכימיות בתא ואת רמת חילוף החומרים בגוף כולו),

- הובלה (הובלה של חומרים בגוף והעברתם דרך ביו-ממברנות),

- מבניים (כחלק מכרומוזומים, ציטושלד, רקמות חיבור, שרירים, תומכות),

– קולטן (אינטראקציה של מולקולות קולטן עם רכיבים חוץ-תאיים והתחלת תגובה תאית ספציפית).

בנוסף, חלבונים מבצעים פונקציות הגנה, חילוף, רעילות, מתכווצות ואחרות;

4) בהתאם למבנה המרחבי:

- fibrillar (הם משמשים על ידי הטבע כחומר מבני),

- כדורי (אנזימים, נוגדנים, כמה הורמונים וכו').

חומצות אמינו, תכונותיהן
חומצות אמינונקראות חומצות קרבוקסיליות המכילות קבוצת אמינו וקבוצת קרבוקסיל. חומצות אמינו טבעיות הן חומצות 2-aminocarboxylic, או חומצות אמינו α, אם כי יש חומצות אמינו כגון β-alanine, taurine, γ-aminobutyric acid. באופן כללי, הנוסחה לחומצת אמינו α נראית כך:


לחומצות α באטום הפחמן השני יש ארבעה תחליפים שונים, כלומר לכל חומצות ה-α, למעט גליצין, יש אטום פחמן אסימטרי (כיראלי) והן קיימות בצורה של שני אננטיומרים - ל- ו ד-חומצות אמינו. חומצות אמינו טבעיות הן ל-שׁוּרָה. דחומצות α נמצאות בחיידקים ובאנטיביוטיקה פפטידים.

כל חומצות האמינו בתמיסות מימיות יכולות להתקיים כיונים דו-קוטביים, והמטען הכולל שלהן תלוי ב-pH של המדיום. ערך ה-pH שבו המטען הכולל הוא אפס נקרא נקודה איזואלקטרית. בנקודה האיזואלקטרית, חומצת האמינו היא דוטריון, כלומר, קבוצת האמינים שלה פרוטונאית וקבוצת הקרבוקסיל מתנתקת. באזור ה-pH הנייטרלי, רוב חומצות האמינו הן צווטריונים:


חומצות אמינו אינן סופגות אור באזור הנראה של הספקטרום, חומצות אמינו ארומטיות סופגות אור באזור ה-UV של הספקטרום: טריפטופן וטירוזין ב-280 ננומטר, פנילאלנין ב-260 ננומטר.

חלבונים נותנים סדרה של תגובות צבע עקב נוכחותם של שאריות חומצות אמינו מסוימות או קבוצות כימיות נפוצות. תגובות אלו נמצאות בשימוש נרחב למטרות אנליטיות. ביניהם, המפורסמות ביותר הן תגובת הנינהדרין, המאפשרת קביעה כמותית של קבוצות אמינו בחלבונים, פפטידים וחומצות אמינו, וכן תגובת הביורט, המשמשת לקביעה איכותית וכמותית של חלבונים ופפטידים. כאשר מחממים חלבון או פפטיד, אך לא חומצת אמינו, עם CuSO 4 בתמיסה אלקלית, נוצרת תרכובת קומפלקס נחושת בצבע סגול, שניתן לקבוע את כמותה בצורה ספקטרופוטומטרית. בדיקות צבע עבור חומצות אמינו בודדות משמשות לאיתור פפטידים המכילים את שאריות חומצות האמינו התואמות. כדי לזהות את קבוצת הגואנידין של ארגינין, נעשה שימוש בתגובת Sakaguchi - בעת אינטראקציה עם א-נפטול ונתרן היפוכלוריט, גואנידינים במדיום אלקליני נותנים צבע אדום. ניתן לזהות את טבעת האינדול של טריפטופן על ידי תגובת ארליך - צבע אדום-סגול כאשר מגיבים עם p-dimethylamino-benzaldehyde ב-H 2 SO 4 . תגובת פאולי מאפשרת לזהות שאריות היסטידין וטירוזין, המגיבות עם חומצה דיאזובנזן סולפונית בתמיסות אלקליות, ויוצרות נגזרות בצבע אדום.

התפקיד הביולוגי של חומצות אמינו:

1) אלמנטים מבניים של פפטידים וחלבונים, מה שנקרא חומצות אמינו חלבון. הרכב החלבונים כולל 20 חומצות אמינו המקודדות בקוד הגנטי ונכללות בחלבונים במהלך התרגום, חלקן יכולות להיות פוספורילציה, אצילציה או הידרוקסילציה;

2) אלמנטים מבניים של תרכובות טבעיות אחרות - קו-אנזימים, חומצות מרה, אנטיביוטיקה;

3) מולקולות אות. חלק מחומצות האמינו הן נוירוטרנסמיטורים או מבשרים של נוירוטרנסמיטורים, הורמונים והיסטו-הורמונים;

4) המטבוליטים החשובים ביותר, למשל, כמה חומצות אמינו הן מבשרות של אלקלואידים צמחיים, או משמשות כתורמי חנקן, או מהוות מרכיבים חיוניים בתזונה.

המינוח, המשקל המולקולרי וערכי ה-pK של חומצות אמינו מוצגים בטבלה 1.

שולחן 1
נומנקלטורה, משקל מולקולרי וערכי pK של חומצות אמינו

חומצת אמינו	יִעוּד	מולקולרית מִשׁקָל	ע ק 1 (−COOH)	ע ק 2 (-NH3+)	ע קר (ר-קבוצות)
גליצין	גלי ג	75	2,34	9,60	−
אלנין	עלא א	89	2,34	9,69	−
ולין	ואל V	117	2,32	9,62	−
לאוצין	לאו ל	131	2,36	9,60	−
איזולאוצין	איל אני	131	2,36	9,68	−
פרולין	פרו פ	115	1,99	10,96	−
פנילאלנין	Phe F	165	1,83	9,13	−
טירוזין	טיר י	181	2,20	9,11	10,07
טריפטופן	Trp W	204	2,38	9,39	−
רָגוּעַ	סר ס	105	2,21	9,15	13,60
ת'רונין	ThrT	119	2,11	9,62	13,60
ציסטאין	Cys C	121	1,96	10,78	10,28
מתיונין	פגש את מ	149	2,28	9,21	−
אספרגין	AsnN	132	2,02	8,80	−
גלוטמין	Gln Q	146	2,17	9,13	−
אספרטייט	אספ ד	133	1,88	9,60	3,65
גלוטמט	Glu E	147	2,19	9,67	4,25
ליזין	ליס ק	146	2,18	8,95	10,53
ארגינין	ארג ר	174	2,17	9,04	12,48
היסטידין	H שלו	155	1,82	9,17	6,00

חומצות אמינו שונות במסיסותן במים. זה נובע מהטבע ה-zwitterionic שלהם, כמו גם את היכולת של רדיקלים ליצור אינטראקציה עם מים (להיות hydrated). ל הידרופיליכוללים רדיקלים המכילים קבוצות פונקציונליות קטיוניות, אניוניות וקוטביות לא טעונות. ל הידרופובי- רדיקלים המכילים קבוצות אלקיל או אריל.

