Біоорганічна хімія

БІО­ОРГАНІ́ЧНА ХІ́МІЯ — роз­діл органічної хімії, що ви­вчає структуру, властивості, біо­логічні функції, молекулярні механізми дії найважливіших компонентів живої матерії, лікарських засобів, пестицидів та інших біо­логічно активних речовин. Поряд із біохімією, біофізикою й молекулярною біо­логією Б. х. складає комплекс наук — фіз.-хім. біо­логію, яка ви­вчає фіз.-хім. основи процесів жит­тєдіяльності. Обʼєкти Б. х.: білки, нуклеїнові кислоти, амінокислоти, пептиди, нуклеотиди, ліпіди, вуглеводи, нуклео­протеїди, гліко­протеїни, алкалоїди, вітаміни, стероїди, терпени, простагландини та тромбоксани, лейкотриєни, антибіо­тики, пестициди, токсини й отрути, феромони, лікар. засоби та ін. біо­логічно активні речовини. Б. х. за­стосовує практично всі сучасні методи виділе­н­ня, тонкого орган. синтезу, очище­н­ня, фіз., фіз.-хім. та хім. методи ви­значе­н­ня структури речовин, матем. методи, способи й методи дослідже­н­ня поведінки речовин у живих системах. Результати досліджень у галузі Б. х. є основою для створе­н­ня біо­технологій, біо­логічно актив. речовин для медицини та с. господарства, принципово нових рішень у техніці та енергетиці.

Становле­н­ня Б. х. як галузі науки від­булося в серед. 20 ст. на основі досліджень у галузі орган. хімії та хімії природ. сполук, біо­хімії, молекуляр. біо­логії. Здавна живі організми використовують як джерело корисних для людини речовин (барвників, ліків тощо). Пів­тори тис. років до н. е. єгиптяни виділяли з листя індигофери чудовий барвник індиго, а фінікійці з пурпур. равликів отримували славнозвіс. антич. пурпур. У Стародав. Китаї, Індії, Єгипті, Греції в медицині використовували ліки, які добували гол. чином із рослин. У Київ. Русі досягнуто високої культури отрима­н­ня й за­стосува­н­ня ліків рослин. походже­н­ня. Ві­домий учений і просвітник епохи Від­родже­н­ня Т. Парацельс був засн. ятрохімії — галузі хімії й медицини, осн. зав­да­н­ням якої вважалося створе­н­ня ліків. На основі ятрохімії на поч. 20 ст. сформувалася як наука фармацевтика, а згодом — мед. хімія. У 18 ст. набуває роз­витку хімія природ. сполук. 1775–85 швед. хімік К. Шеєле виділив сечову, молочну, винну, лимон­ну, щавлеву, а згодом — і галову кислоти. Рос. учений Т. Ловиць у 1788–92 отримав кри­сталічну глюкозу і вперше за­стосував деревне вугі­л­ля для очище­н­ня рідин. На поч. 19 ст. здобуто морфін з опіуму (Ф. Сертюрнер), першу амінокислоту аспарагін (Л. Воклен і П. Робіке). Від­кри­т­тя гліцину й виділе­н­ня білків із тканин рослин і тварин повʼязані з імʼям франц. хіміка А. Бракон­но. Засн. хіміотерапії називають П. Ерліха, який заклав основи вче­н­ня про рецептори й був винахідником сальварсану та неосальварсану, препаратів проти збудника сифілісу — блідої спірохети. На поч. 20 ст. виготовлено перші сульфамідні препарати, протимікробні властивості яких від­крив Ґ. Домаґк (1935). Справжню революцію в хіміотерапії інфекц. захворювань викликало від­кри­т­тя у 1929 А. Флемінґом антибіо­тиків і створе­н­ня потому числен. антибіот. препаратів. На поч. 20 ст. виникла хімія біо­полімерів (білків, поліпептидів, нуклеїн. кислот, полісахаридів та ін.), що стала осн. напрямом у Б. х. Роз­виток методів синтезу і зʼясува­н­ня структури біо­полімерів сприяли величезному при­множен­ню досліджень і, від­повід­но, наук. від­крит­тів. У 1958 С. Мур і В. Стайн створили амінокислот. каталізатор, а 1962 Р. Мерифілд роз­робив метод твердофазного синтезу пептидів, який дав змогу автоматизувати також процес синтезу склад. молекул. У 50-і рр. 20 ст. хімія природ. сполук досліджує гол. чином звʼязок між структурою найважливіших речовин живих організмів та їхньою функцією. Досягне­н­ня Б. х. в цей період (від­кри­т­тя амінокислот. послідовності інсуліну, Ф. Сенґер; синтез хлорофілу та вітаміну В12, Р. Вудворд) дали змогу ви­окремити її як одну з галузей органіч. хімії. Найважл. значе­н­ня для фіз.-хім. біо­логії мало роз­шифрува­н­ня структури ДНК, встановле­н­ня принципів генет. кодува­н­ня, структури числен. біо­полімерів та ін. склад. біо­молекул, від­кри­т­тя механізмів пере­дава­н­ня нерв. імпульсів, структури й функцій біо­мем­бран та їхніх компонентів й багато ін. винаходів і досягнень.

