Здесь можно найти учебные материалы, которые помогут вам в написании курсовых работ, дипломов, контрольных работ и рефератов. Так же вы мажете самостоятельно повысить уникальность своей работы для прохождения проверки на плагиат всего за несколько минут.
Предлагаем нашим посетителям воспользоваться бесплатным программным обеспечением «StudentHelp», которое позволит вам всего за несколько минут, выполнить повышение оригинальности любого файла в формате MS Word. После такого повышения оригинальности, ваша работа легко пройдете проверку в системах антиплагиат вуз, antiplagiat.ru, РУКОНТЕКСТ, etxt.ru. Программа «StudentHelp» работает по уникальной технологии так, что на внешний вид, файл с повышенной оригинальностью не отличается от исходного.
Результат поиска
Наименование:
курсовая работа Экдизоны: нахождение в природе, биологическая активность и химический синтез
Информация:
Тип работы: курсовая работа.
Добавлен: 26.12.2014.
Год: 2014.
Страниц: 13.
Уникальность по antiplagiat.ru: < 30%
Описание (план):
`Учреждение образования
«Международный экологический университет
имени А. Д. Сахарова»
Кафедра______
Утверждаю______
(дата)
Зав. кафедрой____
Подпись
Руководитель______
Подпись
Задание принял к исполнению___
(дата)
Подпись студента___
Задание по подготовке курсовой работы
Студенту
______
(фамилия, имя, отчество)
1. Тема работы_ Экдизоны: нахождение в
природе, биологическая активность и химический
синтез______
(утверждена решением
кафедры)
от «___»___200___ г., № ___
2. Срок сдачи законченной работы______
3. Исходные данные к работе.
4. Перечень подлежащих разработке в курсовой
работе вопросов или ее краткое содержание:
а) структура экдизонов
б) нахождение в природе
в) способы получения
5. Перечень
графических материалов.
6. Дата
выдачи задания.
Министерство образования Республики Беларусь
Учреждение образования
«Международный государственный экологический
университет
имени А. Д. Сахарова»
Факультет экологической медицины
Кафедра биохимии и биофизики
Экдизоны:
нахождение в природе, биологическая активность
и химический синтез
Курсовая работа студентки 3-его курса
Адамович Марии Васильевны
ск 2014
Реферат
Курсовая работа
25 страниц, 2 таблицы, 27 схем.
В данной работе
проведён анализ литературных данных
по общей характеристике стероидных гормонов
– экдизонов. Изучено их местонахождение
в природе, биологическая активность,
а также рассмотрены вопросы о химическом
синтезе.
Abstract
Coursework 26 p.,
2 tables, 27 schemes.
In following report, has been
analyzed the literature of the general characteristics of steroid hormones
- ecdysones. Studied their location in nature, effects on plants and
arthropods. As well, consider the problems of chemical synthesis.
Рэферат
Курсавая праца
25 с., 2 табліцы, 27 схем.
У дадзенай працы праведзены
аналіз літаратурных дадзеных па агульнай
характарыстыцы стэроідных гармонаў -
экдзiзонаў. Вывучына іх месцазнаходжанне
ў прыродзе, дзеянне на членістаногіх
і расліны. А таксама разгледжаны пытанні
аб хімічным сінтэзе.
Содержание
Введение
Определение
понятия «экдизоны»
Под названием
экдизонов объединяется группа родственных
по химическому строению полиоксистероидов,
выделенных из животных и растений. Экдизон представляет собой твёрдое,
оптически активное вещество, слаборастворимое
в воде и хорошо растворимое в полярных
органических растворителях. Впервые ?-экдизон был выделен из куколок
тутового шелкопряда Бутенандтом и Карлсоном
в 1954 г., химическое строение доказано
в 1965 г. Впоследствии у других насекомых и представителей
ракообразных были найдены и другие формы
экдизонов, имеющие незначительные структурные
различия и вследствие этого отличающиеся
по степени биологической активности. В соответствии с источником выделения
экдизоны разделяются на зоо- и фитоэкдизоны. В
настоящее время известно более 250 соединений.
Для большинства экдизонов характерен
одинаковый набор заместителей в стероидном
скелете: 2?-, 3?- и 14?- оксигруппы,
-6-кетогруппировка, 5?-атом водорода (цис-А/В-сочленение)
В боковой цепи (за исключением рубростерона
и постстерона) почти всегда содержится
оксигруппа при С-23 и часто ? оксигруппы
при С-20 и С-25. Нельзя не указать на то, что
существуют отклонения от указанной структуры,
но они немногочисленны. Таким образом,
общее химическое строение (так же как
и физиологическая активность) позволяет
отнести экдизоны в отдельную группу природных
соединений.
Глава
1. Нахождение экдизонов в природе
1.1
Наличие экдизонов у членистоногих
Основными продуцентами экдизонов в
мире животных являются членистоногие.
