Chcesz więcej?

poniedziałek, 3 sierpnia 2015

Antybiotyki

Antybiotyki to produkty metabolizmu bakterii, promieniowców i grzybów działające toksycznie na inne drobnoustroje. Ich odkrywcą jest szkocki lekarz i mikrobiolog Alexander Fleming, który w 1929 roku zaobserwował hamujący wpływ pleśni pędzlaka (Penicillium notatum, obecna nazwa Penicillium chrysogenum) na hodowlę bakterii gronkowca złocistego (Staphylococcus aures). Znaczące ilości penicyliny uzyskali Howard W. Florey i Ernst B. Chain. W 1941 roku do lecznictwa wprowadzono pierwszy antybiotyk, była to penicylina wyizolowana z pędzlaka. W późniejszych latach otrzymano wiele antybiotyków naturalnych wyizolowanych z hodowli różnych drobnoustrojów, np. streptomycynę (zastosowana po raz pierwszy w 1944 do zwalczania gruźlicy), tetracyklinę, gramicydynę, chloromycetynę, tyrotrycynę. Obecnie oprócz antybiotyków naturalnych stosuje się antybiotyki syntetyczne oraz półsyntetyczne, otrzymywane wskutek chemicznych modyfikacji antybiotyków naturalnych.
Penicillium notatum.

Możemy wyróżnić antybiotyki posiadające szerokie lub wąskie spektrum działania. Bakterie możemy podzielić na dwie grupy. Metodą różnicującą bakterie jest barwienie metodą Grama, w której na utrwalone (zabite i przyklejone np. wysoką temperaturą) na szkiełku bakterie działa się kolejno dwoma barwnikami - fioletem krystalicznym i fuksyną lub safraniną oraz tzw. zaprawą, w której skład wchodzi jod w roztworze jodku potasu (płyn Lugola). Bakterie Gram-dodatnie, potraktowane fioletem i zaprawą, zatrzymują zabarwienie, pomimo odbarwienia etanolem. Bakterie Gram-ujemne pod wpływem etanolu odbarwiają się, a następnie po spłukaniu wodą przyjmują drugi barwnik - fuksynę. Antybiotyki o szerokim spektrum działania mogą hamować rozwój obu typów bakterii. Bakterie Gram-dodatnie mają prostszą ścianę komórkową niż szczepy Gram-ujemne, dzięki czemu są wrażliwe na antybiotyki o wąskim spektrum działania, które są mniej toksyczne.
Bakterie Gram-dodatnie.

Bakterie Gram-ujemne.

Antybiotyki beta-laktamowe

Różne rodzaje penicylin produkuje się przez fermentacje Penicillium chrysogenum w obecności różnych pożywek. 
Ogólny wzór penicylin.

Penicylina G (benzylopenicylina) dominuje, kiedy w podłożu hodowlanym znajduje się dużo kwasu fenylooctowego.
Penicylina G.
Kiedy do pożywki dodaje się kwas fenoksyoctowy powstaje penicylina V (fenoksymetylopenicylina).

Penicylina V.
Penicyliny półsyntetyczne, takie jak ampicylina i amoksycylina, produkuje się przez zastąpienie grup chemicznych w aromatycznym łańcuchu bocznym, penicylin uzyskanych biosyntetycznie.

Ampicylina.




Amoksycylina.
Wszystkie penicyliny to beta-laktamy (wewnątrzcząsteczkowe amidy) mające ten sam mechanizm działania: zatrzymują biosyntezę ściany komórkowej.

Pierścień beta-laktamowy.

Ściany komórek bakteryjnych różnią się od ścian komórek ssaków, są zatem atrakcyjnym celem dla antybiotyków. Ściany komórek bakteryjnych zawierają receptory beta-laktamowe, znane jako białka wiążące penicylinę (PBPs). Antybiotyki beta-laktamowe blokują aktywność PBPs i zapobiegają rozwojowi i naprawie ściany komórkowej. Powszechne użycie penicyliny prowadzi do odporności bakterii na ten antybiotyk. Z powodu szybkiego rozmnażania się bakterii, szczepy ewoluują wytwarzając beta-laktamazy, enzymy hydrolizujące wiązanie beta-laktamowe w cząsteczce antybiotyku beta-laktamowego, zanim przyłączy się do receptorów w ścianie komórkowej. W rezultacie, lekarze czasami przypisują, pacjentom  leczonym penicyliną, inhibitory beta-laktamazy, aby przechytrzyć bakterie.

Inną ważną grupą antybiotyków beta-laktamowych o szerokim zakresie działania są cefalosporyny (pochodne kwasu 7-aminocefalosporynowego). Cefalosporyny pierwotnie były izolowane z kultur Cephalosporium acremonium. Cefaleksyna (Keflex) jest półsyntetyczną cefalosporyną, często stosowaną w infekcjach ucha lub skóry.
Cefaleksyna.