תלוי בקוטביות ר-קבוצות מבחינות בארבע מחלקות של חומצות אמינו: לא קוטביות, קוטביות לא טעונות, טעונות שלילי וחיוביות.

חומצות אמינו לא קוטביות כוללות: גליצין; חומצות אמינו עם שרשראות צד אלקיל ואריל - אלנין, ולין, לאוצין, איזולאוצין; טירוזין, טריפטופן, פנילאלנין; חומצת אימינו - פרולין. הם נוטים להיכנס לסביבה ההידרופוביה "בתוך" מולקולת החלבון (איור 1).

אורז. 1. חומצות אמינו לא קוטביות
חומצות אמינו טעונות קוטביות כוללות: חומצות אמינו טעונות חיובית - היסטידין, ליזין, ארגינין (איור 2); חומצות אמינו בעלות מטען שלילי - חומצה אספרטית וחומצה גלוטמית (איור 3). בדרך כלל הם בולטים כלפי חוץ לתוך הסביבה המימית של הסנאי.

חומצות האמינו הנותרות יוצרות את הקטגוריה של קוטביים לא טעונים: סרין ותריונין (חומצות אמינו-אלכוהולים); אספרגין וגלוטמין (אמידים של חומצה אספרטית וגלוטמית); ציסטאין ומתיונין (חומצות אמינו המכילות גופרית).

מכיוון שקבוצות ה-COOH של חומצות גלוטמיות ואספרטיות מתפרקות לחלוטין ב-pH ניטרלי, הן נקראות גלוטמטו אספרטייטללא קשר לאופי הקטיונים המצויים בתווך.

מספר חלבונים מכילים חומצות אמינו מיוחדות הנוצרות על ידי שינוי חומצות אמינו רגילות לאחר הכללתן בשרשרת הפוליפפטידית, למשל 4-hydroxyproline, phosphoserine, -carboxyglutamic acid וכו'.

אורז. 2. חומצות אמינו עם קבוצות צד טעונות
כל חומצות האמינו הנוצרות במהלך הידרוליזה של חלבונים בתנאים קלים למדי מפגינות פעילות אופטית, כלומר, יכולת לסובב את מישור האור המקוטב (למעט גליצין).

אורז. 3. חומצות אמינו עם קבוצות צד טעונות
לכל התרכובות שיכולות להתקיים בשתי צורות סטריאואיזומריות, L-ו-D-איזומרים, יש פעילות אופטית (איור 4). חלבונים מכילים רק ל-חומצות אמינו.

ל-אלנין ד-אלנין
אורז. 4. איזומרים אופטיים של אלנין

לגליצין אין אטום פחמן א-סימטרי, בעוד שתריונין ואיזולאוצין מכילים כל אחד שני אטומי פחמן א-סימטריים. לכל שאר חומצות האמינו אטום פחמן אסימטרי אחד.

הצורה הלא פעילה אופטית של חומצת אמינו נקראת racemate, שהיא תערובת אקוומולרית ד- ו ל-איזומרים, ומסומן בסמל DL-.

M

המונומרים של חומצות אמינו המרכיבות את הפוליפפטידים נקראים שאריות חומצות אמינו. שיירי חומצות אמינו מחוברים זה לזה בקשר פפטיד (איור 5), שבהיווצרותו לוקחים חלק קבוצת -קרבוקסיל של חומצת אמינו אחת וקבוצת α-אמינו של אחרת.
אורז. 5. יצירת קשר פפטיד
שיווי המשקל של תגובה זו מוסט לכיוון היווצרות של חומצות אמינו חופשיות, ולא הפפטיד. לכן, הביוסינתזה של פוליפפטידים דורשת קטליזה וצריכת אנרגיה.

מאחר והדיפפטיד מכיל קבוצות קרבוקסיל ואמיניות תגובתיות, ניתן להצמיד אליו שאריות חומצות אמינו נוספות בעזרת קשרים פפטידים חדשים, וכתוצאה מכך נוצר פוליפפטיד - חלבון.

שרשרת הפוליפפטיד מורכבת מקטעים שחוזרים על עצמם באופן קבוע - קבוצות NH-CHR-CO היוצרות את השרשרת הראשית (שלד או עמוד השדרה של המולקולה), וחלק משתנה, כולל שרשראות צד אופייניות. ר-קבוצות של שאריות חומצות אמינו בולטות מעמוד השדרה של הפפטידים ויוצרות את פני הפולימר במידה רבה, וקובעות רבות מהתכונות הפיזיקליות והכימיות של חלבונים. סיבוב חופשי בעמוד השדרה הפפטידי אפשרי בין אטום החנקן של קבוצת הפפטידים לבין אטום ה-α-פחמן השכן, וכן בין אטום ה-α-פחמן לפחמן מקבוצת הקרבוניל. בשל כך, המבנה הליניארי יכול לקבל מבנה מרחבי מורכב יותר.

שייר חומצת אמינו שיש לו קבוצת α-אמינו חופשית נקרא נ-טרמינלי, ובעל קבוצת -קרבוקסיל חופשית - מ-מָסוֹף.

המבנה של פפטידים מתואר בדרך כלל עם נ- סוף.

לפעמים קבוצות -amino ו--carboxyl הסופיות נקשרות זו לזו, ויוצרות פפטידים מחזוריים.

הפפטידים שונים במספר חומצות האמינו, בהרכב חומצות האמינו ובסדר שילוב חומצות האמינו.

קשרי פפטידים חזקים מאוד, ונדרשים תנאים קשים להידרוליזה הכימית שלהם: טמפרטורה ולחץ גבוהים, סביבה חומצית וזמן ארוך.

בתא חי, קשרי פפטידים יכולים להישבר על ידי אנזימים פרוטאוליטיים הנקראים פרוטאזות, או פפטיד הידרולאזות.

בדיוק כמו חומצות אמינו, חלבונים הם תרכובות אמפוטריות וטעונים בתמיסות מימיות. לכל חלבון יש נקודה איזואלקטרית משלו - ערך ה-pH שבו המטענים החיוביים והשליליים של החלבון מתוגמלים במלואם והמטען הכולל של המולקולה הוא אפס. בערכי pH מעל הנקודה האיזואלקטרית, החלבון נושא מטען שלילי, ובערכי pH מתחת לנקודה האיזואלקטרית הוא חיובי.
מסדרים. אסטרטגיה וטקטיקה של ניתוח המבנה העיקרי
קביעת המבנה הראשוני של חלבונים מסתכם בבירור הסדר שבו מסודרות חומצות אמינו בשרשרת הפוליפפטידית. בעיה זו נפתרת באמצעות השיטה רצף(מאנגלית. סדר פעולות-משנה).