Концентрация экдизонов в их организмах,
как правило, ничтожна – от сотых долей
милиграммов на 1 килограмм живого веса,
Практически все зооэкдизоны относятся
к 27С-экдизонам, при этом наиболее характерными
для них принято считать ?-экдизон и экдистерон,
причем соотношение этих двух гормонов
зависит от вида.
Таблица 1. Виды экдизонов
у членистоногих
1.2
Наличие экдизонов у растений
Первоначально
обнаруженные у членистоногих, экдизоны,
как оказалось, широко распространены
в растительном мире, найдены у папоротникообразных,
голосеменных, покрытосеменных. Из лекарственных
растений содержатся у левзеи сафлоровидной.
Проведя специализированные
исследования, было обнаружено наличие
экдизонов примерно у 400 различных видов
растений, но, по-видимому, они присутствуют
в гораздо большем количестве видов.
Фитоэкдизоды
найдены как у двудольных, так и у однодольных.
Во многих растениях фитоэкдизоны накапливаются
в ничтожных количествах, в десятых и сотых
долях процента.
Лишь, в некоторых
видах, например серпухе сухоцветной — Serratula xeranthemoiles, количество экдизонов достигает
почти 2 %, а в цветках кукушкинa льна — Coccyganthe flos-cuculi (L)
Fourr. — около 3 %.
1.3
Нахождение в природе 19С- и 21С-экдизонов
Данные экдизоны
являются производными андростана и прегнана.
Они имеют
характерный для всего класса набор заместителей
в стероидном скелете, однако у них отсутствует
боковая цепь. По-видимому, 19С- и 21С-экдизоны
представляют собой продукты метаболизма
других экдизонов в организмах животных
и растений.
К 19С-экдизонам
относят рубростерон (схема 1) – выделен
из растений,
К 21С-экдизонам
относят постстерон (схема 2) – он также
выделен из растений.
Схема 1.
Схема 2.
1.4
Нахождение в природе 27С-экдизонов
В настоящее
время более детально изучены ?-экдизон
и экдистерон. При открытие либо изучение
других видов 27С-экдизонов, определение
их строения начинается с установления
сходства с ?-экдизоном и экдистероном
по спектральным и химическим данным.
-экдизон (схема 3) первоначально
был выделен из насекомых, а позднее
– из растений.
Схема
3.
Экдистерон
(схема 4) является широко распространённым
как в животном, так и в растительном мире.
Если экдистерон выделен у ракообразных
– его принято называть крустэкдизоном,
выделенный из насекомых экдистерон носит
название ?-экдизон или 20-оксиэкдизон.
Экдистерон растений назван полиподином
А или изоинокостероном.
Схема
4.
Также к 27С-экдизонам
относятся аюгастерон С, витикостерон
Е, 2-Дезокси-?-экдизон, 2-Дезоксиэкдистерон,
каллинэкдизон А, 26-Оксиэкдистерон, подэкдизон
В, полиплодин В, варабистерон, понастерон
А, понастерон В, понастерон С, птеростерон,
стахистерон С, стахистерон D, хейлантон
А, хейлантон В, а также шидастерон.
1.5
Нахождение в природе 28С-экдизонов
В настоящее
время известно 2 представителя 28С-экдизонов
– макистерон А и макистерон В.
Макистерон
А (схема 5) выделен из растений, он является
изомером каллинэкдизона, который встречается
у ракообразных.
Схема 5.
Макистерон
В (схема 6) представляет собой изомер макистерона
А.
Схема 6.
1.6
Нахождение в природе 29С-экдизонов
Из растений
выделено девять различных видов 29С-экдизонов.
Все они содержат при двадцать четвёртом
атоме углерода незамещённую или окисленную
этильную группу. Из них четыре фитоэкдизона
являются изомерами, они отличаются только
положением оксигрупп при атомах боковой
цепи. К ним относятся леммастерон (схема
7) – идентичен макистерону С, 2 изомера
леммастерона – макистерон D (схема 8) и
амарастерон В, содержащий оксигруппы
(схема 9).
Схема 7.
Схема
8.
Схема
9.
Аюгастерон
В (схема 10) содержит в боковой цепи незамещенную
этильную группу.
Схема
10.
Также из растений
выделено несколько 29С-экдизонов, содержащих
в боковой цепи лактонные группировки.
К ним относятся циастерон, сенгостерон,
капитастерон, прециастерон. Из перечисленных
видов наиболее изученным является циастерон
(схема 11).
Схема 11.
