Асимметрические биохимические процессы

Причина роста внимания к асимметрическому синтезу, во-первых, в том, что он стал реальным путем получения оптически активных веществ, а во-вторых, в возможности получения данных о механизмах органических реакций, в особенности о моделях переходных состояний. Многие асимметрические синтезы моделируют биохимические процессы и способствуют их более глубокому изучению. Наконец, только асимметрический синтез может дать ответ на нерешенный еще сегодня космогонический вопрос, каким путем появились на Земле первые оптически активные органические вещества (Подробнее об этом в гл. 11.) [c.71]

Разделение рацемических смесей соединений, содержащих асимметрические центры, на оптические антиподы является весьма трудной задачей, имеющей большое научное и практическое значение. Достаточно указать на важность получения различных фармацевтических препаратов в оптически чистых формах для выяснения связи их физиологической активности со стерической конфигурацией и влияния последней на течение биохимических процессов. Бурное развитие работ по химии пептидов и особенно по поиску промышленных путей синтеза -аминокислот делает задачу разработки эффективных методов разделения рацематов в высшей степени актуальной. [c.49]

Биохимическое разделение. Биохимические (ферментативные) методы разделения рацематов аминокислот основаны на том, что определенные ферменты строго специфично катализируют превращение только одного антипода. Для расщепления аминокислот применяются главным образом три биохимических процесса асимметрическое окисление или декарбоксилирование, асимметрический синтез, асимметрический гидролиз. [c.59]

Проблема осуществления стереоселективной реакции in vitro, т. е. осуществление асимметрического синтеза, направленного на получение только одного энантиомера, издавна занимает внимание ученых. С помощью асимметрических синтезов можно моделировать биохимические процессы. В настоящее время разработано много путей относительного (частичного) асимметрического синтеза, идущего при участии природных оптически активных веществ, используемых, например, в качестве катализаторов, растворителей. Но наибольший интерес представляет абсолютный асимметрический синтез, происходящий без участия органического оптически активного вещества, т. е. без факторов, зависящих от живой природы. Предпринято много попыток осуществить такие синтезы с использованием хиральных систем, например циркулярно поляризованного света, поверхностей кристаллов кварца (правой или левой модификаций) с нанесенными на иих катализаторами. Пока такие синтезы приводят к очень небольшому выходу оптически активного продукта и не имеют еще практичес кого значения. Но они важны принципиально, так как в конечном итоге направленн на выяснение вопроса возникновения жизни на Земле. [c.80]

Если ахиральный атом углерода становится асимметрическим в процессе реакции замешзния, то такую реакцию также можно сделать энантиоселективной, используя хиральные катализаторы. Например, гидроксилирование пальмитиновой кислоты в условиях биохимического катализа приводит к образованию большого избытка одного из энаитиомеров 2-гидрокс11пальмитиновой кислоты [ 12]. [c.39]

Основные научные работы посвящены изучению белков и биохимических окислительных процессов. Разработал оригинальные способы синтеза ряда аминокислот, а также методы асимметрического органического синтеза. Открыл носящие его имя реакции восстановления а-аминокнслот или их эфиров в аминоальдегиды действием амальгамы натрия в спирте в присутствии минеральной кислоты (1931) и реакцию получения ами-носпиртов альдольной конденсацией аминокислот с ароматическими альдегидами и последующим декарбоксилированием (1943). Предложил (1952) способ определения С-концевого остатка аминокислоты нагреванием пептида или белка с гидразином при температуре 105°С (при этом все аминокислоты, кроме С-концевой, превращаются в гидразиды). [c.13]

В 1894 г. Эмиль Фишер впервые четко сформулировал определение асимметрического синтеза на основании своих экспериментов по превращению моносахаридов в высшие гомологи по схеме циангидрипового синтеза, сопоставив этот процесс непосредственно с биохимическим процессом образования оптически активных сахаров в растениях [1]. Он высказал предположение, что двуокись углерода и вода, конденсируясь под влиянием солнечного света и хлорофилла, образуют формальдегид, который затем вступает в реакцию конденсации с другой молекулой формальдегида или с простейшими углеводами, причем под направленным воздействием оптически активных соединений в хлорофиллсодержащих зернах клетки реакция протекает таким образом, что вхождение каждого следующего асимметрического атома в цепь приводит к образованию только одной из двух возможных стерео-изомерных форм. В результате образуется молекула моносахарида. прочно связанная с хлорофиллом. Это образование затем распадается на оптически активный моносахарид и регенерированный хлорофилл — катализатор, способный вновь участвовать в этом цикле [1, 2]. Химический путь превращения углерода при фотосинтезе, установленный в настоящее время, в деталях имеет мало общего с этой упрощенной схемой, предложенной в конце прошлого столетия. Тем пе менее представления об асимметри-ческол синтезе, выдвинутые Фишером, в общих чертах остаются в силе и до настоящего времени. [c.11]

