Chapter 9 今日のメモ☆
Microbiologyの後半戦でMetabolism（代謝）とGenetics（遺伝学）の内容。
Chapter 8同様にATP産生には以下の２種類のリン酸化反応が関与している
Phosphorylation（リン酸化反応）
-Substrate
level
phosphorylation（基質レベルのリン酸化反応）
高エネルギーリン酸化合物（ジホスホグリセリン酸、ホスホエノールピルビン酸）から、ADPへリン酸基を転移させてATPをつくること。（酸素関連なし）
-Oxidative
phosphorylation（酸化的リン酸化反応）
細胞内で起こる呼吸に関連した現象で、ATPを産生する回路の一つ。
eukarya（真核生物）：ミトコンドリア内、protozoa（原核生物）：形質膜
＜補酵素(NADHやFADH)の酸化と、それによる酸素分子の水H2Oへの還元＞
ADP3- + H+ + Pi ↔ ATP4- +
H2O
Fermentation（発酵）
-Glycolysis（解糖）が最初のステップ（glucose→pyruvate+2ATP）
* Embden-Meyerhof (glycolytic) pathway [major]
* Entner-Doudoroff pathway [alternate]
* hexose monophosphate shunt [with glycolytic pathway]
-Secondary fermentation process
* Lactic acid fermentation: pyruvate→lactate（乳酸塩）
* Alcohol fermentation: pyruvate→ethanol + CO2
* Mixed acid fermentation: ethanol + CO2 + hydrogen(H2)→lactic, formic（ギ酸）, acetic acid（酢酸）
* Butanediol fermentation: pyruvate→acetoin（アセトイン）→2,3-butanediol
* Butyric acid fermentation: →Butanol, isopropanol, acetone
* Propionic acid fermentation: pyruvate→oxaloacetate + CO2→propionic acid
Respiration（呼吸）
-Aerobic respiration
* TCA cycle: pyruvate→accetyl CoA + H2O + CO2
* Electron Transport System（電子伝達系）:
Cytochromes, Flavoproteins（フラビンタンパク質FMN等）, Ubiquinones（ユビキノンCoQ）
-Anaerobic respiration
酸素以外（nitrate, sulfate, carbonate）が最後の電子受容体となる
Genetics（遺伝学）
-Chromosomes（染色体）: 単一の染色体(n) ※真核細胞は複数の染色体(2n)
continuous, circular, double-stranded（環状二重らせん構造）
-Duplication（複製）: semiconservative（半保存的） replication
DNAのReplication（複製）、Transcription（転写）、Translation（翻訳）
-Replication（複製）:
accurate duplication of chromosomal DNA
-Transcription（転写）:
unwinding（巻き戻し）ながら、DNA template（鋳型）からRNA plymeraseで相補的なRNA(mRNA)を合成
intron（イントロン：介在配列）もexone（エキソン：翻訳配列）は「ない」ためプロセシングは起こらない。
-Translation（翻訳）
DNAの遺伝情報を転写したmRNAはタンパク質合成の場であるribosomeに運ばれる。
ribosome上ではmRNAの塩基配列（triplet codon）に従って、codonと相補的配列であるanticodonをもつtRNAを介してアミノ酸がribosomeに運ばれる。
そのアミノ酸が連なってタンパク質が合成される。
遺伝子の交換・伝達
-Transformation（形式転換）
* 細胞外部からDNAを導入し、その遺伝的性質を変えること
* 適格なrecipient（受容細胞）と"leaky"（壊れやすい）細菌の細胞壁が必要。（媒介物を用いない）
* この技術は、recombinant DAN technology（遺伝子組み換え技術）やcloningに用いられている。
* plasmidのvectorが用いられる
-Conjugation（接合）
* 様々な細菌で、細胞間に接触を生じて互いの遺伝子の一部をやり取りする現象
* donor（F+）とrecipient(F-)の間でPlasmidを用いて伝達が行われ、PlasmidDNAのtranspozonにコードされている薬剤耐性がrecipientに伝達される。
-Transduction（形質導入）
* 特定の増殖様式を有するウイルス：bacteriophage（ファージ）が、感染した細菌の遺伝子を粒子内に取り込み、次に感染する細菌内に導入する現象。
-Lytic（溶菌性）phages: 細菌の遺伝子を粒子内に取り込んだ後、Lyse（溶解して）細菌外に出る。
-Lysogenic (; 溶原性temperate) phages: ファージが感染しても一部の細菌を除いて増殖が起こらず、部分的にしか溶菌を起こさない。安定化されたファージはprophageと呼ばれ、repressor（抑制体）を作ることで溶菌や他からの感染を抑制している。薬剤耐性もこれに関与している
Virus Replication（ウイルスの複製）
VirusはNon-living organismであるため、生きた細胞に寄生しなければ増殖できない。（細菌との違い）
- Attachment（接着）、Absorption（吸着）
virus表面のたんぱく質が、宿主細胞表面にあるreceptorに特異的に結合
- Penetration（侵入）
* endocytosis（エンドサイトーシス）
* fusion（溶解）: virusのenvelopeとcell membraneが融合してnucleocapsidが細胞質に入る。
- Uncoating（脱穀）
nucleic acid（核酸）に結合しているタンパク質が取り除かれ、nucleic acidが露出する。
- Protein Synthesis（タンパク質合成）
viral genome, capsidm envelope等のタンパク質が合成される
* プラス(+)鎖RNAを遺伝子とするvirusではそのまま発現されるが、マイナス(－)鎖一本鎖RNAを遺伝子とするvirusでは、RNA polymeraseによりmRNAを合成する。
* プラス(+)鎖RNAでも、retrovirus（レトロウイルス）の場合はreverse polymerase（逆転写ポリメラーゼ）が必要。
- Assembly（組立）
- Release（放出）
* enveloped virus（エンベロープ有）: 細胞膜（や核膜）をかぶってbudding out（出芽）する。
ex) ヘルペスウイルス
* nonenveloped virus（エンベロープ無）: 細胞膜をlyses（溶解して）細胞外へ放出する。
Today's question
- Gene transfer (遺伝子の伝達)の問題
Q: The mode of gene tranfer in which naked DNA is taken up is called
(A) transformation
(B) transduction
(C) conjugation
(D)
cell fusion
A: (A) Transformation
Of the three methods of DNA transfer, on ly transformation takes up DNA without an intermediary.