באופן עקרוני, ניתן לקבוע את המבנה הראשוני של חלבונים על ידי ניתוח ישיר של רצף חומצות האמינו או על ידי פענוח רצף הנוקלאוטידים של הגנים התואמים באמצעות הקוד הגנטי. באופן טבעי, השילוב של שיטות אלו מספק את האמינות הגדולה ביותר.

למעשה, ריצוף ברמתו הנוכחית מאפשר לקבוע את רצף חומצות האמינו בפוליפפטידים, שגודלם אינו עולה על כמה עשרות שיירי חומצות אמינו. יחד עם זאת, שברי הפוליפפטיד שנחקרו קצרים בהרבה מאלו חלבונים טבעיים איתם אנו צריכים להתמודד. לכן יש צורך בחיתוך ראשוני של הפוליפפטיד המקורי לשברים קצרים. לאחר רצף הקטעים המתקבלים, יש לקשר אותם מחדש ברצף המקורי.

לפיכך, קביעת רצף החלבון הראשוני מצטמצמת לשלבים העיקריים הבאים:

1) ביקוע חלבון למספר שברים באורך זמין לרצף;

2) רצף של כל אחד מהפרגמנטים שהושגו;

3) הרכבה של המבנה השלם של החלבון מהמבנים המבוססים של שבריו.

חקר המבנה הראשוני של חלבון מורכב מהשלבים הבאים:

- קביעת משקלו המולקולרי;

- קביעת הרכב חומצות האמינו הספציפיות (הרכב AA);

- הגדרה נ- ו מ-שאריות חומצות אמינו סופניות;

- פיצול שרשרת הפוליפפטיד לשברים;

- ביקוע של שרשרת הפוליפפטיד המקורית בדרך אחרת;

- הפרדה של השברים שהושגו;

- ניתוח חומצות אמינו של כל שבר;

- ביסוס המבנה הראשוני של הפוליפפטיד, תוך התחשבות ברצפים החופפים של השברים של שני המחשופים.

מכיוון שעדיין אין שיטה לבסס את המבנה הראשוני המלא של חלבון על מולקולה שלמה, שרשרת הפוליפפטיד נתונה לביקוע ספציפי על ידי ריאגנטים כימיים או אנזימים פרוטאוליטיים. תערובת שברי הפפטידים שנוצרו מופרדת ולכל אחד מהם נקבע הרכב חומצות האמינו ורצף חומצות האמינו. לאחר הקמת המבנה של כל השברים, יש צורך לברר את סדר הסידור שלהם בשרשרת הפוליפפטיד המקורית. לשם כך, החלבון מבוקע עם חומר אחר ומתקבל סט שני ושונה של שברי פפטידים, המופרדים ומנתחים בצורה דומה.

1. קביעת משקל מולקולרי (השיטות הבאות נדונות בפירוט בנושא 3):

- לפי צמיגות;

- על פי קצב השקיעה (שיטת אולטרה-צנטריפוגה);

- כרומטוגרפיה של ג'ל;

- אלקטרופורזה ב-PAAG בתנאי דיסוציאציה.

2. קביעת הרכב AA. ניתוח הרכב חומצות האמינו כולל הידרוליזה חומצית מלאה של החלבון או הפפטיד המעניין עם חומצה הידרוכלורית 6N. חומצה הידרוכלורית וקביעה כמותית של כל חומצות האמינו בהידרוליזט. הידרוליזה לדוגמא מתבצעת באמפולות אטומות בוואקום ב-150 מעלות צלזיוס למשך 6 שעות.הקביעה הכמותית של חומצות אמינו בהידרוליזה של חלבון או פפטיד מתבצעת באמצעות מנתח חומצות אמינו.

3. קביעת שאריות חומצות אמינו N ו-C. בשרשרת הפוליפפטידית של חלבון, בצד אחד, יש שארית חומצת אמינו הנושאת קבוצת α-אמינו חופשית (אמינו או נ-שייר טרמינלי), ומצד שני, שייר עם קבוצת α-קרבוקסיל חופשית (קרבוקסיל, או מ-שאריות סופניות). לניתוח של שאריות סופיות יש תפקיד חשוב בתהליך קביעת רצף חומצות האמינו של חלבון. בשלב הראשון של המחקר, הוא מאפשר להעריך את מספר שרשראות הפוליפפטיד המרכיבות את מולקולת החלבון, ואת מידת ההומוגניות של התרופה הנחקרת. בשלבים הבאים, באמצעות ניתוח נ-שיירי חומצות אמינו סופניים שולטים בתהליך ההפרדה של שברי פפטידים.

תגובות לקביעת שאריות חומצות אמינו N-טרמינליות:

1) אחת השיטות הראשונות לקביעה נשאריות חומצות אמינו סופניות הוצעו על ידי F. Sanger בשנת 1945. כאשר קבוצת α-amino של פפטיד או חלבון מגיבה עם 2,4-dinitrofluorobenzene, מתקבלת נגזרת דיניטרופניל (DNF) בצבע צהוב. הידרוליזה חומצית לאחר מכן (5.7 N. HCl) מובילה לביקוע של קשרים פפטידים וליצירת נגזרת DNP נ-חומצת אמינו סופנית. חומצת אמינו DNP מופקת עם אתר ומזוהה על ידי כרומטוגרפיה בנוכחות תקנים.

2) שיטת dansylation. היישום הגדול ביותר לקביעה נ-שיירים סופניים נמצאים כיום בשיטת dansil שפותחה בשנת 1963 על ידי W. Grey וב. Hartley. בדומה לשיטת הדיניטרופנילציה, היא מבוססת על הכנסת "תווית" לקבוצות האמינו של החלבון, שאינה מוסרת במהלך ההידרוליזה שלאחר מכן. השלב הראשון שלו הוא התגובה של דנסיל כלוריד (1-dimethylaminonaphthalene-5-sulfochloride) עם קבוצת a-amino non-protonated של פפטיד או חלבון ליצירת פפטיד דנסיל (DNS peptide). בשלב הבא, ה-DNS-פפטיד עובר הידרוליזה (5.7 N HC1, 105°C, 12-16 שעות) ומשוחרר נ-חומצת אמינו α-DNS-טרמינלית. לחומצות אמינו DNS יש פלואורסצנטיות אינטנסיבית באזור האולטרה סגול של הספקטרום (365 ננומטר); בדרך כלל 0.1 - 0.5 ננומול של חומר מספיקים לזיהוי שלהם.