Вагомий внесок у роз­виток Б. х. зробили укр. вчені. 1987 створ. Ін­ститут біо­орган. хімії АН УРСР (нині Біо­органічної хімії та нафтохімії ін­ститут НАНУ). В Ін­ституті проводять дослідже­н­ня в галузі хімії білково-пептид. фрагментів, низькомолекуляр. біо­регуляторів, біо­логічно актив. сполук різного походже­н­ня, роз­робляють і досліджують хім. моделі біол. процесів (В. Кухар, О. Ясников, Б. Драч, О. Луйк). Результати фундам. досліджень утілені в числен. практ. роз­робках Ін­ституту. Регулятори росту та роз­витку рослин (івін, потейтин, емістим-С, агростимулін, бетастимулін, зеастимулін, люцис), а також перший пестицид укр. виробництва сульфокарбатіон-К широко використовуються в с. госп-ві України та країн СНД; препарат «Пропес» за­стосовується при лікуван­ні онкол. захворювань, під­готовлено до виробництва цереброкурин — ефектив. засіб терапії патологій ЦНС; завершуються ви­пробува­н­ня кількох препаратів для лікува­н­ня серц.-судин. хвороб.

Дослідже­н­ня в галузі Б. х. є одним із осн. напрямів діяльності Фізико-хімічного ін­ституту імені О. Богатського НАНУ (Одеса; С. Андронаті, М. Лукʼяненко, М. Головенко, Т. Давиденко). Осн. мета досліджень Ін­ституту — роз­робле­н­ня стратегії спрямованого отрима­н­ня біо­регуляторів та ін. біо­логічно актив. сполук, макроцикліч. комплексонів і фермент. препаратів на основі дослідже­н­ня молекуляр. механізмів дії подіб. речовин і встановле­н­ня звʼязку між їхньою структурою, механізмом дії та властивостями. Практичною реалізацією результатів фундам. досліджень стала організація виробництва макроцикліч. комплексонів, створе­н­ня й організація пром. виробництва лікар. препаратів: першого в СРСР високоефектив. транквілізатора, протисудом. і снодій. засобу феназепаму, селектив. (ден­ного) транквілізатора гідазепаму, противірус. препарату широкого спектра дії, індуктора інтерферону аміксину.