2012年9月15日土曜日
2012年9月12日水曜日
Chapter 9 Microbiology vol.1
Chapter 9 今日のメモ☆
今回はMicrobiology（微生物）のお話。学生時代結構好きだったなぁなんて読み始めてみると、そんな甘い気持ちは最初の数行で吹っ飛んでしまいました。
新しい英単語の量と言ったら…ほとんどすべてのwordを辞書で引いて確認しなければならないことに。。。
Living & Non-living organism
Living organism
-Archaea（古細菌）
-Eukarya（真核生物）：fungi（真菌類）、protozoa（原虫）、algae（藻類）等
-Bacteria（細菌）：prokaryote（原核生物）を含む
Non-living organism
-Viruse（ウイルス）
-Prion, infectious protein
細菌の種類
-Cocci（球菌）
-Bacilli（桿菌）
-Coccobacilli（球桿菌）
-Spirochetes & spirilla（スピロヘータ&らせん菌）
-Fusobacteria（フゾバクテリウム属）
-Filamentous organism（フィラメント状生物）
-Vibrio（ビブリオ）
-Plemorphic（多形性）
※ Gram stain（グラム染色）：グラム陽性菌[青色(purple)]、グラム陽性菌[赤色(pink)]
クリスタルバイオレット＞ヨウ素＞アルコール＞サフラン
Structure of the prokaryotic cell（原核生物細胞の構造）
- internal membrance（細胞膜）のみで細胞小器官（ミトコンドリアやリソソーム等）は「ない」
- true nucleus（真核）やnuclear membrane（核膜）が「ない」
- cell wall（細胞壁）が存在する
- 細胞膜と細胞壁の間の層：periplasmic space（ペリプラスム）
- リボソーム：70S(30S+50S) ※真核生物は80S(40S+60S)
- 増殖：binary fission（二分裂） ※真核生物はmitosis（有糸分裂）&meiosis（減数分裂）
- 遺伝子：裸のDAN（主にnucleoid（核様体）として存在する）、主に単一chromosome（染色体）
- strage granules（貯蔵顆粒）やinclusion bodies（封入小体）、plasmid（プラスミド）が存在することがある
*plasmid：transposon（トランスポゾン）と呼ばれる転移性遺伝因子を含む。薬剤耐性に関与
- Capsule（きょう膜）やSlime layer（粘液層）をもつものもある
* virulence（病原性・毒性）を上昇させる
* マクロファージやneutrophil（好中球）などの食細胞によるphagocytosis（貪食）から守る
* adherence（接着性）を高める
※接着性がない多糖体の場合をslime layer（粘液層）という
※Opsonization（オプソニン作用）：抗体は補体とともに好中球の食作用を促進する。
- Flagella（鞭毛）：flagellin（フラジェリン）と呼ばれるたんぱく質の集合体。前進・方向転換が可能
- Pili(fimbriae)（線毛）：pilin（ピリン）と呼ばれるたんぱく質の集合体。
* 主にグラム陰性菌に存在する。
* Common pili：レセプター等との結合や粘着性に関与（sex piliより大量）
* Sex pili：DNAの伝達に関与（common piliより長い）
細胞壁の構造
- peptidoglycan（ペプチドグリカン）を含む
- 糖鎖（N-acetylglucosamineとN-acetylmuramic acid）と4つのamino acidからなる
＜グラム陽性菌＞
- thick peptidoglycan cell wall(90% peptidoglycan)
- teichoic acid（タイコ酸）を含む (glycerol or ribitol phosphodiesters)
＜グラム陰性菌＞
- thin peptidoglycan cell wall
- outer membrane（外膜）：phopholipid（リン脂質）, lipopolysaccharide（LPSリポ多糖）, lipoprotein, protein channels(porins ポーリン）で構成される。
※LPSの生物活性：菌体の抗原性（O antigen）を決めている。
Lipid Aはtoxic proteinでfeverやinflammation、septic shock（敗血性ショック）に関与
生理学的分類
-Autotrophs（独立栄養生物）：CO2を炭素源とする
photoautotrophs（光合成独立栄養生物）, chemoautotrophs
-Heterotrophs（従属栄養生物）：有機物を炭素源とする
photoheterotrophs, chemoheterotrophs
-Prototrophs（原栄養体）：栄養素を必要としない
-Auxotrophs（栄養要求株）：一定の栄養素を必要とする。変異を繰り返すため常に変化する
-Holophytic（完全植物性）：栄養素は水溶性かつ拡散性のもの
-Holozoic（完全動物性）：固形の栄養をも代謝できる
-Saprophytic（腐生）：死体や腐敗した有機物から栄養素を取り入れる
-Parasitic（寄生性）：寄生した宿主細胞から栄養素を摂取
-Psychrophile（好冷性細菌）：0℃でも生育可能 最高20℃以下で生育
-Mesophile（中温菌）：20～45℃で生育
-Thermophile（好熱最近）：55℃でも生育可能 最低45℃以上で生育
-Aerobes（好気性細菌）：酸素存在下で生育
obligate aerobes（偏性好気性細菌）, facultative aerobes（条件的好気性細菌）
-Anaerobes（嫌気性細菌）：酸素存在下では育成不可
obligate anaerobes, facultative anaerobes
-Microaerophiles（微好気性細菌）：一般的な酸素の量より低量で生育可能
-Capnophiles：一般的な二酸化炭素の量より高量で生育可能
Bacterial growth curve（細菌増殖曲線；グラフ）
- Lag phase（誘導期）：細菌の複製において、サイズは拡大しているが量は多くなっていない状態
- Logarithmic(log) phase（増殖期）：division（分裂）が起こり、細菌の数が幾何学的に増加している状態
- Stationary phase（静止期）：増殖率が低下し、死滅率と同等になった状態
- Death phase（死亡期）：細菌の増殖がなくが死滅する割合が増加している状態
特殊な細菌
-Chlamydia（クラミジア）
* obligate intracellular parasites（偏性細胞内寄生性）
* 人工培地では増殖しない（lack the ability to generate ATP）
* reservoir（保有宿主）&vector（ベクター）を「もたない」
-Rickettsia（リケッチア）
* obligate intracellular parasites（偏性細胞内寄生性）
* 人工培地では増殖しない（ATPは生成できるが宿主細胞の生成物を活用するため）
* vector：arthropods（節足動物）&reservoirが存在する
-Mycoplasma（マイコプラズマ）
* 細胞壁をもたず、細胞膜にsterolを含むため多形性を示す
※ 細胞壁合成阻害薬は効果なし
Viruses（ウイルス）の構造
- 基本的な構造はvirion（ウイルス粒子）とnucleocapsid（ヌクレオカプシド）
- lipid envelope（エンベロープ）：ヌクレオカプシドの外側の被膜、宿主細胞のレセプター結合に関与
- 遺伝子：DNA & RNA
- locasahedral（20面体）もしくは、helical（らせん状）
Infectious Agent（感染性病原体）
- Reservouirs（保有宿主）：病原体を保有できるもの。 人や動物、環境（土、湖、植物など）
- Carriers（キャリア）：病原体に感染力のあるもの。
* Asymptomatic carriers（無症候性キャリア）：発病はしていないが感染しているもの
* Symptomatic carriers（症候性キャリア）：感染後発病し、症状が出ているもの
- Vector（ベクター）：媒介物として病原体を運ぶもの ex)mosquito(malaria)
感染方法
- Direct contact：ex)sexually transmitted diseases
- Indirect contact：fomites（媒介物）を介して感染
- Droplet transmission（飛沫感染）：coughやsneezeによって感染
- Airborne transmission（空気感染）：ほこりなどにくっついた病原体により感染。気管支に影響
ex)influenza, pneumonia, tuberculosis
Pathogenicity（病原性）
-Exotoxin（外毒素）：細菌が菌体外に分泌し生体に有害に働く物質。一定量を超えるとintoxcation（中毒）を引き起こす ex)botulism, staphylococcal food poisoning
-Endotoxin（内毒素）：内毒素の活性は、グラム陰性の外膜成分であるリポ多糖のlipid A部分であり、菌体の破壊や融解によって細胞壁から遊離する
Today's question
- plasmid(プラスミド)の問題
Q: Which of the following statements describes plasmids?