ישנן מספר שיטות שניתן להשתמש בהן כדי לקבוע כיצד נ-שייר חומצות אמינו סופי ורצף חומצות אמינו. אלה כוללים פירוק אדמן והידרוליזה אנזימטית עם aminopeptidases. שיטות אלו יידונו בפירוט להלן בעת ​​תיאור רצף חומצות האמינו של הפפטידים.

תגובות לקביעת שאריות חומצות אמינו מסוף C:

1) בין שיטות כימיות לקביעה מ-שאריות חומצות אמינו סופניות, שיטת ההידראזינוליזה המוצעת על ידי S. Akabori ו-oxazolone ראויות לתשומת לב. בראשון שבהם, כאשר פפטיד או חלבון מחוממים עם הידרזין נטול מים ב-100-120 מעלות צלזיוס, קשרי פפטיד עוברים הידרוליזה ליצירת הידרזידים של חומצות אמינו. מחומצת אמינו סופנית נשארת כחומצת אמינו חופשית וניתן לבודד מתערובת התגובה ולזהות אותה (איור 6).

אורז. 6. מחשוף קשר פפטיד עם הידרזין
לשיטה יש מספר מגבלות. הידרצינוליזה הורסת גלוטמין, אספרגין, ציסטאין וציסטין; ארגינין מאבד את קבוצת הגואנידין ויוצר אורניתין. סרין, תראונין וגליצין הידראזידים הם לאביליים ומומרים בקלות לחומצות אמינו חופשיות, מה שמקשה על פרשנות התוצאות;

2) שיטת האוקסזולון, המכונה לעתים קרובות שיטת סימן טריטיום, מבוססת על היכולת מ-שאריות חומצת אמינו סופניות תחת פעולת אנהידריד אצטית עוברות מחזוריות עם היווצרות אוקסזולון. בתנאים אלקליים, הניידות של אטומי מימן בעמדה 4 של טבעת האוקסזולון עולה בחדות וניתן להחליף אותם בקלות בטריטיום. תוצרי התגובה הנוצרים כתוצאה מהידרוליזה חומצית שלאחר מכן של פפטיד או חלבון משולבים מכילים תווית רדיואקטיבית מ-חומצת אמינו סופנית. כרומטוגרפיה של ההידרוליזט ומדידה של רדיואקטיביות מאפשרות לזהות מחומצת האמינו הסופית של הפפטיד או החלבון;

3) לרוב לקבוע משאריות חומצות אמינו סופניות משתמשות בהידרוליזה אנזימטית עם carboxypeptidases, המאפשרת גם ניתוח של רצף חומצות האמינו ה-C-terminal. Carboxypeptidase מבצע הידרוליזה רק את אותם קשרים פפטידיים שנוצרים מחומצת אמינו סופנית בעלת קבוצת α-carboxyl חופשית. לכן, תחת פעולתו של אנזים זה, חומצות אמינו מתפצלות ברצף מהפפטיד, החל מ מ-מָסוֹף. זה מאפשר לך לקבוע את המיקום היחסי של שאריות חומצות אמינו מתחלפות.

כתוצאה מזיהוי נ- ו מ-שיירים סופניים של הפוליפפטיד מקבלים שתי נקודות ייחוס חשובות לקביעת רצף חומצות האמינו שלו (מבנה ראשוני).

4. פרגמנטציה של שרשרת הפוליפפטיד.

שיטות אנזימטיות.עבור פיצול ספציפי של חלבונים בנקודות מסוימות, נעשה שימוש בשיטות אנזימטיות וכימיות כאחד. מבין האנזימים המזרזים הידרוליזה של חלבונים בנקודות מסוימות, הנפוצים ביותר הם טריפסין וכימוטריפסין. טריפסין מזרז את ההידרוליזה של קשרי פפטידים הממוקמים אחרי שאריות ליזין וארגינין. כימוטריפסין מבקע חלבונים באופן מועדף לאחר שאריות חומצות אמינו ארומטיות - פנילאלנין, טירוזין וטריפטופן. במידת הצורך, ניתן להגדיל או לשנות את הספציפיות של טריפסין. לדוגמה, טיפול בחלבון הנבדק עם אנהידריד ציטראקוני מביא לאצילציה של שאריות ליזין. בחלבון שונה כזה, יתבצע ביקוע רק בשאריות הארגינין. כמו כן, בחקר המבנה הראשוני של חלבונים נעשה שימוש נרחב בפרוטאינז, השייך גם הוא לקבוצת הסרין. לאנזים שני מקסימום של פעילות פרוטאוליטית ב-pH 4.0 ו-7.8. הפרוטאין מבקע את קשרי הפפטידים הנוצרים על ידי קבוצת הקרבוקסיל של חומצה גלוטמית עם תשואה גבוהה.

לרשות החוקרים עומדת גם קבוצה גדולה של אנזימים פרוטאוליטיים פחות ספציפיים (פפסין, אלסטאז, סובטילסין, פפאין, פרונאז וכו'). אנזימים אלו משמשים בעיקר לפרגמנטציה נוספת של פפטידים. סגוליות המצע שלהם נקבעת על ידי אופי שיירי חומצות אמינו שלא רק יוצרות קשר הניתן להידרוליזה, אלא גם מרוחקות יותר לאורך השרשרת.

שיטות כימיות.

1) מבין השיטות הכימיות של פיצול חלבון, הספציפית והנפוץ ביותר היא ביקוע עם ציאנוגן ברומיד בשאריות מתיונין (איור 7).

התגובה עם ציאנוגן ברומיד ממשיכה עם היווצרות של נגזרת ציאנוסולפוניום ביניים של מתיונין, אשר הופכת באופן ספונטני בתנאים חומציים לאימינולקטון הומוסרין, אשר, בתורו, עובר הידרוליזה במהירות כדי לשבור את הקשר האימין. וכתוצאה מכך מ-בקצה הפפטידים, הלקטון ההומוזירין עובר הידרוליזה חלקית להומוזרין (HSer), וכתוצאה מכך נוצר כל שבר של פפטיד, למעט מ-טרמינלי, קיים בשתי צורות - הומוסרין ולקטון הומוסרין;

אורז. 7. ביקוע שרשרת הפוליפפטיד עם ציאנוגן ברומיד
2) הוצעו מספר רב של שיטות לפירוק חלבון בקבוצת הקרבוניל של שארית הטריפטופן. אחד הריאגנטים המשמשים למטרה זו הוא נ- ברומוסוצ'ינימיד;

3) תגובת החלפת תיול דיסולפיד. גלוטתיון מופחת, 2-מרקפטואתנול, דיתיותרייטול משמשים כריאגנטים.