Вагомий внесок у роз­виток Б. х. зробили вчені й фахівці Органічної хімії ін­ституту НАНУ (Київ). Ще у 50-і рр. 20 ст. Є. Шилов досліджував динаміку утворе­н­ня каучуку й каротину в коксагизі. Він зі своїми спів­роб. (О. Ясниковим, Н. Волковою та ін.) роз­крив механізми каталізу амінокислотами й діамінами реакцій карбоніл. сполук і механізм дії альдолази. Від 1960 в Ін­ституті досліджували різноманітні хім. пере­творе­н­ня піримідинів і шляхи їх синтезу (В. Черкасов). Синтезовано різні цитокініни, ви­вчено звʼязок між їхньою будовою та механізмом дії. Л. Марковський спільно зі спів­роб. отримав оригін. ефективні комплексони — фосфориловані каліксарени. В лаб. Ін­ституту одержано перший синтетич. ментол, α-токоферолацетат (вітамін Е), крово­спин. препарат — ε-амінока­пронову кислоту, створ. про­гресивні технології синтезу антибіо­тика левоміцетину та низки три­йодов. рентґеноконтраст. засобів. Роз­роблено нові антимікробні й противірусні засоби: етоній (спільно з Чернів. мед. ін­ститутом), ломаден, декаметоксин, дейтифорин. Створ. ефектив. гіпотензивний препарат форидон (спільно з Ін­ститутом орган. синтезу Латв. АН), низку оригін. засобів регуляції гемодинаміки. У практику охорони здоровʼя впроваджено оригін. антигіпоксант з психостимулювал. активністю — бемітил. За­пропоновано для клін. викори­ста­н­ня акто­протектор з церебро­протектор. властивостями — томерзол. Створено вітчизн. антиде­пресант широкого спектра дії — бефол, який за­стосовують для лікува­н­ня де­пресій різної природи, високо­актив. крово­спин. і антимікроб. препарат «амбен», який можна використовувати й для лікува­н­ня туберкульозу, інфекц. гепатиту й виразк. коліту; здійснюють роботи з цілеспрямов. синтезу та ви­вче­н­ня нових екологічно без­печних, малотоксич. хім. засобів захисту рослин і речовин, які регулюють ріст. У різні роки були створені: інсектицид авенін для боротьби з буряк. довгоносиком, гербіцид трефлан для боротьби з бурʼянами овочевих культур. Про­йшли держ. ви­пробува­н­ня й рекомендовані для за­стосува­н­ня у с. госп-ві препарати декс­трел (при­скоре­н­ня до­зріва­н­ня томатів), декс­трамін-Н (вирощува­н­ня роз­сади томатів) та препарати для під­вище­н­ня врожайності: триамелон (для овоч. і баштан. культур), фарбизол (для картоплі та кукурудзи), симарп (для картоплі, озимої пшениці та ячменю), ретам (для зерн. культур), ди­прол (для цукр. буряків, плодово-ягід. культур, соняшника), ренін (для цукр. буряків).

Різноманітні біо­логічно активні сполуки синтезовані та досліджені в Фізико-органічної хімії і вуглехімії ін­ституті ім. Л. Литвиненка НАНУ (Донецьк). Серед них похідні імідазо-[4,5-С]піридину, які мають анальгетичні, антигіпертензивні, гіпотензивні, противірусні та антимікробні властивості (Ю. Ютілов). Пер­спектив. психофармакол. засоби виявлені серед похідних b-каболіну. Антиамнестич. засіб карбацетам (І. Комісаров, В. Дуленко) до­зволено ви­пробовувати клінічно. С. Серебряний роз­шифрував первин­ну структуру білка тіл включень вірусу ядерного поліедрозу тутового шовкопряда, дослідив природу тонкої специфічності тромбіну — ферменту системи зсі­да­н­ня крові. В Ін­ституті також ви­вчали про­блеми синтезу та біол. активності аномал. нуклеозидів (В. Чернецький). Дослідже­н­ня біо­логічно актив. речовин здійснюють також в Ін­ституті фіз. хімії, ін­ститутах хімії високомолекуляр. сполук та хімії поверх­ні НАНУ.