(A) They are single-stranded DNA molecules
(B) They carry optional genes
(C) They carry genes essential for growth
(D) They are always found in linear form
A: (B) they carry optional genes.
The chromosome carries all of the genes essential for growth, whereas plasmids are extrachromosomal, double-stranded, circular pieces of DNA that carry optional genes that add extra properties.
今回はMicrobiology（微生物）のお話。学生時代結構好きだったなぁなんて読み始めてみると、そんな甘い気持ちは最初の数行で吹っ飛んでしまいました。
新しい英単語の量と言ったら…ほとんどすべてのwordを辞書で引いて確認しなければならないことに。。。
Living & Non-living organism
Living organism
-Archaea（古細菌）
-Eukarya（真核生物）：fungi（真菌類）、protozoa（原虫）、algae（藻類）等
-Bacteria（細菌）：prokaryote（原核生物）を含む
Non-living organism
-Viruse（ウイルス）
-Prion, infectious protein
細菌の種類
-Cocci（球菌）
-Bacilli（桿菌）
-Coccobacilli（球桿菌）
-Spirochetes & spirilla（スピロヘータ&らせん菌）
-Fusobacteria（フゾバクテリウム属）
-Filamentous organism（フィラメント状生物）
-Vibrio（ビブリオ）
-Plemorphic（多形性）
※ Gram stain（グラム染色）：グラム陽性菌[青色(purple)]、グラム陽性菌[赤色(pink)]
クリスタルバイオレット＞ヨウ素＞アルコール＞サフラン
Structure of the prokaryotic cell（原核生物細胞の構造）
- internal membrance（細胞膜）のみで細胞小器官（ミトコンドリアやリソソーム等）は「ない」
- true nucleus（真核）やnuclear membrane（核膜）が「ない」
- cell wall（細胞壁）が存在する
- 細胞膜と細胞壁の間の層：periplasmic space（ペリプラスム）
- リボソーム：70S(30S+50S) ※真核生物は80S(40S+60S)
- 増殖：binary fission（二分裂） ※真核生物はmitosis（有糸分裂）&meiosis（減数分裂）
- 遺伝子：裸のDAN（主にnucleoid（核様体）として存在する）、主に単一chromosome（染色体）
- strage granules（貯蔵顆粒）やinclusion bodies（封入小体）、plasmid（プラスミド）が存在することがある
*plasmid：transposon（トランスポゾン）と呼ばれる転移性遺伝因子を含む。薬剤耐性に関与
- Capsule（きょう膜）やSlime layer（粘液層）をもつものもある
* virulence（病原性・毒性）を上昇させる
* マクロファージやneutrophil（好中球）などの食細胞によるphagocytosis（貪食）から守る
* adherence（接着性）を高める
※接着性がない多糖体の場合をslime layer（粘液層）という
※Opsonization（オプソニン作用）：抗体は補体とともに好中球の食作用を促進する。
- Flagella（鞭毛）：flagellin（フラジェリン）と呼ばれるたんぱく質の集合体。前進・方向転換が可能
- Pili(fimbriae)（線毛）：pilin（ピリン）と呼ばれるたんぱく質の集合体。
* 主にグラム陰性菌に存在する。
* Common pili：レセプター等との結合や粘着性に関与（sex piliより大量）
* Sex pili：DNAの伝達に関与（common piliより長い）
細胞壁の構造
- peptidoglycan（ペプチドグリカン）を含む
- 糖鎖（N-acetylglucosamineとN-acetylmuramic acid）と4つのamino acidからなる
＜グラム陽性菌＞
- thick peptidoglycan cell wall(90% peptidoglycan)
- teichoic acid（タイコ酸）を含む (glycerol or ribitol phosphodiesters)
＜グラム陰性菌＞
- thin peptidoglycan cell wall
- outer membrane（外膜）：phopholipid（リン脂質）, lipopolysaccharide（LPSリポ多糖）, lipoprotein, protein channels(porins ポーリン）で構成される。
※LPSの生物活性：菌体の抗原性（O antigen）を決めている。
Lipid Aはtoxic proteinでfeverやinflammation、septic shock（敗血性ショック）に関与
生理学的分類
-Autotrophs（独立栄養生物）：CO2を炭素源とする
photoautotrophs（光合成独立栄養生物）, chemoautotrophs
-Heterotrophs（従属栄養生物）：有機物を炭素源とする
photoheterotrophs, chemoheterotrophs
-Prototrophs（原栄養体）：栄養素を必要としない
-Auxotrophs（栄養要求株）：一定の栄養素を必要とする。変異を繰り返すため常に変化する
-Holophytic（完全植物性）：栄養素は水溶性かつ拡散性のもの
-Holozoic（完全動物性）：固形の栄養をも代謝できる
-Saprophytic（腐生）：死体や腐敗した有機物から栄養素を取り入れる
-Parasitic（寄生性）：寄生した宿主細胞から栄養素を摂取
-Psychrophile（好冷性細菌）：0℃でも生育可能 最高20℃以下で生育
-Mesophile（中温菌）：20～45℃で生育
-Thermophile（好熱最近）：55℃でも生育可能 最低45℃以上で生育
-Aerobes（好気性細菌）：酸素存在下で生育
obligate aerobes（偏性好気性細菌）, facultative aerobes（条件的好気性細菌）
-Anaerobes（嫌気性細菌）：酸素存在下では育成不可
obligate anaerobes, facultative anaerobes
-Microaerophiles（微好気性細菌）：一般的な酸素の量より低量で生育可能
-Capnophiles：一般的な二酸化炭素の量より高量で生育可能
Bacterial growth curve（細菌増殖曲線；グラフ）
- Lag phase（誘導期）：細菌の複製において、サイズは拡大しているが量は多くなっていない状態
- Logarithmic(log) phase（増殖期）：division（分裂）が起こり、細菌の数が幾何学的に増加している状態
- Stationary phase（静止期）：増殖率が低下し、死滅率と同等になった状態
- Death phase（死亡期）：細菌の増殖がなくが死滅する割合が増加している状態
特殊な細菌
-Chlamydia（クラミジア）
* obligate intracellular parasites（偏性細胞内寄生性）
* 人工培地では増殖しない（lack the ability to generate ATP）
* reservoir（保有宿主）&vector（ベクター）を「もたない」
-Rickettsia（リケッチア）
* obligate intracellular parasites（偏性細胞内寄生性）
* 人工培地では増殖しない（ATPは生成できるが宿主細胞の生成物を活用するため）
* vector：arthropods（節足動物）&reservoirが存在する
-Mycoplasma（マイコプラズマ）
* 細胞壁をもたず、細胞膜にsterolを含むため多形性を示す
※ 細胞壁合成阻害薬は効果なし
Viruses（ウイルス）の構造
- 基本的な構造はvirion（ウイルス粒子）とnucleocapsid（ヌクレオカプシド）
- lipid envelope（エンベロープ）：ヌクレオカプシドの外側の被膜、宿主細胞のレセプター結合に関与
- 遺伝子：DNA & RNA
- locasahedral（20面体）もしくは、helical（らせん状）
Infectious Agent（感染性病原体）
- Reservouirs（保有宿主）：病原体を保有できるもの。 人や動物、環境（土、湖、植物など）
- Carriers（キャリア）：病原体に感染力のあるもの。
* Asymptomatic carriers（無症候性キャリア）：発病はしていないが感染しているもの
* Symptomatic carriers（症候性キャリア）：感染後発病し、症状が出ているもの
- Vector（ベクター）：媒介物として病原体を運ぶもの ex)mosquito(malaria)
感染方法
- Direct contact：ex)sexually transmitted diseases
- Indirect contact：fomites（媒介物）を介して感染
- Droplet transmission（飛沫感染）：coughやsneezeによって感染
- Airborne transmission（空気感染）：ほこりなどにくっついた病原体により感染。気管支に影響
ex)influenza, pneumonia, tuberculosis
Pathogenicity（病原性）
-Exotoxin（外毒素）：細菌が菌体外に分泌し生体に有害に働く物質。一定量を超えるとintoxcation（中毒）を引き起こす ex)botulism, staphylococcal food poisoning
-Endotoxin（内毒素）：内毒素の活性は、グラム陰性の外膜成分であるリポ多糖のlipid A部分であり、菌体の破壊や融解によって細胞壁から遊離する
Today's question
- plasmid(プラスミド)の問題
Q: Which of the following statements describes plasmids?