5. קביעת רצף שברי הפפטידים. שלב זה קובע את רצף חומצות האמינו בכל אחד מקטעי הפפטידים שהתקבלו בשלב הקודם. לשם כך משתמשים בדרך כלל בשיטה כימית שפיתח פר אדמן. הפיצול לפי אדמן מצטמצם למה שמסומן ומתפצל בלבד נ-שייר קצה של הפפטיד, וכל שאר קשרי הפפטיד אינם מושפעים. לאחר זיהוי הפיצול נ-תווית שאריות קצה מוכנסת לתווית הבאה, שהפכה כעת נ-טרמינלי, שארית שמתנתקת באותו אופן, עוברת דרך אותה סדרה של תגובות. לפיכך, על ידי פיצול שאריות אחר שאריות, ניתן לקבוע את כל רצף חומצות האמינו של הפפטיד באמצעות דגימה אחת בלבד למטרה זו. בשיטת אדמן, הפפטיד יוצר אינטראקציה תחילה עם פניליסותיוציאנאט, המחובר לקבוצת ה-α-amino החופשית. נ- שאריות קצה. טיפול בפפטיד בחומצה מדוללת קרה מוביל למחשוף נ-שייר טרמינלי בצורת נגזרת של פנילתיוהידנטואין, שניתן לזהות בשיטות כרומטוגרפיות. שאר ערך הפפטיד לאחר ההסרה נ-שאריות סופניות נראות שלמות. הפעולה חוזרת על עצמה כמה פעמים שיש שאריות בפפטיד. בדרך זו ניתן לקבוע בקלות את רצף חומצות האמינו של פפטידים המכילים 10-20 שאריות חומצות אמינו. קביעת רצף חומצות האמינו מתבצעת עבור כל השברים שנוצרו במהלך הביקוע. לאחר מכן מתעוררת הבעיה הבאה - לקבוע באיזה סדר אותרו השברים בשרשרת הפוליפפטיד המקורית.

קביעה אוטומטית של רצף חומצות האמינו . הישג מרכזי בתחום חקר המבנים של חלבונים היה היצירה ב-1967 על ידי פ. אדמן וג'יי באג. סיקוונסר– מכשיר המבצע מחשוף אוטומטי רציף ביעילות גבוהה נ-שאריות חומצות אמינו סופניות לפי שיטת אדמן. סדרי רצף מודרניים מיישמים שיטות שונות לקביעת רצף חומצות האמינו.

6. ביקוע של שרשרת הפוליפפטיד המקורית בדרך אחרת. כדי לקבוע את הסדר של שברי הפפטידים המתקבלים, נלקח חלק חדש מההכנה של הפוליפפטיד המקורי והוא מבוקע לשברים קטנים יותר בדרך אחרת, שבאמצעותה מתפצלים קשרי פפטידים עמידים לפעולת המגיב הקודם. . כל אחד מהפפטידים הקצרים שהתקבלו עובר ביקוע רציף לפי שיטת אדמן (זהה לשלב הקודם), ובדרך זו נקבע רצף חומצות האמינו שלהם.

7. ביסוס המבנה הראשוני של הפוליפפטיד, תוך התחשבות ברצפים החופפים של השברים של שני המחשופים. רצפי חומצות אמינו בשברי פפטידים המתקבלים בשתי שיטות מושווים על מנת למצוא פפטידים בקבוצה השנייה שבה הרצפים של קטעים בודדים יתאימו לרצפים של קטעים מסוימים של הפפטידים של הסט הראשון. הפפטידים מהקבוצה השנייה של אזורים חופפים מאפשרים לחבר את שברי הפפטידים הנובעים מהביקוע הראשון של שרשרת הפוליפפטיד המקורית בסדר הנכון.

לפעמים הפיצול השני של הפוליפפטיד למקטעים אינו מספיק כדי למצוא אתרים חופפים לכל הפפטידים שהתקבלו לאחר הפיצול הראשון. במקרה זה, נעשה שימוש בשיטת ביקוע שלישית ולעיתים גם רביעית להשגת סט פפטידים המספקים חפיפה מלאה של כל האתרים ומבססים את רצף חומצות האמינו המלא בשרשרת הפוליפפטיד המקורית.

חומרים פעילים ביולוגית נקראים חומרים אורגניים שיכולים לשנות את קצב חילוף החומרים בגוף. ביניהם יש מולקולות אורגניות פשוטות יחסית (למשל אמינים טבעיים) ותרכובות מאקרומולקולריות מורכבות מאוד (למשל חלבונים בעלי תכונות אנזימטיות).

פעילים ביולוגית כוללים אנזימים, הורמונים, ויטמינים, אנטיביוטיקה, פרומונים, חומרי הדברה, ממריצים ביוגנים וחומרים אחרים. הם משמשים לטיפול בבני אדם וחיות משק, להגן על צמחים, לווסת את מספר הפרטים, למשל, להפחית את מספר החרקים על ידי משיכתם למלכודות עם פרומוני מין וכו'.

ממריצים ביוגנים נוצרים בגוף בתנאים שליליים - במהלך טראומה, קרינה, דלקת.

Phytoncides, אשר הורגים מיקרואורגניזמים, מהווים קבוצה נפרדת בין חומרים פעילים ביולוגית. הם התגלו על ידי המדען הסובייטי B.P. Tokin. Phytoncides הם חומרים ממקור צמחי. phytoncides פעילים נמצאים בבצל ובשום: אדים ותמציות מהם הורגים את Vibrio cholerae, דיפתריה בצילוס וחיידקים פיוגניים. כדאי ללעוס שום לכמה דקות, שכן רוב החיידקים החיים בחלל הפה מתים. לפי השם הלטיני הגנרי של השום - אליום - העיקרון הפעיל שלו נקרא אליצין. חומצה אוסניקית - phytoncide מחזזית usnea - מעכבת חיידקי שחפת.

phytoncides רבים משתחררים מצמחים במצב גזי. העלים של דומדמניות, אגוז, אלון, אלמון, שיטה צהובה מפרישות hexenal, אשר הורג פרוטוזואה בריכוזים קטנים מאוד.

העמידות של תפוחי אדמה וגזר למחלות פטרייתיות נקבעת על ידי הפיטונקיד הכלול בהם - חומצה כלורוגנית. המחלה "עובש שלג" על דגנים, הנגרמת על ידי פטריית Fusarium, הורסת את benzoxazoline phytoncide, הנוצר ברקמות של דגנים בעת פגיעה.

כל החומרים הפעילים ביולוגית, כולל phytoncides, מסווגים כמוצרים של חילוף חומרים משני, בהתחשב בחלבונים, פחמימות ושומנים כראשוניים בחילוף החומרים (ראה ליפידים). עם זאת, תפקידם של חומרים אלה בגוף אינו משני: אחרי הכל, זה תלוי בהם כדי להישרדות בתנאים קיצוניים ובאינטראקציה עם מינים שכנים.