Другой путь получения оптически активных сульфоксидов — окисление сульфидов с помощью (4-)-перкамфарнон кислоты. Третий путь — окисление сульфидов иодом в присутствии (4-)-2-метил-2-фенилянтарной кислоты [147]. Сравнение результатов этого асимметрического синтеза (достигнутая оптическая чистота 6%) с родственным биохимическим окислением сульфидов растущей анаэробной культурой Aspergillus niger (достигаемая оптическая чистота 100"/o) лишний раз демонстрирует превосходство ферментативных процессов [148]. [c.150]

Еще в 1932 г. Мильс в связи с обсуждением проблемы возникновения первых оптически активных органических веществ обратил внимание на то, что рацемичность — понятие статистическое. В действительности, чем меньше число образующихся молекул с асимметрическим атомом углерода, тем больше вероятность того, что соотношение L/D не будет равно единице. Модельным доказательством справедливости этого являются результаты опытов по кристаллизации хлората натрия, проведенных еще в 1898 г. Киппингом и Поупом. Это вещество может образовывать право- или левоориентированные кристаллы, причем лишь в двух опытах из 46 образовывался действительно рацемический конгломерат (50% кристаллов правой и 50% кристаллов левой формы), в остальных же 44 опытах доля (- -)-кристаллов составляла от 24 до 77%. Средняя же доля (- -)-кристаллов во всех 46 опытах составила 50,08 + 0,11%, т. е. точно отвечала рацемическому соотношению. Таким образом, при образовании малого числа молекул, вошедших впоследствии в состав живой материи, вполне можно было ожидать перевеса одной из антиподных форм с последующим закреплением и усилением этого перевеса в процессе дальнейших химических и биохимических превращений. [c.658]

Многие органические соединения, в том числе играющие важнейшую роль в биологических процессах, содержат в своих молекулах асимметрические атомы углерода. Такие молекулы способны существовать в виде двух оптических изомеров, или энантиомеров. По физическим и химическим свойствам энантиомеры совершенно идентичны. Различие их проявляется только при взаимодействии энантиомерных молекул с другими молекулами, обладающими оптической изомерией. Таких молекул немало в живых организмах, и поэтому биологическое действие оптических изомеров, одного и того же вещества, как правило, неодинаково. Чаще всего только один из изомеров способен встраиваться в биологические макромолекулы, участвовать в биохимических-проц ессах, второй же в биологическом отношении инертен. Однако известны также примеры, когда один из изомеров обладал лекарственным действием, в то время как второй был высокотоксичен. Поэтому анализ энантиомерного состава чрезвычайно важен во всех случаях, когда предполагается взаимодействие исследуемого соединения с биологическими системами. [c.330]

Если учесть важность стереохимических факторов в биологических процессах, то покажется удивительным, что в последнее время проблемам корреляции не уделялось большего внимания. Знаменательно, что Биохимическое общество посвятило свой первый симпозиум (1948 г.) теме Соотношение оптической формы и биологической активности в ряду аминокислот . Даже окончательная корреляция а-аминокислот с й-оксикислотами (и тем самым с углеводами) относится только к 1950 г., а корреляция стероидов с глицериновым альдегидом была осуществлена лишь в 1953. Для химика-органика вопрос о том, согласуются ли принятые способы написания формул, скажем, тестостерона и -аланина, представляет лишь немногим более, чем академический интерес однако биохимик будет не в состоянии составить правильное представление о взаимодействии между стероидными гормонами и белками до тех пор, пока неизвестны их стереохимические отношения. Определение строения асимметрического природного вещества не может считаться законченным, пока не установлено соотношение стереоструктуры этого соединения и некоторого стандартного вещества. [c.162]