(A) They are single-stranded DNA molecules
(B) They carry optional genes
(C) They carry genes essential for growth
(D) They are always found in linear form
A: (B) they carry optional genes.
The chromosome carries all of the genes essential for growth, whereas plasmids are extrachromosomal, double-stranded, circular pieces of DNA that carry optional genes that add extra properties.
2012年9月9日日曜日
Chapter 8 Functional Group Chemistry and Biochemistry vol.3
Chapter8 今日のメモ☆
Biochemical（生化学）の代謝のお話
Phosphorylation（リン酸化反応）
-Substrate level phosphorylation（基質レベルのリン酸化反応）
高エネルギーリン酸化合物（ジホスホグリセリン酸、ホスホエノールピルビン酸）から、ADPへリン酸基を転移させてATPをつくること。（酸素関連なし）
-Oxidative phosphorylation（酸化的リン酸化反応）
細胞内で起こる呼吸に関連した現象で、ATPを産生する回路の一つ。
eukarya（真核生物）：ミトコンドリア内、protozoa（原核生物）：形質膜
＜補酵素(NADHやFADH)の酸化と、それによる酸素分子の水H2Oへの還元＞
ADP3- + H+ + Pi ↔ ATP4- + H2O
糖の代謝
-Glycolysis（解糖）
Sugar phosphate－(aerobically（好気的）)→pyruvate（ピルビン酸）
Sugar phosphate－(anaerobically（嫌気的）)→lactate（乳酸）
-Gluconeogenesis（糖新生）
noncarbohydrate souces(lactate, alanine, pyruvate, oxaloacetate, glycogen)→glucose（肝臓&腎臓）
※fatty acid（脂肪酸）からはglucoseは生成できない
-Glycogenolysis（グリコーゲン代謝）
Glycogen －(controlled by glucagon & epinephrine)→glucose phosphate （骨格筋）& glucose（肝臓）
-Glycogenesis（グリコーゲンの合成）
glucose－(controlled by insulin)→glycogen（肝臓&筋肉内）
-TCA cycle（Tricarboxylic acid cycle, citric acid cycle, Krebs cycle）
pyruvate(oxaloacetate) + acetyl CoA + amino acid→CO2 + H2O + ATP（好気的反応）
cycle intermediate（中間体）としてaspartate（アスパラギン酸）やglutamate（グルタミン酸）を生成
その他、ヘム（ヘモグロビン、シトクロム等）のporphyrine ring（ポルフィリン環）も生成
ミトコンドリアのマトリックス内で起こる
脂質の代謝
脂肪細胞に貯蔵されたtriglycerideは糖の摂取が不十分な時や、糖が利用されない時に
3つのfatty acid（脂肪酸）とglycerolに分解される。
-脂肪酸の分解（β-oxidation）
Fatty acid－(β-oxidation)→accetyl CoA-－(TCA cycle)→CO2 + H2O + ATP
※この過程が早すぎるとfatty acid→大量のaccetyl CoA→ketone bodies（ケトン体）が生成される
（accetyl CoAと反応するオキサロ酢酸は糖新生に利用されているため、accetyl CoAが余る）
-脂肪酸の合成
accetyl CoA－(in cytoplasm)→malonyl CoA－(還元&脱水の繰り返し)→fatty acid
linoleic acid（essencial fatty acid）：体内で合成されないため、食事で摂取する必要あり
-Glycerolの分解
Glycerol－(oxidation at glycolysis（解糖）)→pyruvate－(TCA cycle)→CO2 + H2O
Glycerol－(gluconeogenesis（糖新生）)→glucose
-Cholesterol & Steroidの分解
Steroid&Cholesterol－(P450 in 肝臓)→bile acid（胆汁酸;グリココール酸、タウコール酸etc）
Steroid&Cholesterol－(P450 in 副腎、生殖腺）→steroidal hormones（ステロイドホルモン）
※ステロイドホルモン（cortisone, estrogen, androgen etc）
7-dehydrochresterol(コレステロールの前駆体）－(UV on skin)→vitamin D
-Terpene compounds（テルペン複合体）の合成
accecyl CoA→mevalonate（メバロン酸）→ Cholesterol, Steroid, VitA&D&E&K, bile acid
-Sphingolipid（スフィンゴ脂質）
sphingolipidの構成成分はceramide（セラミド）
sphingomyelinは神経組織や細胞膜に見られる
糖が付加し、cerebroside（セレブロシド）やganglioside（ガングリオシド）ができる
-Phosphatidyl compounds（ホスファチジル複合体）
phosphatidyl choline(lecthin), phosphatidyl serine, ethanolamine等も細胞膜で重要な役割を担う
Nitrogen（窒素）の代謝
-Amino group transfer reaction（アミノ基転移反応）
amino acid + keto acid－(transaminase enzyme（アミノ基NH2の転移）)→ new amino acid + new keto acid
-Oxidative deamination（酸化的脱アミノ反応）
amino acid－(amino acid oxidase)→α-keto acid + ammonia(NH3)
-Glucogenic amino acid（糖原性アミノ酸）とketogenic amino acid（ケト原性アミノ酸）
*glucogenic amino acid: glycolysis（解糖系）、TCA cycleの中間体となり糖質代謝へ（糖新生に利用）
ex) pyruvate, oxaloacetate, α-ketoglutaric acid（α-ケトグルタル酸）
*ketogenic amino acid: accetyl CoAに転換され脂質代謝に入ったり、ケトン体の合成に関与
-Amino acidの合成
TCA cycle intermediates（中間体）として生成され、他は食事で補う
＜必須アミノ酸＞
* neutral amino acid: valine, leucine, isoleucine, threonine, phenylalanine, tryptophan, methionine
* basic amino acid: histidine, lysine
-Purineの代謝
90%はsalvaged（回収され）、残った10%はdegraded（分解される）
xanthine（キサンチン） + H2O + O2－(xanthine oxidase)→uric acid（尿酸）+ H2O2
-Prineの合成