בנוסף, עבורנו, הם אלו שקובעים לעתים קרובות את הטעם של מזון צמחי, עבורם אנו פונים לבית המרקחת הירוקה של הטבע.

תפקיד חשוב בחיי בעלי חיים ממלאים פרומונים, המיוצרים על ידי בלוטות מיוחדות או תאים מיוחדים (ראה מערכת אנדוקרינית). חומרים פעילים ביולוגית אלו המשתחררים על ידי בעלי חיים לסביבה משפיעים על ההתנהגות ולעיתים על הגדילה וההתפתחות של פרטים מאותו מין או אפילו מינים אחרים. פרומונים יכולים להיות תרכובות כימיות בודדות, אך לעתים קרובות יותר מדובר בשילוב של מספר חומרים. בבעלי חיים שונים, הם בדרך כלל שונים. פרומונים כוללים חומרים מושכים מיניים - מושכים חומרים המקדמים מפגש בין זכר לנקבה; חומרי אזעקה, איסוף וכו'. חשיבותם של הפרומונים בחיי החרקים גדולה במיוחד. בחרקים חברתיים הם גם מסדירים את הרכב המושבה ואת הפעילות הספציפית של חבריה.

חומרים פעילים ביולוגית של צמחי מרפא

1. סיווג של חומרים פעילים ביולוגית

		צמחים
		חומר אורגני
מינרלים	חומרים של ביוסינתזה ראשונית		חומרים של ביוסינתזה משנית
מלח מינרלי			אלקלואידים
יסודות קורט			גליקוזידים
	פחמימות		ספונינים
	חומצה אורגנית	טאנינים
				פלבנואידים
				שמנים חיוניים
				הורמונים צמחיים
				ויטמינים

חומרים פעילים ביולוגית- אלו חומרים המשפיעים על התהליכים הביולוגיים בגוף האדם ובבעלי החיים.

הם יכולים להיות מוצרים ראשוניים (ויטמינים, שומנים, פחמימות, חלבונים) וביוסינתזה משנית (אלקלואידים, גליקוזידים, טאנינים).

צמחים מכילים תמיד קומפלקס של חומרים פעילים ביולוגית, אך לאחד או יותר יש השפעה טיפולית ומניעתית. הם נקראים רכיבים פעיליםומשמש לייצור תרופות.

צמחים מכילים גם מה שנקרא חומרים קשורים. זהו השם המקובל למוצרי סינתזה ראשונית ומשנית בצמחים (מנטול, פפאברין, טאנין). לחלק מהחומרים הנלווים יש השפעה חיובית על גוף האדם, שכן הם משלימים את פעולת החומר הפעיל העיקרי. לדוגמה, ויטמינים, מינרלים, פלבנואידים מגבירים את הספיגה של חומרים פעילים, משפרים את ההשפעה המיטיבה או מחלישים את ההשפעה המזיקה של תרכובות חזקות. יחד עם חומרים נלווים שימושיים, צמחים מכילים גם חומרים מזיקים שיש להסירם. כך למשל, זרעי קיק מכילים בנוסף לשמן קיק גם את החומר הרעיל ריצין, אותו ניתן להשמיד בטיפול בחום. קליפת האשחר מכילה גליקוזידים מחומצנים, בעלי אפקט מרפא, ואלה שאינם מחומצנים, הגורמים לכאבי בטן והקאות. ניתן להסיר חומרים אלו במהלך טיפול בחום או במהלך אחסון למשך שנה.

יחד עם חומרים קשורים, קבוצה מובחנת חומרים נטלים(אדיש מבחינה תרופתית). אלה כוללים בעיקר מוצרים של סינתזה ראשונית. המושג נטל הוא מותנה, שכן חומרים אלו משפיעים גם על גוף האדם והחי. לדוגמה, סיבים ממריצים את תנועתיות המעיים, מנרמלים את חילוף החומרים של הכולסטרול, מגבירים את הפרשת מיץ הקיבה. אם משתמשים בחומרים אלה ברפואה וברוקחות, אז הם מסווגים כבסיסיים.

כל התהליכים הביוכימיים בצמח מתרחשים בסביבה המימית. תכולת המים בצמחי מרפא היא 50-90%. רובו במדינה החופשית, כ-5% נמצא במצב כבול. לכן, צמחים מתייבשים בקלות יחסית.

ניתן לחלק את כל החומרים הצמחיים לשתי קבוצות: מינרלים ואורגניים. מינרלים מחולקים למיקרו-אלמנטים ומקרו-אלמנטים.

2. אלקלואידים

אלו הן תרכובות אלקליות מורכבות המכילות חנקן המיוצרות בגוף הצמחים. הם יכולים להיות מכילים חמצן (מוצקים) וללא חמצן (נוזל). צמחים מכילים בצורה של מלחים של חומצות מאלית, אוקסלית, לימון, טרטרית וחומצות אחרות. אלקלואידים נמצאים בכל חלקי הצמח, אך מופצים בצורה לא אחידה: בחלק מהצמחים - בפירות, באחרים - בקליפה ובשורשים. תכולת האלקלואידים תלויה בתנאי הסביבה, במאפיינים הביולוגיים של הצמח ובשלב התפתחותו.

אלקלואידים מופקים מצמחים על ידי מיצוי, במקביל טאנינים, ריר, שרפים מגיעים מחומרי גלם. אלקלואידים הם חומרים חזקים בעלי קשת פעולה רחבה. חלקם מאופיינים ברעילות נמוכה ובפעולה סלקטיבית, שכן בגוף החי הם מתפרקים לנגזרות הדומות לאלו הגלומות בביו-סינתזה שלהם. לדוגמה, אלקלואידים מקבוצת הקפאין (נגזרות פורין) מתפרקים בגוף להיפוקסנטין, קסנטין וחומצת אוריאה. בגוף של בעלי חיים יש פירוק דומה במטבוליזם של חלבון. לכן, הרעילות נמוכה.

האלקלואידים עצמם אינם מתמוססים במים, אך המלחים שלהם מתמוססים היטב. תכולתם בצמחים משתנה בין כמויות עקבות ל-2-3% במוצר יבש (עד 16% בקליפת הקנצ'ונה). רוב הצמחים מכילים מספר אלקלואידים שונים, למשל, בכדורי שינה ובסלנדין יש 26 מהם כל אחד.היווצרות האלקלואידים טבועה בצמחים ממשפחות הפרג, הרנוקולוס, צללי הלילה והקטניות.

