книги из ГПНТБ / Бакасова З.Б. Физико-химические основы получения, свойств, строения новых производных L-глутаминовой кислоты и L-глутамината натрия

ВВ Е Д Е Н И Е

Вдирективах XXIV съезда КПСС по пятилетнему .плану

развития народного хозяйства СССР на 1971 —1975 гг. [101] особое внимание уделено всемерному развитию фундаменталь­ ных и прикладных научных исследований и быстрому внедре­ нию их результатов в народное хозяйство.

В области химических наук по-прежнему остается актуаль­ ной проблема создания новых веществ — соединений, исполь­ зуемых в сельском хозяйстве, легкой и пищевой промышлен­ ности, особенно физиологически активных препаратов для ме­ дицины в целях предупреждения и лечения сердечно-сосуди­ стых и вирусных заболеваний. Основой для создания таких ценных препаратов могут служить аминокислоты в сочетании

смикроэлементами.

Впоследнее время препараты из аминокислот готовят в гармоничном сочетании с микроэлементами, гормонами, вита­ минами, антибиотиками и другими средствами, получившими широкое признание в медицине. Аминокислоты относятся к физиологически активным веществам и составляют главные звенья в строении белка, поэтому исследование их физико-хи­ мических свойств представляет большой теоретический и прак­ тический интерес. L-глутаминовая кислота является структур­ ным элементом белковой молекулы и обладает рядом свойств, позволяющих использовать ее в качестве физиологически ак­ тивного препарата. L-глутаминовая кислота играет важную роль в процессах переаминирования, в синтезе белков и дру­ гих биологически важных соединений.

Значение L-глутаминовой кислоты в живом организме мно­ гообразно. Она является важным средством для обезврежи­ вания аммиака — сильного нервного яда. Это единственная кислота, которая окисляется мозговой тканью. L-глутаминовая кислота выполняет существенную роль в процессе углеводного обмена, особенно в обмене веществ мозга. Она улучшает ди­ намику процессов в коре головного мозга, выводя нервные клетки из длительного застойного торможения, и положитель­ но влияет на окислительно-восстановительный процесс в цент-

ральной нервной системе. Поэтому L-глутамииовая кислота рекомендована Президиумом Ученого Совета Министерства здравоохранения СССР в качестве эффективного биологиче­ ски активного лечебного препарата [13, 23].

Используя целебные свойства L-глутаминовой кислоты, со­ ветские нейропатологи и психиатры стали успешно применять ее при лечении ряда заболевании центральной нервной систе­ мы. В лаборатории аминокислот Института психиатрии Мини­ стерства здравоохранения СССР синтезированы кальциевые и магниевые соли L-глутаминовой кислоты и установлена луч­ шая усвояемость их организмом по сравнению с самой кис­ лотой.

L-глутамнновая кислота служила основой для синтеза важных физиологически активных веществ — фолиевой и фолиновой кислот [22], для получения препарата «глютатион» [23]. Установлено, что L-глутамнновая кислота, кроме лечеб­ ных свойств, обладает и некоторыми защитными действиями, например, предохраняет от Х-лучей [173, 259].

Мононатриевая соль используется в пищевой промышлен­ ности как консервант, обеспечивающий сохранение продуктов и их питательных качеств.

Систематические исследования, проведенные А. Л. Андрее­ вым н другими [12, 13, 14] по изучению терапевтических свойств L-глутаминовой кислоты, показали, что различные ее производные усваиваются организмом неодинаково. Эффек­ тивность действия солей в качестве лечебных препаратов объясняется различным строением комплексных соединений L-глутаминовой кислоты и соответствующих катионов.

Несмотря на большое значение L-глутаминовой кислоты, ее мононатрпевые соли в физико-химическом отношении изучены недостаточно, особенно их реакции с солями микроэлементов.

Катионные части минеральных солей не только входят в состав структурных элементов клеток и тканей, но и участву­ ют во многих процессах обмена между клетками и межклеточ­ ной жидкостью, оказывая влияние на направление и поддер­ жание на определенном уровне осмотического давления, а так­ же на рН крови, лимфы.

Многие катионы из элементов четвертого переходного пе­ риода входят в виде соединений в состав белков, ферментов, гормонов и активно участвуют в регулировании важнейших биохимических процессов, протекающих в организме [73].

В исследованиях Чанг-Е-сия и других [175, 261] методами потенциометрии и фотометрии было установлено образование двойных соединений L-глутаминовой кислоты с кобальтом в водных растворах.

ствующим кроветворным процессам в организме [22].

Из литературных источников известно, что L-глутаминовая кислота обладает хорошей комилексообразующей способно­ стью [199] и образует с рядом солеи сложные соединения. Ис­ следование этих соединений позволяет выяснить характер комплексообразования, установить место связи L-глутамино- вой кислоты и особенно L-глутамииата натрия с различными катионами. Однако эти важные в теоретическом и практиче­ ском отношении вопросы освещены недостаточно. Почти со­ вершенно отсутствуют сведения о химических реакциях кисло­ ты и L-глутамппата натрия с хлоридами и гидроокисями ще­ лочных, щелочноземельных металлов и двухвалентных эле­ ментов четвертого переходного периода таблицы Д. И. Менде­ леева. На наш взгляд, изучение реакции образования новых комплексов, их свойств п строения является одной из перво­ очередных задач. Нами исследовалось химическое взаимодей­ ствие L-глутаминовой кислоты, L-глутамината натрия с хло­ ридами кальция, магния, стронция, бария, кобальта, никеля, марганца, цинка, меди н железа в водных растворах при 25 и 30°С.