carbamoyl phosphate（カルバモイルリン酸）, aspartate, glutamine, glycine, CO2, fomyl tetrahydrofolate（ホルミルテトラヒドロ葉酸）から合成される
-Pyrimidineの代謝
Pyrimidine→β-alanine + ammonia + CO2
-Pyrimidineの合成
carbamoyl phosphate, aspartateから合成される
Nitrogen（窒素）の排泄
Nitrogen（窒素）は毒性があるため、urea（尿素）やureic acid（尿酸）として排泄される
回収され、残ったプリン塩基はureic acid（尿酸）として排泄される
-Urea synthesis（尿素）の合成
ammonia(NH3) + CO2 + ATP－(pyridoxal phosphate(VB6) coenzime in urea cycle（尿素回路）)→urea（尿素）
肝臓のミトコンドリア内で起こる
※ ammonia(NH3) + glutamate（グルタミン酸）→glutamine
※ glutamine + CO2 →carbamoyl phosphate（ガルバモイルリン酸）－(urea cycle)→urea
Biochemical（生化学）の代謝のお話
Phosphorylation（リン酸化反応）
-Substrate level phosphorylation（基質レベルのリン酸化反応）
高エネルギーリン酸化合物（ジホスホグリセリン酸、ホスホエノールピルビン酸）から、ADPへリン酸基を転移させてATPをつくること。（酸素関連なし）
-Oxidative phosphorylation（酸化的リン酸化反応）
細胞内で起こる呼吸に関連した現象で、ATPを産生する回路の一つ。
eukarya（真核生物）：ミトコンドリア内、protozoa（原核生物）：形質膜
＜補酵素(NADHやFADH)の酸化と、それによる酸素分子の水H2Oへの還元＞
ADP3- + H+ + Pi ↔ ATP4- + H2O
糖の代謝
-Glycolysis（解糖）
Sugar phosphate－(aerobically（好気的）)→pyruvate（ピルビン酸）
Sugar phosphate－(anaerobically（嫌気的）)→lactate（乳酸）
-Gluconeogenesis（糖新生）
noncarbohydrate souces(lactate, alanine, pyruvate, oxaloacetate, glycogen)→glucose（肝臓&腎臓）
※fatty acid（脂肪酸）からはglucoseは生成できない
-Glycogenolysis（グリコーゲン代謝）
Glycogen －(controlled by glucagon & epinephrine)→glucose phosphate （骨格筋）& glucose（肝臓）
-Glycogenesis（グリコーゲンの合成）
glucose－(controlled by insulin)→glycogen（肝臓&筋肉内）
-TCA cycle（Tricarboxylic acid cycle, citric acid cycle, Krebs cycle）
pyruvate(oxaloacetate) + acetyl CoA + amino acid→CO2 + H2O + ATP（好気的反応）
cycle intermediate（中間体）としてaspartate（アスパラギン酸）やglutamate（グルタミン酸）を生成
その他、ヘム（ヘモグロビン、シトクロム等）のporphyrine ring（ポルフィリン環）も生成
ミトコンドリアのマトリックス内で起こる
脂質の代謝
脂肪細胞に貯蔵されたtriglycerideは糖の摂取が不十分な時や、糖が利用されない時に
3つのfatty acid（脂肪酸）とglycerolに分解される。
-脂肪酸の分解（β-oxidation）
Fatty acid－(β-oxidation)→accetyl CoA-－(TCA cycle)→CO2 + H2O + ATP
※この過程が早すぎるとfatty acid→大量のaccetyl CoA→ketone bodies（ケトン体）が生成される
（accetyl CoAと反応するオキサロ酢酸は糖新生に利用されているため、accetyl CoAが余る）
-脂肪酸の合成
accetyl CoA－(in cytoplasm)→malonyl CoA－(還元&脱水の繰り返し)→fatty acid
linoleic acid（essencial fatty acid）：体内で合成されないため、食事で摂取する必要あり
-Glycerolの分解
Glycerol－(oxidation at glycolysis（解糖）)→pyruvate－(TCA cycle)→CO2 + H2O
Glycerol－(gluconeogenesis（糖新生）)→glucose
-Cholesterol & Steroidの分解
Steroid&Cholesterol－(P450 in 肝臓)→bile acid（胆汁酸;グリココール酸、タウコール酸etc）
Steroid&Cholesterol－(P450 in 副腎、生殖腺）→steroidal hormones（ステロイドホルモン）
※ステロイドホルモン（cortisone, estrogen, androgen etc）
7-dehydrochresterol(コレステロールの前駆体）－(UV on skin)→vitamin D
-Terpene compounds（テルペン複合体）の合成
accecyl CoA→mevalonate（メバロン酸）→ Cholesterol, Steroid, VitA&D&E&K, bile acid
-Sphingolipid（スフィンゴ脂質）
sphingolipidの構成成分はceramide（セラミド）
sphingomyelinは神経組織や細胞膜に見られる
糖が付加し、cerebroside（セレブロシド）やganglioside（ガングリオシド）ができる
-Phosphatidyl compounds（ホスファチジル複合体）
phosphatidyl choline(lecthin), phosphatidyl serine, ethanolamine等も細胞膜で重要な役割を担う
Nitrogen（窒素）の代謝
-Amino group transfer reaction（アミノ基転移反応）
amino acid + keto acid－(transaminase enzyme（アミノ基NH2の転移）)→ new amino acid + new keto acid
-Oxidative deamination（酸化的脱アミノ反応）
amino acid－(amino acid oxidase)→α-keto acid + ammonia(NH3)
-Glucogenic amino acid（糖原性アミノ酸）とketogenic amino acid（ケト原性アミノ酸）
*glucogenic amino acid: glycolysis（解糖系）、TCA cycleの中間体となり糖質代謝へ（糖新生に利用）
ex) pyruvate, oxaloacetate, α-ketoglutaric acid（α-ケトグルタル酸）
*ketogenic amino acid: accetyl CoAに転換され脂質代謝に入ったり、ケトン体の合成に関与
-Amino acidの合成
TCA cycle intermediates（中間体）として生成され、他は食事で補う
＜必須アミノ酸＞
* neutral amino acid: valine, leucine, isoleucine, threonine, phenylalanine, tryptophan, methionine
* basic amino acid: histidine, lysine
-Purineの代謝
90%はsalvaged（回収され）、残った10%はdegraded（分解される）
xanthine（キサンチン） + H2O + O2－(xanthine oxidase)→uric acid（尿酸）+ H2O2
-Prineの合成