האלקלואידים המפורסמים ביותר: מורפיום - בראש כדורי שינה פרג, אטרופין - בלדונה מצויה, ניקוטין - בעלי טבק. קבוצה זו כוללת גם כמה חומרים ממריצים של מערכת העצבים - נגזרות קסנטין - קפאין - בזרעי עץ הקפה, קולה וקקאו, עלי שיח התה; תיאוברומין - בזרעי קקאו, תיאופילין - בעלי תה.

לתרופות העשויות על בסיס אלקלואידים יש השפעה מורכבת ורבת פנים על הגוף. הם מפעילים חלוקת תאים, מגבירים את לחץ הדם, מגבירים את חילוף החומרים הכללי, משפרים את הפרשת בלוטות העיכול.

מבין הצמחים האלקלואידים, לרוב משתמשים בפרג כדור השינה, צהוב גדול, ברביריס מצוי, עגול ראש, עגב שיפון, עלי תה, שורש ראווולפיה מצוי, זרעי אגוזי הקאה.

3. גליקוזידים

מורכב מתרכובות של גלוקוז או סוכרים אחרים עם חומרים שונים. גליקוזידים מתפרקים בקלות לחלק פחמן - גליקון ואחד או יותר תרכובות שאינן סוכר - אגליקונים או גנינים. על פי המבנה הכימי, אגליקונים של גליקוזידים הם תרכובות אליפטיות, ארומטיות, הטרוציקליות.

לאגליקונים יש סגולות רפואיות. אבל בצורתם הטהורה הם מסיסים בצורה גרועה במים ובשל כך הם נספגים בצורה גרועה בדרכי הקיבה ונספגים. יחד עם זאת, הגליקוזידים מומסים ונספגים בקלות ולכן פעילים יותר.

אלקלואידים כוללים: אלדהידים, אלקלואידים, אלכוהול, טרפנים, פלבונים, חומצות אורגניות. פירוק הגליקוזידים מתרחש בעת רתיחה במים, חימום עם חומצות או בסיסים מדוללים, וגם תחת פעולת אנזימים - גליקוזידאזות. הגליקוזידים הם בעיקרם גבישיים, חומרים אמורפיים לעתים רחוקות יותר, מסיסים בקלות במים, באלכוהול, בטעם מר. הם מופקים מצמחים עם מים או אתנול בריכוז נמוך.

בהתאם לאופי הכימי, הגליקוזידים מחולקים לשלוש קבוצות:

1. O-hycosides, אשר האגליקונים שלהם אינם מכילים חנקן (גליקוזידים מקבוצת דיגיטיס), הנמצאים לרוב בטבע

2. N-גליקוזידים, שהאגליקונים שבהם מכילים חנקן (ניטריל גליקוזידים, ציאנוגליקוזידים - אמיגדלין)

אמיגדלין נוצר בזרעים של מיני פרי אבן (משמש, דובדבן, שקד, שזיף, אפרסק, שחור, ואחרים), וכן בתנאים קיצוניים (דריסה, ברד, גשם שוטף) בסורגום מצוי, עשב סודני, שדה וזמשים. תלתן, פשתן שדה. אמיגדלין, מתפצל, יוצר חומצה הידרוציאנית (רעל חזק).

3. S-גליקוזידים, שהאגליקונים שבהם מכילים חנקן וגופרית (תיוגליקוזידים, גליקוזידים חרדל)

ברפואה משתמשים בקבוצות העיקריות הבאות של תרכובות אלה:

א) פניל ​​גליקוזידים, המכילים רדיקל פניל ​​באגליקון (פנולים חד-הידריים ורב-הידריים);

ב) אנתרגליקוזידים, המכילים נגזרת אנתרקינון (מבודד מאשחר, ריבס, אלוורה)

ג) גליקוזידים של פלבון, שהאגליקון שלהם הוא נגזרת של פלבון (רוטין, קטכין)

ד) גליקוזידים סטרואידים או לבביים (O-glycosides), באגליקון מכילים קבוצת סטרואידים ופועלים על שריר הלב (גליקוזידים של שושנת העמקים, אביב אדוניס, שועל).

ה) תיוגליקוזידים - הקבוצה הפחות נפוצה בקרב צמחים. הם מכילים גופרית המצוי בזרעים של צמחים ממשפחת הכרוב.

על פי ההשפעה על הגוף, הגליקוזידים הבאים מבודדים: לב, אנתרגליקוזידים, תיוגליקוזידים, ספונינים, גליקוזידים מרים (לא לבביים).

1. גליקוזידים לבביים או סטרואידים.

תרכובות כימיות הפועלות על שריר הלב, מגבירות את התכווצותו (אפקט קרדיוטוני). לחלקם יש השפעה מרגיעה על מערכת העצבים המרכזית. מנת יתר עלולה לגרום למוות.

ההרכב הכימי שלהם זהה. האגליקונים שלהם הם נגזרות של cyclopentano-perhydrophenanthrene ושייכים לקבוצת הסטרואידים.

גליקוזידים לבביים מפחיתים את תכולת יוני האשלגן בתאים ומגדילים את תכולת יוני הנתרן והסידן, משפרים את תהליך חדירת הסוכרים דרך קרום התא, מפעילים נשימה תאית, מגדילים את תכולת החלבונים הכוללת או מגדילים את כמות הלא חלבונים. חַנקָן. קבוצה זו של גליקוזידים מנרמלת את התהליכים האנזימטיים של חילוף החומרים של פחמימות-זרחן בשריר הלב ומקלה על ספיגת ה-ATP על ידם.

גליקוזידים לבביים מכילים אדוניס אביבי, שועל, שושנת מאי, סטרופנטוס.

2. אנתרגליקוזידים

האגליקונים של קבוצת גליקוזידים זו הם מונומרים: אנתרנולים, אנטרונים, אנתרקינונים והדימרים שלהם. הם נמצאים באלוורה, בקליפת עץ ובפירות של אשחר השביר, בעלים ושורשי הריבס. תכולת החומרים הפעילים באלוה arborescens היא לפחות 18%, בעלי חציר 2.5-3%, בקליפת אשחר שביר - עד 7%, בשורשי ריבס 2.6%. תמציות ומרתחים של תערובת של אנתרגליקוזידים מפגינים השפעה חזקה יותר מאלה המבודדות בצורה טהורה. יש להם השפעה סינרגטית ביחס לתרופות אחרות, ואנטגוניסטיות ביחס לטאנינים.

3. טריוגליקוזידים.

תרכובות שהאגליקונים שלהן כוללים גופרית, שלוקחת חלק בשחרור מרכיב הסוכר. תרכובות אלה מרירות, חריפות בטעמן. הם מעוררים תיאבון, מסוגלים לגרות את הריריות והעור, שבגללם הם מגבירים את זרימת הדם ביישום חיצוני, מפגינים השפעה חיידקית ובקטריוסטטית פעילה על קבוצות פתוגניות של מיקרואורגניזמים הגורמות לדלקת של העור, הרקמה התת עורית והשרירים. בכמות קטנה לעורר תיאבון, להגביר את זרימת הדם.