Глава
2. Биологическая активность
2.1 Регуляция линьки у насекомых
У членистоногих жесткий внешний экзоскелет, который
мешает этим животным увеличивать свои
размеры. Поэтому линька (периодическая
смена наружных покровов) для них является
необходимым условием роста и развития
организма. Линька приурочена к определенным
стадиям индивидуального развития и представляет
сложный процесс, во время которого последовательно
происходит отслоение и частичное растворение
старой кутикулы, размножение клеток эпидермиса,
секреция новой кутикулы и ее затвердевания
(после сбрасывания старой).
Процессы линьки у насекомых регулируются
экдизоном, ювенильным гормоном, бурсиконом.
Экдизон стимулирует процессы линьки.
Его концентрация поднимается каждый
раз перед линькой, и низкая в период между
ними.
Секреция гормона линьки из проторакальной
железы проходит под влиянием пептидного
гормона, называемого активационным или
экдизотропином, который вырабатывается
нейросекреторными клетками мозга насекомого.
2.1 Действие экдизонов на различные виды
насекомых
При изучении
активности такого класса органических
соединений, как экдизоны, большое внимание
уделяется физиологическим реакциям различных
насекомых на экдизоны. Нельзя не упомянуть
и о том, что физиологические эффекты экдизонов
у всех изученных видов насекомых связаны
либо с линькой, либо с предшествующими
ей реакциями. При этом, при введении экдизонов,
линька вызывается даже в тех случаях,
когда нормально она отсутствует, например,
у имаго. В настоящее время подробно изучена
куколочная линька. Так же доказано,
что активность экзогенного экдистерона
является напрямую зависящей от стадии
развития насекомого, из этого следует,
что при надвижении срока нормального
окукливания активность значительно
возрастает. Хотелось бы уточнить и влияние
питания, как важнейшего фактора при вызываемом
?-экдизоном окукливании насекомых различного
вида (голодные личинки на инъекцию гормона
не реагируют).
Таблица 2. Тип действия экдизонов на различных
насекомых
2.3 Регуляция других процессов у насекомых
Помимо линьки и метаморфоза, гормональной регуляции
со стороны экдизонов подвержены многие
важные процессы в жизни насекомых.
К примеру, ?-экдизон регулирует дифференциацию
каст у желтогрудого термита Kalotermes flavicollis
и фазовый полиморфизм у саранчи Locusta migratoria
и Schistocerca gregaria. Экдизоны влияют также на
скорость и ритмы развития насекомых,
в частности, управляют таким распространённым
у насекомых явлением, как диапауза. Кроме
всего вышеперечисленного, ?-экдизон также
влияет на поведение пустынной саранчи
Schistocerca gregaria, т.е данный гормон способен
влиять на активность центральной нервной
системы. Также он влияет на развитие полового
аппарата насекомых, в частности яичников
Malacosoma pluvial и Bombyx mori.
Экдизон стимулирует
синтез РНК в тканях. Этот эффект был продемонстрирован
визуально на политенных хромосомах личинки
мухи.
Спустя 15 мин
после аппликации экдизона на одном из
дисков хромосомы возникал пуф (вздутие);
затем спустя некоторое время появлялся
второй пуф, тогда как первый начинал уменьшаться.
Таким образом, подобно стероидным гормонам
млекопитающих, экдизон, по-видимому, непосредственно
контролирует процесс транскрипции.
2.4 Регуляция линьки у ракообразных
Процесс линьки у ракообразных отличается от
процесса линьки у насекомых. В глазном
стебельке у ракообразных находится, так
называемый, Х-орган. В X-органе расположены
нейросекреторные клетки, синтезирующие
нейрогормон (гормон, тормозящий процесс
линьки). Нейрогормон по их аксонам направляется
в синусную железу, далее он выделяется
в лимфу. Y-орган расположен у основания
больших мышц мандибул и состоит из рыхлых
эктодермальных клеточных тяжей. По химической
природе гормон Y-органа является экдизоном.
Гормон Х-органа предотвращает линьку,
тормозя секрецию гормона Y-органом. Эти
два гормона (экдизон и нейрогомон) являются
антагонистами.
2.5 Действие экдизонов на растения
Роль фитоэкдизонов в процессах роста
и развития растений не вполне ясна, но
активно обсуждается их функция экорегуляторов
во взаимоотношениях между растениями
и насекомыми.
Глава
3. Химический синтез экдизонов
3.1
Синтез ?-экдизона
В настоящее
время разработано множество путей синтеза
?-экдизона, но, к сожалению, большинство
из них не являются совершенными и, более
того, включают в себя множество недостатков,
затрудняющих их синтез на практике.К
таким недостаткам следует отнести также
многостадийность введения функциональных
группировок и боковой цепи.
В 1966 г. швейцарские
химики разработали принципиально новый
вид синтеза ?-экдизона, в сравнении с
ранее существовавшими. Разработанный
учёными способ синтеза не утратил своей
актуальности и в наши дни.
Синтез ?-экдизона
начинается с окисления ацетата эргостерина
(a) хромовым ангидридом с уксусной кислотой.