carbamoyl phosphate（カルバモイルリン酸）, aspartate, glutamine, glycine, CO2, fomyl tetrahydrofolate（ホルミルテトラヒドロ葉酸）から合成される
-Pyrimidineの代謝
Pyrimidine→β-alanine + ammonia + CO2
-Pyrimidineの合成
carbamoyl phosphate, aspartateから合成される
Nitrogen（窒素）の排泄
Nitrogen（窒素）は毒性があるため、urea（尿素）やureic acid（尿酸）として排泄される
回収され、残ったプリン塩基はureic acid（尿酸）として排泄される
-Urea synthesis（尿素）の合成
ammonia(NH3) + CO2 + ATP－(pyridoxal phosphate(VB6) coenzime in urea cycle（尿素回路）)→urea（尿素）
肝臓のミトコンドリア内で起こる
※ ammonia(NH3) + glutamate（グルタミン酸）→glutamine
※ glutamine + CO2 →carbamoyl phosphate（ガルバモイルリン酸）－(urea cycle)→urea
2012年9月7日金曜日
Chapter 8 Functional Group Chemistry and Biochemistry vol.2
Chapter8 今日のメモ☆
前回に引き続きChapter 8のメモ。後半戦はBiochemistry（生化学）の部分。
ここでは糖や脂質、たんぱく質などの基本的なお話。
Amino acids（アミノ酸）
protein(peptide bonds)やenzymeの単量体の単位。自然界ではL体
zwitterion（両イオン分子）
側鎖による分類
- 酸性: aspartic acid, glutamic acid
- 塩基性: arginine, lysine, histamine
- 極性・非イオン性: glycine, serine, cysteine(OH), thereonine(OH),
tyrosine（C6-OH), aspargine(CONH2), glutamine(CONH2)
- 非極性・疎水性: alanine, valine, leucine, isoleucine, phenylalanine, methionine, proline, tryptophan
Carbohydrate（炭水化物／糖）
Monosaccharides
- ribose (aldose) :5(pentose) RNA, NAD, FAD, ATP, VB12
- deoxy ribose (aldose) :5 DNA
- glucose (aldose) :6(hexose) in starch, glycogen, cellulose
- galactose (aldose) : 6 in lactose
- mannose (aldose) : 6 in konjac
- fructose (ketose) : 6 in sucrose
Oligosaccharides
- maltose : 2 x glucose(glycosidic bond)
- lactose : galactose + glucose
- sucros : fructose + glucose
Polysaccharides
- starch (amylose, amylopectin) : glucose
- glicogen : glucose, in liver & muscle
- cellulose : glucose, in plant cell walls
- hyaluronic acid : glucuronic acid + N-acetylglucosamine + N-acetylmuramic acid
- chondroitin sulfate : glucuronic acid + N-acetylgalactosamine
- heparin : glucuronic acid + glucosamine + iduronate, in lung tissue
Pyrimidines and purines（塩基類）
Pyrimidine base
- Cytosine (C) : DNA & RNA
- Uracil (U) : RNA only
- Thymine (T) : DNA only
Prine base ※「あぐっとプリンを食べる」
- Adenine (A) : DNA & RNA
- Guanine (G) : DNA & RNA
Nucleic acid（核酸）
nucleotide(塩基[pyrimidine, purine base]+糖[ribose, deoxyribose]+リン酸）がbuilding block（構成単位）
phosphodiester bonds（ホスホジエステル結合）: 5' & 3'- hydroxy group of pentose
塩基性タンパク質（histone & protamine）やcellular cationに結合
C=G, T=A, U=Aはそれぞれhydrogen boundingで結合
DNA : 遺伝子の本体で遺伝情報をもつ, T(tymine)
RNA種類 : タンパク質合成に関与, U(uracil)
- mRNA : DNAの遺伝情報を転写したmRNAは、
リボソームでタンパク質合成のtemplate（鋳型）となる
- tRNA : アミノアシルAMP（活性化アミノ酸）と結合して、
アミノアシルtRNAとなりアミノ酸をリボソームに運ぶ
- rRNA : リボソームの構成成分。2つのサブユニットからなる（60S, 40S）
Enzyme（酵素）
proteinの一種でcatalyst（触媒）としての役割を果たす
apoenzyme : 非タンパク質性分子(cofactor & coenzyme)と結合して触媒作用を発揮する酵素の、
非タンパク質性分子を除去したタンパク質部分（不活性）
prosthetic group : apoenzymeに非タンパク質性分子が共有結合したもの
coenzyme (or holoenzyme) : apoenzymeに非タンパク質性分子が“非”共有結合した状態で
活性を得たもの
酵素種類
- Oxidoreductase（酸化還元酵素） : dehydrogenase（脱水素酵素）, oxidase, peroxidase
- Transferase
- Hydrolases（加水分解酵素） : proteolytic enzyme, amylase, esterase
- Lyase（脱離酵素） : decarboxylase, deaminase
; removal of functional groups by means other than hydrolysis
- Ligase（合成酵素） : DNA ligase ; binds nucleotides together during DNA synthesis
- Isomerase（異性化酵素） ; change from D to L forms
Today's question
- Enzyme(酵素)の問題
Q: Which of the following terms best describes a cofactor that is firmly bound to an apoenzyme?
(A) Holoenzyme
(B) Prosthetic group
(C) Coenzyme
(D) Transferase
(E) Heteropolysaccharide
A: (B) Prosthetic group
Cofactors that are firmly bound to the protein are known as prosthetic groups, whereas those are actively bound(not firmly) to the protein only during catalysis are referred to as coenzyme.