4. ספונינים

אלו הן תרכובות הטרוסידיות של סטרול או טריטרפן אגליקונים עם סוכרים שונים (גלוקוז, רמנוזה, ארבינוז, גלקטוז), כמו גם עם חומצה גלוקורונית. הם מצויים בצמחים רבים, בעיקר ממשפחות הרקפת והציפורן, ובחלקם (בית מרקחת סבון, נר האביב, זיפים עירומים) מצטברים בכמויות משמעותיות. ספונינים מתמוססים היטב במים, יוצרים תמיסות קולואידיות, וכאשר רוטט, קצף סמיך. אפילו בתמיסות מרוכזות מאוד, הם נמצאים במצב מולקולרי או יוני. תכונה אופיינית של ספונינים היא יכולתם ליצור תרכובות מורכבות עם אלכוהולים ופנולים מסוימים, במיוחד כולסטרול. סוג זה של תרכובות מאפשר לספונינים להיות במצב אינרטי, ורק כאשר מתפרקים בהשפעת טמפרטורה גבוהה, פעולתם מופעלת.

- ספונינים סטרואידים שייכים לקבוצת הגליקוזידים הטבעיים, המאופיינים בפעילות המוליטית גבוהה. הם מצויים בצמחים ממשפחות שונות, אך בעיקר בצמחי המשפחות דיוסקורה, קטניות, חמאה, שושן. לספונינים סטרואידים יש השפעות קוטל פטריות, אנטי-גידול, ציטוסטטי. הם מורידים את לחץ הדם, מנרמלים את קצב הלב, הופכים את הנשימה לאחידה ועמוקה יותר. ספונינים אלו משמשים כחומרי גלם נגזרים לסינתזה של הורמונים סטרואידים.

- טריטרפן ספונינים ברובם יש השפעה המוליטית. הם הורסים את הממברנה של תאי הדם האדומים ומשחררים המוגלובין. לספונינים טעם מר חריף, מגרים את הקרום הרירי של הלוע, הקיבה והמעיים, גורמים להקאות ומגבירים את הפרשת הסימפונות. הם נרשמים לשיעול ריאתי חמור לכיוח.

לספונינים מצמחים שונים יש השפעות שונות. אז לספונינים של ליקוריץ יש פעילות אסטרוגנית, eleutherococcus - להגביר חסינות, ג'ינסנג - לתת אפקט אדפטוגני.

ספונינים תורמים להפרשת המרה ולהדירתה, מפעילים הפרשת מיץ קיבה ומעי, מיץ לבלב.

תכשירים צמחיים המכילים ספונינים הנלקחים דרך הפה, אפילו במינונים קטנים, מגרים את קצות העצבים של רירית הקיבה וגורמים לבחילות. במקביל, נגרם גירוי של מרכז הנשימה, הנשימה מעמיקה ומאיצה. הריר המימי שנוצר מקל על שיעול, ונשימה מוגברת עוזרת להסיר ליחה מדרכי הנשימה.

ספונינים מגבירים את החדירות של דפנות הקרום הרירי של תעלת העיכול ומשפרים את הספיגה של סידן, ברזל וגליקוזידים לבביים. לתכונה זו חשיבות רבה לספיגת ויטמינים או מלחים מינרליים המצויים בעגבניות, שעועית ושאר פירות וירקות המכילים ספונין גליקוזידים.

ספונינים הניתנים באופן פרנטרלי (תוך שרירי או תת עורי) מגרים רקמות, גורמים לדלקת, ספירה ונמק. הם פועלים כרעל הפרוטופלזמי החזק ביותר. קודם כל, פעולת הספונינים מתבטאת באיברים פרנכימליים. מערכת הנימים של הכבד, הכליות, שריר הלב מושפעת באופן משמעותי, שטפי דם ושינויים הרסניים מתרחשים במערכת המכתשית של הריאות והמעי הדק.

יצירת תרכובות מורכבות עם חומרים כולסטרול וסטרואידים, ספונינים מובילים להמוליזה, אנמיה המוליטית, פגיעה חמורה בתפקוד ההמטופואטי ובמח העצם. חלקם (רעילים) מגבירים בצורה מוגזמת את המוליזה של אריתרוציטים, בעוד שאחרים (רעילים נמוכים), להיפך, מאטים תהליך זה: הם מתחברים עם אלבומינים בדם לקומפלקסים יציבים למדי.

הם מוכנסים תוך שרירית בכמויות גדולות, תחילה הם מעוררים, ולאחר מכן משפיעים על החלקים החשובים של המוח וחוט השדרה, מרכז הנשימה ושריר הלב.

צמחים המכילים ספונין משמשים ברפואה כמכיחים במחלות של דרכי הנשימה, כתרופות משתנות, טוניקות, מעוררות, טוניקות. חלק ניכר מהם משמש בטיפול במחלות של מערכת הלב וכלי הדם, כתרופות הרגעה ותרופות אנטי-סקלרוטיות. יעיל בטיפול בטרשת עורקים מוחית, טרשת עורקים בשילוב עם יתר לחץ דם וניאופלזמות ממאירות.

5. גליקוזידים מרים (לא לבביים).

מר מאוד בטעם. שלא כמו אלקלואידים מרים וגליקוזידים לבביים מרים, הם אינם מסוכנים ומשמשים בפרקטיקה רפואית כדי לשפר את תפקוד ההפרשה של הקיבה, עיכול טוב יותר. גליקוזידים מרים כוללים אבסינתין (מהלענה), אוקובין (מ-Veronica officinalis), אריטאורין (מ-centaury). גליקוזידים מרים מתייחסים גם לקבוצת המרירות.

6. גליקואלקלואידים

בצמחים הם נוצרים כ"כלאים" בין אלקלואידים וגליקוזידים. בפעם הראשונה בודד גליקואלקלואיד מפירות לילה שחורים, שלא שימשו ברפואה זמן רב. במשך תקופה ארוכה, קליפת יותרת הכליה שימשה לסינתזה של הורמונים, ובפרט קורטיזון, שלא היה משתלם כלכלית. בשנת 1935 הופקו מהם 20 הורמונים לרפואה. חומרים אלו משמשים כווסת רב עוצמה של חילוף החומרים בגוף.

היה צורך למצוא אנלוגי צמחי כדי להשיג הורמונים. התברר שצמח כזה הוא נר לילה אונות שגדל באוסטרליה. צמח זה מכיל את מולקולות הסולסודין הקשות ביותר לסינתזה עבור תעשיית התרופות לייצור תרופות הורמונליות.