Возвращаясь к рассмотрению процессов оптической активации соединений в природе, можно предположить, что качественный скачок в протекании биохимических реакций был сделан, когда появившийся в результате спонтанного разделения рацемата при реакциях или при кристаллизации, а также в результате асимметрической адсорбции на природных минералах (кварц, глины) [119] или путем сочетания того или другого процесса (например, путем образования соединений включения) небольшой избыток оптического изомера начал постоянно увеличиваться в результате действия стереоспецифических катализаторов но кинетическому механизму Лангенбека. Однако этими путями в природе с равной вероятностью образовывались бы оба изомера. Тогда бы преобладание одного изомера в прхгроде имело случайный характер. Но один фактор в природе (циркулярно поляризованный свет и поляризованные элементарные частицы), по-видимому, действовал в одной форме. Этот фактор на протяжении долгих лет эволюции непрерывно воздействовал в большей степени на один изомер как три разложении рацемата, так и при синтезе оптических изомеров, что способствовало появлению односторонней оптической активности органических соединений в природе [101, 120]. [c.24]

Особенно большая стереоспецифичность наблюдается при превращениях, происходящих под действием ферментов, играющих в этих процессах роль крайне активных асимметрических катализаторов. Подробнееоб этом сказано в главе XIII, посвященной биохимическим аспектам стереохимии. [c.443]

СбНаСНОНСООН приводит к оптически деятельному продукту, если ее про водить в присутствии либо фермента эмульсина [65], либо хинина или хини-дина [66]. Однако первый процесс обычно называют биохимическим, а второй — асимметрическим синтезом Хотя в настоящее время имеется синтетический хинин [67], а синтез эмульсина еще не осуществлен, это все же не является принципиальным различием, так как нет существенной причины, по которой нельзя было бы также синтезировать ферменты. [c.78]

Большое число недавно опубликованных исследований в этой области расширило наши представления о деталях асимметрических процессов, и, хотя наши знания далеко еш,е не полны, особенно в количественном отношении, настало время для обобщения всего материала в виде полной сводки. В нашем обзоре будет дана оценка известных асимметрических реакций в отношении их вклада в изучение механизма реакций, их ценности для предсказания конфигураций и полезности для изучения стереохимического контроля реакций синтеза в органической химии. По этим общим вопросам 14, 5, 16—26], а также по специальным аспектам асимметрических превращений [27—34] опубликован ряд обзоров. Ферментативные асимметрические синтезы, например, подробно рассмотрены в недавно опубликованном двухтомнике Р. Бентли [34]. Мы особенно рекомендуем обратиться к этим обзорам для дополнительного подробного ознакомления с историей вопроса [4, 25, 26, 30], а также с биохимическим [28, 29], гетерогенно-каталитическим [21, 22] и полимеризационным [33, 34] аспектами этой проблемы, которые мы и не будем пытаться сколько-нибудь полно осветить в нашей книге. [c.14]

В тех случаях, когда методы прямого расщепления не приводят к успеху, а получение индивидуальных энантиомеров является необходимым, обычно обращаются к синтезу требуемых изомеров. В некоторых случаях превращениям свойственны свои стерические характеристики (стереоспеци-фические превращения), и они непосредственно могут дать нужные энантиомеры в других случаях d- или Z-изомеры можно синтезировать из d- или /-реагентов в некоторых ситуациях можно применять методы асимметрического синтеза, как, например, использовать оптически активные дегидратирующие агенты для дегидратации или проводить реакцию в оптически активном растворителе. Возмолшо, наиболее интересным из всех методов асимметрического синтеза является биохимический, в котором стерическая направленность обеспечивается с помощью фермента. Высокая степень или даже 100%-ная стереоспецифичность действия ферментов в химических системах хорошо известна, и это справедливо для химических процессов in vitro, так же как для процессов in vivo. Основная трудность, свойственная этому методу,— каким образом найти среди громадного разнообразия природных ферментов ТОТ) который подходит для данного превращения. По-видимому, требуется еще немалая работа в области биохимического асимметрического синтеза in vitro. [c.99]

Путем использования многочисленных экспсриммгтальных методов было показано, что молекулы белка весьма разнообразны по размерам, форме и химическому составу. Молекулярный вес белков колеблется в очень широких пределах — от очень низкого (порядка тысячи) до чрезвычайно высокого (миллиард и более). Большинство известных белков представляет собой стереоспецифические полимеры, в молекулах которых все асимметрические углеродные атомы основной цепи имеют идентичные абсолютные конфигурации с соответствуюш,ими атомами аналогичных молекул. По разнообразию реакционноспособных групп, биологических функций и многообразию биохимических и химических реакций, в которые они вступают, с белками ни в какой степени не может конкурировать ни одна другая группа полимеров. Помимо основной функции белков — участия в процессах жизнедеятельности, они находят широкое промышленное применение в качестве пищевых продуктов, волокон, пластиков, адгезивов и покрытий число других областей применения белков столь велико, что перечислить их здесь невозможно. [c.327]