前回に引き続きChapter 8のメモ。後半戦はBiochemistry（生化学）の部分。
ここでは糖や脂質、たんぱく質などの基本的なお話。
Amino acids（アミノ酸）
protein(peptide bonds)やenzymeの単量体の単位。自然界ではL体
zwitterion（両イオン分子）
側鎖による分類
- 酸性: aspartic acid, glutamic acid
- 塩基性: arginine, lysine, histamine
- 極性・非イオン性: glycine, serine, cysteine(OH), thereonine(OH),
tyrosine（C6-OH), aspargine(CONH2), glutamine(CONH2)
- 非極性・疎水性: alanine, valine, leucine, isoleucine, phenylalanine, methionine, proline, tryptophan
Carbohydrate（炭水化物／糖）
Monosaccharides
- ribose (aldose) :5(pentose) RNA, NAD, FAD, ATP, VB12
- deoxy ribose (aldose) :5 DNA
- glucose (aldose) :6(hexose) in starch, glycogen, cellulose
- galactose (aldose) : 6 in lactose
- mannose (aldose) : 6 in konjac
- fructose (ketose) : 6 in sucrose
Oligosaccharides
- maltose : 2 x glucose(glycosidic bond)
- lactose : galactose + glucose
- sucros : fructose + glucose
Polysaccharides
- starch (amylose, amylopectin) : glucose
- glicogen : glucose, in liver & muscle
- cellulose : glucose, in plant cell walls
- hyaluronic acid : glucuronic acid + N-acetylglucosamine + N-acetylmuramic acid
- chondroitin sulfate : glucuronic acid + N-acetylgalactosamine
- heparin : glucuronic acid + glucosamine + iduronate, in lung tissue
Pyrimidines and purines（塩基類）
Pyrimidine base
- Cytosine (C) : DNA & RNA
- Uracil (U) : RNA only
- Thymine (T) : DNA only
Prine base ※「あぐっとプリンを食べる」
- Adenine (A) : DNA & RNA
- Guanine (G) : DNA & RNA
Nucleic acid（核酸）
nucleotide(塩基[pyrimidine, purine base]+糖[ribose, deoxyribose]+リン酸）がbuilding block（構成単位）
phosphodiester bonds（ホスホジエステル結合）: 5' & 3'- hydroxy group of pentose
塩基性タンパク質（histone & protamine）やcellular cationに結合
C=G, T=A, U=Aはそれぞれhydrogen boundingで結合
DNA : 遺伝子の本体で遺伝情報をもつ, T(tymine)
RNA種類 : タンパク質合成に関与, U(uracil)
- mRNA : DNAの遺伝情報を転写したmRNAは、
リボソームでタンパク質合成のtemplate（鋳型）となる
- tRNA : アミノアシルAMP（活性化アミノ酸）と結合して、
アミノアシルtRNAとなりアミノ酸をリボソームに運ぶ
- rRNA : リボソームの構成成分。2つのサブユニットからなる（60S, 40S）
Enzyme（酵素）
proteinの一種でcatalyst（触媒）としての役割を果たす
apoenzyme : 非タンパク質性分子(cofactor & coenzyme)と結合して触媒作用を発揮する酵素の、
非タンパク質性分子を除去したタンパク質部分（不活性）
prosthetic group : apoenzymeに非タンパク質性分子が共有結合したもの
coenzyme (or holoenzyme) : apoenzymeに非タンパク質性分子が“非”共有結合した状態で
活性を得たもの
酵素種類
- Oxidoreductase（酸化還元酵素） : dehydrogenase（脱水素酵素）, oxidase, peroxidase
- Transferase
- Hydrolases（加水分解酵素） : proteolytic enzyme, amylase, esterase
- Lyase（脱離酵素） : decarboxylase, deaminase
; removal of functional groups by means other than hydrolysis
- Ligase（合成酵素） : DNA ligase ; binds nucleotides together during DNA synthesis
- Isomerase（異性化酵素） ; change from D to L forms
Today's question
- Enzyme(酵素)の問題
Q: Which of the following terms best describes a cofactor that is firmly bound to an apoenzyme?
(A) Holoenzyme
(B) Prosthetic group
(C) Coenzyme
(D) Transferase
(E) Heteropolysaccharide
A: (B) Prosthetic group
Cofactors that are firmly bound to the protein are known as prosthetic groups, whereas those are actively bound(not firmly) to the protein only during catalysis are referred to as coenzyme.
2012年9月6日木曜日
Chapter 8 Functional Group Chemistry and Biochemistry vol.1
Chapter 8今日のメモ☆
Functional Group（官能基）：有機化学系とBiochemistry（生化学）が合わさった内容
長いので二つに分けて、vol.1はFunctional Groupのお話をメインに。
学生の時有機化学はただ覚えるだけだったけれど、実際現場で働くようになってからは構造式を頭に思い描くこともあったり。。。意外と知っていないとだめなのだなぁと反省したこともあった。
今回はおさらいする良い機会。ただ覚えるだけでなく、じっくり理解しながら進められるようにしたいな。
官能基はionization, solubility, reactivity, chemical stability, invivo metabolic stability等に関係する重要な要素。（その他forming specific bondsにも関連）
親水性と親油性
- hydrophilicity（親水性）は水に溶解しやすく、gastrointestinal(GI) tractでも溶解する。
親水基を多く含む薬剤は未変化体のまま排泄されることが多く、代謝を受けにくい。
- lipophilicity（疎水性）は水に溶解しにくいが、脂溶性の高い細胞膜を透過しやすい。
疎水基を多く含む薬剤は、代謝を受けやすい。
- amphoteric drug（両性薬剤）はzwitterion（両イオン分子）を持つため水に溶解しにくい
[例)アンピシリン等]
酸性の官能基
- Carboxylic acid (－C(=O)－OH) :強酸
- β-dicarbonyl ( −C(=O)−C=C−)
- sulfonamide (－S(=O)2－NH－)
- sulfonylurea (－S(=O)2－NH－C(=O)－)
- imide (－C(=O)－NH－C(=O)－)
- tetrazole (－C=N－NH－N＝N）
特性
* hydrophilicity
* ionic, ion-dipole, hydrogen bonds
* Carboxylic acids: esterfied（エステル化）
* Metabolism: conjugation（抱合） w/ glucronic acid, glycine, glutamine
塩基性の官能基
- aliphatic and alicyclic amine (－NH2, －NH－, －N－2) ：強塩基
- aromatic amines (C6－NH2） ：弱い塩基
- aromatic, heterocyclic nitrogen (環状の中にある－N－：quinoline [6員環], indole[5員環])
- imine (環状の－N＝） ：弱い塩基
- hydrazine (－NH－NH2) ：中程度の塩基
- amidine (環状の－N＝C－NH－） ：中程度の塩基
- guanidine (－NH－C(=NH)－NH2) ：比較的強い塩基
特性
* hydrophilicity
* ionic, ion-dipole, hydrogen bonds
* Metabolism
[amine]: oxidative deamination, acetylation, N-oxidation
(conjugation w/glucuronidated, salfated, methylated)
[aromatic amine]: acetylation
[heterocyclic nitrogen]: N-oxidation, N-dealkylation
[imine, hydrazine, amidine, guanidine]: oxidative deamination, acetylation, N-oxidation
その他の親水基
- hydroxyl group (－OH)
* ion-dipole, hydrogen bonds
* esterified（エステル化）
* Metabolism: conjugation w/ glucuronide, sulfate
[Primary -OH]: oxidized to aldehydes and then to carboxylic acid
[Secondary -OH]: oxidized to ketones
- phenol (C6－OH) :どちらかというと中性
- catechol (OH－C6－OH）
* ion-dipole, hydrogen bonds
* [catechol]: air oxidation, oxidation on contact w/ ferric ions
* Metabolism: sulfation, glucuronidation, aromatic hydroxylation, O-methylation
その他の両極性基
- ketone (－C(=O)－)
* lipid soluble
* ion-dipole, hydrogen bond w/ alcohol & certain amines
* Metabolism: very stable but reduction to an alcohol
- ester (－C(=O)－O－)
- amide (－NH－C(=O)－)
- lactone (環状ester)
- lactam (環状amide)
* hydrogen bonds (acceptors)
* Metabolism: ezymatic hydrolysis
[Ester & lactone]: hydrolized to alcohols and carboxylic acids :加水分解されやすい
[lactam]: N-dealkylation
その他の親油基
- alkyl group; saturated hydrocarbon chains, links, rings (－CH2－CH2－・・・)
* van del Waals interactions, hydrophobic bounds
* Metabolism: oxidation
- alken (－C=C－)
* Metabolism: hydration, epoxidation, peroxidation, reduction : alkyl groupより反応性が良い
- aromatic hydrocarbon (C6H6; benzene or C10H8; naphthalen)
* van del Waals interactions, hydrophobic bounds, change-transfer interactions
* Metabolism: oxidation, hydroxylation, epoxidation, diol formation
- ether (－O－)
* dipole-induced dipole interactions, hydrogen-bond acceptor
* Metabolism: O-dealkylation
* risk of explode
- alkyl and aromatic halide (－F,－Cl,－Br,－I)
* "lock" a drug morelcule
* decrese aromatic oxidation
* －F only: hydrogen-bond acceptor
* Metabolism
[aromatic halide]: not normally metabolized
[alkyl halide]: oxidative dehalogenation to form aldehydes
Today's question
- Functional Group(官能基)の問題
Q: Whish of the following functional groups can react with hydrochloric acid to form a salt?