Впервые в качестве основного компонента при изучении этих реакций нами была применена хорошорастворимая и реакционноспособная .мононатриевая соль — L-глутаминат натрия. Согласно данным физико-химических диаграмм, методом растворимости выявлено образование двух но­ вых типов химических соединений: дпнатрийдиглутаминатов Me--(NaC5H7 04 N)2 и глутамипатов Me-.-CsHzC^N, где Me-- — кальций, магний, стронций, барий, кобальт, никель, марганец, медь, цинк и железо.

таллов и образуют L-глутаминаты с выделением в жидкую фа­ зу хлорида натрия.

ляющие одновременно проследить за химическим процессом в жидких и твердых фазах.

Изучены физико-химические свойства металлопроизводных L-глутамнновоіі кислоты: плотность, удельный и молеку­ лярный объемы, растворимость в воде и органических раство­ рителях, термическая устойчивость; определены показатели преломления, угол удельного вращения, сняты микрофотогра­ фии кристаллов, ПК-спектры и проведен рентгенофазовып анализ.

Совокупность полученных данных о физико-химических свойствах новых производных L-гдутампновой кислоты пока­ зывает, что каждое соединение как химический индивид имеет своп собственные константы.

Дпнатрийдиглутампнаты и моноглутамииаты меди прошли экспериментальную проверку на физиологическую активность в Институте физиологии и экспериментальной патологии высо­ когорья Академии наук Киргизской ССР, где была установле­ на биологическая эффективность этих препаратов при лечении заболеваний, связанных с нарушением центральной нервной системы.

Синтезированные новые производные могут найти приме­ нение не только в фармацевтическом производстве, но и могут использоваться в химической, пищевой, легкой и других отрас­ лях промышленности.

принято считать 20 аминокислот, в том числе и глутаминовую кислоту. Все аминокислоты содержат асимметрические атомы углерода, связанные с группами —СООН, — N H 2 и радикалом

необходимое равновесие аминокислот, при котором с наиболь­

организмов синтез кислоты связан с аминированием т -кето- глутаровой кислоты. В работе приводится сводная таблица превращении глутаминовой кислоты в организме и указаны новейшие данные по биохимическим взаимосвязям и превра­ щениям аминокислот, встречающихся в природе.

Фундаментальные исследования структуры белков, физи­ ко-химических свойств, биологических особенностей, механиз­ ма образования, природы функций, в том числе и содержания, значения L-глутаминовой кислоты в растительных и животных организмах обобщены в работах Г. Нейрата, К. Бэйли [171], Ф. Гауровитц [85]. Ими доказано, что аминокислоты содержат ио одной незаряженной кислотной и катионнон группе. Это позволяет кислотам находиться в водных растворах в виде диполярных ионов [171].

L-глутаминовая кислота как составная часть белков была открыта Риттхаузеном в 1866 г. из гпдролизатов клейковины эндосперма пшеницы и белка глютенфибрина. Она обнаруже­ на во многих пищевых продуктах, таких, как пшеница, кукуру­

зительно 1/3 всего количества аминокислот в плазме крови. До 80% азота в мозгу приходится на долю а минного азота

L-глутаминовой кислоты и ее амида; концентрации их в го­ ловном мозгу значительно больше, чем в большинстве других тканей, и примерно в 15 раз выше, чем в сыворотке крови [115].

Структурная формула L-глутаминовой кислоты была пред­

как и другие, характеризуется хорошей устойчивостью при обычных условиях, относительно высокими температурами плавления и разложения [59, 90, 93, 135, 152, 269]. Следует за­ метить, что относительно точки плавления этой кислоты суще­ ствуют весьма разноречивые сведения. Одни ученые указы­ вают, что температура плавления лежит в интервале 187—225° [67]; другие нашли, что при быстром нагревании кислота пла­ вится при 206—213 [235, 236]; некоторые авторы считают, что плавление происходит при 222—225° [1, 116]. Для глутамино­ вой кислоты обнаружены две модификации: а- и 6-формы.

L-глутаминовая кислота, как показано опытами, легко окисляется кислородом в присутствии катализатора (адрена­ лина). Конечными продуктами окисления являются формаль­ дегид, аммиак, углекислый газ [42]. При окислении двухромовбкислым калием, перманганатом в серной кислоте или пере-

кисыо водорода получены янтарная кислота, аммиак и угле­ кислый газ [215].

L-глутаминовая кислота по своей стереохимической конфи­ гурации (у а-углеродного атома) принадлежит к L-ряду [61]. Именно эта форма главным образом ассимилируется челове­ ческим и животным организмами. Физиологическое значение и обмен в организме L- и D-глутаминовых кислот совершенно различны. D-кислота не усваивается животными и растения­ ми, поскольку ферментные системы их селективно приспособ­ лены к L-глутаминовой кислоте [115]. По вкусу можно отли­ чить оптические антиподы L-глутаминовой кислоты. L-форма обладает слабокислым мясным вкусом, в то время как D-глу- гаминовая кислота безвкусная, в природе имеет крайне огра­ ниченное распространение. D-глутаминовая кислота, найден­ ная лишь в капсульном веществе некоторых бацилл — Bacillus anthracis, Iactobacillus arabinosis, состоит из остатков D-изо- мера, которые получаются расщеплением рацемической смеси из D- и L-глутаминовых кислот [47, 56, 61, 250, 273, 274].

Ф. Когель [129] обнаружил D-глутаминовую кислоту в гидролизате белка, взятого из ткани с опухолью, и предположил, что она является характерным фактором, вызывающим опу­ холь. Это предположение позднее не подтвердилось, так как фермент оксидаза предохраняет своим действием организм от

с = 8 , 7 7 А , z = 4.

Последовательное изуче­ ние кристаллической струк­ туры L-глутаминовой кисло­ ты начато в 1952 г. Б. Даусоном и др. [94]. Необходимые для исследования кристаллы выращивались из солянокис­