1963 для під­готовки спеціалістів з Б. х. та хімії природ. сполук при каф. орган. хімії Київ. університету від­крито спеціалізацію «Хімія природних сполук», де ви­вчають важливий клас природ. сполук — флавоноїди. Дослідже­н­ня під керівництвом В. Хилі були спрямовані на пошук методів синтезу аналогів природ. флавоноїдів та ізофлавоноїдів, особливо модифікованих гетероцикліч. залишками. Модифікува­н­ня здійснювалося шляхом заміни в класич. структурі флавону або ізофлавону арильного замісника на гетероциклічний. Роз­роблено методи синтезу флавоноїдів та ізофлавоноїдів, модифіков. гетерозалишками фурану, бензофурану, тіазолу, бензтіазолу, піразолу, тіадіазолу, триазолу, піридину, хіноліну, імідазолу, бензімідазолу, бенздіоксолу, бенздіоксану, бенздіоксепану та ін., заміщених кумаринів і конденсов. гетероцикліч. сполук з хромоновим фрагментом. Ви­вче­н­ня біол. дії нових гетероцикліч. систем від­крило можливості створе­н­ня пер­спективних препаратів для лікува­н­ня цукр. діабету, атеро­склерозу, хвороб печінки, імуностимуляторів та анаболіків. Завершено доклінічні дослідже­н­ня двох найпер­спективніших препаратів: «ФЛ-19» — анти­склерот. дії та «адіахрому» — антидіабет. дії. Роз­роблено числен­ні методи фукціоналізації флавоноїдів та ізофлавоноїдів, виявлено реакції рециклізації 3-гетарилхромонів під дією нуклеофіл. агентів, що призводять до біо­логічно актив. похідних піразолу, ізоксазолу, піримідину, які дуже важко отримати ін. методами. Числен­ні аналоги флаволі­гнанів синтезував і дослідив А. Айтмамбетов. Досконально зʼясовано стереохім. особливості модифіков. флавоноїдів та ізофлавоноїдів, їхню хіральність і спектри ЯМР, проведено конформаційний аналіз багатьох синтезов. сполук. В Одес. університеті здійснюють різноманітні роз­відки в галузі хімії порфіринів. З. Жиліна роз­робила нові методи функціоналізації похідних порфіринів, спо­стерігала каталітичні властивості одержаних речовин. В Одес. технол. ін­ституті харчової промисловості важливі результати в галузі хімії геміцелюлоз одержав разом зі спів­роб. М. Дудкін. Нині роз­робки цього наук. центру в галузі Б. х. повʼязані зі створе­н­ням і дослідже­н­ням харч. і корм. домішок (Н. Черно). Інтенсив. пошук і ви­вче­н­ня природ. і синтетич. біо­логічно актив. речовин, роз­робле­н­ня нових лікар. препаратів здійснюють у наук. центрах Харкова: в Держ. наук. центрі лікар. засобів (В. Георгієвський та ін.), в Нац. фармацевт. університеті (В. Черних та ін.). В гол. фармакол. центрі України — Ін­ституті фармакології й токсикології АМНУ, у Нац. мед. університеті в Києві ви­вчають біо­логічно активні речовини й лікар. засоби. Ві­домими центрами України зі створе­н­ня та дослідже­н­ня біо­логічно актив. речовин є Львів. і Запоріз. мед. університети. Авторитетні ви­да­н­ня, що публікують найважливіші результати досліджень у галузі Б. х.: «Bioorganic and Medicinal Chemistry», «Bioorganic and Medicinal Chemistry Letters», «Journal of Peptide Science», «Journal of Molecular Recognition» (усі — Велика Британія), «Biochemistry», «Journal of Biochemistry», «Journal of Medicinal Chemistry» (усі — США), «Биоорганическая химия» (РФ).

Літ.: Кочетков Н. К., Торгов И. В., Ботвин­ник М. М. Химия природных соединений. Москва, 1961; Химия биологически активных природных соединений. Москва, 1976; Развитие органической химии на Украине. К., 1979; Овчин­ников Ю. А. Биоорганическая химия. Москва, 1987; Кухарь В. П., Луйк А. И., Можелевич С. Е. и др. Химия биорегуляторных процес­сов. К., 1991; Наукові основи роз­робки лікарських препаратів. Х., 1998.

С. А. Андронаті

Завантажити статтю