(A) Tertiary amines
(B) Carboxylic acids
(C) Amides
(D) Ethers
(E) Secondary alcohols
A: (A) Tertiary amines
Substances that react with acids to form salts must be bases. Only organic compounds that contain the nitrogen-containing amine group are bases. While amides contain nitrogen, the adjacent carbonyl group decreases the basicity; therefore, they are essentially neutral.
Functional Group（官能基）：有機化学系とBiochemistry（生化学）が合わさった内容
長いので二つに分けて、vol.1はFunctional Groupのお話をメインに。
学生の時有機化学はただ覚えるだけだったけれど、実際現場で働くようになってからは構造式を頭に思い描くこともあったり。。。意外と知っていないとだめなのだなぁと反省したこともあった。
今回はおさらいする良い機会。ただ覚えるだけでなく、じっくり理解しながら進められるようにしたいな。
官能基はionization, solubility, reactivity, chemical stability, invivo metabolic stability等に関係する重要な要素。（その他forming specific bondsにも関連）
親水性と親油性
- hydrophilicity（親水性）は水に溶解しやすく、gastrointestinal(GI) tractでも溶解する。
親水基を多く含む薬剤は未変化体のまま排泄されることが多く、代謝を受けにくい。
- lipophilicity（疎水性）は水に溶解しにくいが、脂溶性の高い細胞膜を透過しやすい。
疎水基を多く含む薬剤は、代謝を受けやすい。
- amphoteric drug（両性薬剤）はzwitterion（両イオン分子）を持つため水に溶解しにくい
[例)アンピシリン等]
酸性の官能基
- Carboxylic acid (－C(=O)－OH) :強酸
- β-dicarbonyl ( −C(=O)−C=C−)
- sulfonamide (－S(=O)2－NH－)
- sulfonylurea (－S(=O)2－NH－C(=O)－)
- imide (－C(=O)－NH－C(=O)－)
- tetrazole (－C=N－NH－N＝N）
特性
* hydrophilicity
* ionic, ion-dipole, hydrogen bonds
* Carboxylic acids: esterfied（エステル化）
* Metabolism: conjugation（抱合） w/ glucronic acid, glycine, glutamine
塩基性の官能基
- aliphatic and alicyclic amine (－NH2, －NH－, －N－2) ：強塩基
- aromatic amines (C6－NH2） ：弱い塩基
- aromatic, heterocyclic nitrogen (環状の中にある－N－：quinoline [6員環], indole[5員環])
- imine (環状の－N＝） ：弱い塩基
- hydrazine (－NH－NH2) ：中程度の塩基
- amidine (環状の－N＝C－NH－） ：中程度の塩基
- guanidine (－NH－C(=NH)－NH2) ：比較的強い塩基
特性
* hydrophilicity
* ionic, ion-dipole, hydrogen bonds
* Metabolism
[amine]: oxidative deamination, acetylation, N-oxidation
(conjugation w/glucuronidated, salfated, methylated)
[aromatic amine]: acetylation
[heterocyclic nitrogen]: N-oxidation, N-dealkylation
[imine, hydrazine, amidine, guanidine]: oxidative deamination, acetylation, N-oxidation
その他の親水基
- hydroxyl group (－OH)
* ion-dipole, hydrogen bonds
* esterified（エステル化）
* Metabolism: conjugation w/ glucuronide, sulfate
[Primary -OH]: oxidized to aldehydes and then to carboxylic acid
[Secondary -OH]: oxidized to ketones
- phenol (C6－OH) :どちらかというと中性
- catechol (OH－C6－OH）
* ion-dipole, hydrogen bonds
* [catechol]: air oxidation, oxidation on contact w/ ferric ions
* Metabolism: sulfation, glucuronidation, aromatic hydroxylation, O-methylation
その他の両極性基
- ketone (－C(=O)－)
* lipid soluble
* ion-dipole, hydrogen bond w/ alcohol & certain amines
* Metabolism: very stable but reduction to an alcohol
- ester (－C(=O)－O－)
- amide (－NH－C(=O)－)
- lactone (環状ester)
- lactam (環状amide)
* hydrogen bonds (acceptors)
* Metabolism: ezymatic hydrolysis
[Ester & lactone]: hydrolized to alcohols and carboxylic acids :加水分解されやすい
[lactam]: N-dealkylation
その他の親油基
- alkyl group; saturated hydrocarbon chains, links, rings (－CH2－CH2－・・・)
* van del Waals interactions, hydrophobic bounds
* Metabolism: oxidation
- alken (－C=C－)
* Metabolism: hydration, epoxidation, peroxidation, reduction : alkyl groupより反応性が良い
- aromatic hydrocarbon (C6H6; benzene or C10H8; naphthalen)
* van del Waals interactions, hydrophobic bounds, change-transfer interactions
* Metabolism: oxidation, hydroxylation, epoxidation, diol formation
- ether (－O－)
* dipole-induced dipole interactions, hydrogen-bond acceptor
* Metabolism: O-dealkylation
* risk of explode
- alkyl and aromatic halide (－F,－Cl,－Br,－I)
* "lock" a drug morelcule
* decrese aromatic oxidation
* －F only: hydrogen-bond acceptor
* Metabolism
[aromatic halide]: not normally metabolized
[alkyl halide]: oxidative dehalogenation to form aldehydes
Today's question
- Functional Group(官能基)の問題
Q: Whish of the following functional groups can react with hydrochloric acid to form a salt?
(A) Tertiary amines
(B) Carboxylic acids
(C) Amides
(D) Ethers
(E) Secondary alcohols
A: (A) Tertiary amines
Substances that react with acids to form salts must be bases. Only organic compounds that contain the nitrogen-containing amine group are bases. While amides contain nitrogen, the adjacent carbonyl group decreases the basicity; therefore, they are essentially neutral.
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