В итоге, после восстановления Zn-пылью
в уксусной кислоте, получается соединение
с сформированной
-6-кетоструктурой (b). (Схема 12)
Схема 12.
Далее происходит гидролиз ацетатной
группировки соединения, полученного
в первом этапе (b), также проводят реэтерификацию
мезилхлоридом. Далее, путём элиминирования,
получается соединение (с) – оно представляет
собой
-стероид (схема 13).
Схема 13.
-стероид (с) после цис-гидроксилировани
по
-связи (с использованием йода и ацетата
серебра) превращается в ключевой полупродукт
синтеза (схема 14). Полученное соединение
имеет два элемента структуры ?-экдизона
- 2?, 3?-диольную и
-6-кетогруппировку (d).
Схема 14.
Большое значение при синтезе
имеет последовательность превращений
соединений. Были попытки создания 5?-конфигурации
путём щелочной обработки соединения
(d). Однако, этот процесс сопровождался
инверсией по центру С-14 с образованием
цис-С/D-соединения (е). (схема 15)
Схема 15.
Учитывая эту
особенность, была введена другая стадия
синтеза (схема 16). В данной стадии происходит
окисление соединения (d) и последующая
инверсия по С-5, с образованием 14?-окси-5?-стероида
превращение которого в ?-экдизон требует
лишь модификации боковой цепи. Озонолиз
-связи полученного соединения приводит
к образованию 22-альдегида (f).
Схема 16.
В дальнейшем (схема 17), 22-альдегид
(f) реагирует с MgBr-производным и образуется
22S-стероид (g).
Схема 17.
Каталитическое гидрирование
22S-стероида даёт 22-изо-?-экдизон (h) (cхема
18). Синтез его из эргостерина включает
15 стадий и протекает с общим выходом около
0,1 %.
Схема 18.
Поскольку 14?-оксигруппа оказывает
на стереохимию гриньяровской реакции
22-альдегидов нежелательное воздействие,
последовательность стадий синтеза пришлось
изменить. В соединение (d) ввели характерную
для ?-экдизона боковую цепь, а уже затем
завершая построение элементов структуры
в стероидном ядре. С этой целью проводят
озонолиз (схема 19), в итоге получается
22-альдегид (i) .
Схема 19.
На 22-альдегид (i) воздействуют
реактивом Гриньяра, это приводит к смеси
оксипроизводных, в которой преобладает
нужный 22R-компонент (j). (схема 20).
Схема 20.
Каталитическое гидрирование
С-23-С-24 тройной связи и последующее введение
14?-оксигруппы при действии SeО2 позволили получить соединение
(k). (схема 21)
Схема 21.
Изомеризация по
и гидролиз ацетоксигрупп в мягких щелочных
условиях дали соответствующий 2?, 3?-диол,
который после кислотного гидролиза превращается
в ?-экдизон (l). (схема 22)
Схема 22.
3.2 синтез экдистерона
У синтеза экдистерона есть особенность,
в сравнении с синтезом ?-экдизона, т.к.
необходимо ввести 20R-оксигруппу, а также
обеспечить её нужной стереохимией. Решить
эту задачу полностью не удалось, поэтому
методы построения боковой цепи экдистерона
протекают нестереоспецифично.
Синтез начинается из прогестерона (m),
в ходе четырёх стадий он превращается
в 3,6-дикетон (n) (схема 23).
Схема 23.
3,6-дикетон (n) в 7 стадий переходит в полупродукт
(o). Данное соединение содержит ацетилированную
2?, 3?-диольную и
-6-кетогруппировку. (схема 24)
.Схема 24.
Шестиугольный фрагмент боковой цепи
вводится реакцией с MgBr-производным Тр-эфира
2-метил-4-пентин-2- ла (схема 25). В итоге
получается смесь 20R- (p) и 20S-изомеров в
соотношении 4:1.
Схема 25.
Кислородный заместитель при С-22 образуется
путём каталитической гидратации тройной
связи в боковой цепи соединения (p). Последующее
введение 14?-оксигруппы аллильным окислением
и щелочной гидролиз защитных группировок,
сопровождающийся инверсией по центру
, приводят к соединению (q). (схема 26)
Данное соединение отличается от экдистерона
только наличием при С-22 кетогруппы вместо
оксигруппы.
Схема 26.
Восстановление этой кетогруппы привело
к смеси 22-эпимеров. Проведя разделение
полученной смеси хроматографическим
методом, был получен идентичный природному
экдистерон (r). (схема 27)
Схема 27.
Синтез экдистерона из прогестерона
по описанному выше методу включает 16
стадий, с выходом 0,1 %.
В Институте биоорганической химии НАН
Беларуси в лаборатории химии экдистероидов
проводятся работу по синтезу экдизонов
и их аналогов и изучению их биологической
активности [4]