Antybiotyki zatrzymujące syntezę białek


W 1947 roku z produktów bakterii Streptomyces venezuelae wyizolowano chloramfenikol. Jest to czynnik bakteriostatyczny o szerokim zakresie działania, który zakłóca syntezę białek, wiążąc się do rybosomów bakteryjnych. Z powodu toksyczności, użycie chloramfenikolu jest ograniczone. Hamuje on enzymy wątrobowe i produkcję czerwonych krwinek. Jest jednak stosowany w przypadku zakażenia spojówek i rogówki wywołanego przez drobnoustroje wrażliwe na chloramfenikol oraz ropnych zakażeń skóry opornych na leczenie innymi antybiotykami.

Chloramfenikol.


Aminoglikozydy to aminocukry, które są antybiotykami o szerokim spektrum działania. Streptomycyna, wyizolowana z Streptomyces griseus, była pierwszym odkrytym antybiotykiem tego typu. Chociaż początkowo okazała się skuteczna przeciwko bakteriom Gram-ujemnym, bakterie szybko uodparniały się na nią, co ograniczyło jej użycie i dziś zazwyczaj jest stosowana razem z innymi antybiotykami.
Streptomycyna.
Neomycyna produkowana przez Streptomyces fradiae jest antybiotykiem o szerokim zakresie działania. Jednak z powodu niekorzystnego działania na nerki i uszy, jej użycie jest ograniczone do aplikacji miejscowych, często w kombinacji z innymi antybiotykami i kortykosteroidami.
Neomycyna.

W 1952 roku z Streptomyces erythraeus wyizolowano erytromycynę. Erytromycyny to antybiotyki makrolidowe, które zawierają 12-, 14- lub 16-członowy rdzeń laktonowy (cykliczny ester).

14-członowy lakton.

Erytromycyna A, główny produkt fermentacji S.erythraea, jest makrolidem o 14-członowym pierścieniu, który jest używany przez chemików jako podstawa do syntezy innych antybiotyków.

Erytromycyna A
Półsyntetyczne makrolidy są często używane, ponieważ mogą być podawane doustnie i mają stosunkowo niską toksyczność. Zazwyczaj podaje się je w przypadku infekcji dróg oddechowych, Legionelozy, pozaszpitalnego zapalenia płuc oraz kiedy pacjent jest uczulony na penicylinę. Jednym z najczęściej używanych antybiotyków makrolidowych uzyskiwanych z erytromycyny A jest azytromycyna.

Azytromycyna.
Odporność bakterii na makrolidy związana jest z mutacją rybosomalnego RNA, co zapobiega wiązaniu się cząsteczek antybiotyku.

W późnych latach 40. XX wieku i wczesnych 50. wyizolowano serię antybiotyków tetracyklinowych ze szczepów promieniowca Streptomyces aureofaciens. Wszystkie tetracykliny zawierają cztery 6-członowe pierścienie. Antybiotyki te wiążą się do rybosomów bakteryjnych i zakłócają produkcję białek. Niestety, częste użycie tetracyklin doprowadziło do odporności niektórych szczepów, która występuje kiedy bakterie wytworzą białka, które zapobiegają wiązaniu się cząsteczek antybiotyku lub wyprodukują enzymy dezaktywujące tetracykliny.

Podstawowa struktura tetracyklin.

 J. J. Lagowski, Chemistry: Foundations and Applications, Macmillan Reference USA; 1 edition (February 20, 2004).
Andrzej Czubaj, Encyklopedia szkolna WSIP. Biologia, Wydawnictwo Szkolne i Pedagogiczne Spółka Akcyjna, Warszawa 2005.
http://www.doz.pl/leki/p592-Detreomycyna
http://www.doz.pl/leki/p121-Cusi_Chloramphenicol

Rysunki:
http://www.sciencephoto.com/media/13305/view
https://pl.wikipedia.org/wiki/Bakterie_Gram-dodatnie#/media/File:Gram_Stain_Anthrax.jpg.
https://pl.wikipedia.org/wiki/Bakterie_Gram-ujemne#/media/File:Pseudomonas_aeruginosa_Gram.jpg.
"Penicillin-core" autorstwa Cacycle - Praca własna. Licencja Domena publiczna na podstawie Wikimedia Commons.
"Penicillin-G" autorstwa Cacycle - Praca własna. Licencja Domena publiczna na podstawie Wikimedia Commons.
"Penicillin-V-2D-skeletal" autorstwa Benjah-bmm27 - Praca własna. Licencja Domena publiczna na podstawie Wikimedia Commons.
"Ampicillin structure" autorstwa User:Mysid - Self-made in BKChem, scaled in perl + vim.. Licencja Domena publiczna na podstawie Wikimedia Commons.
"Amoxicillin-2D-skeletal". Licencja: Domena publiczna na podstawie Wikimedia Commons.
"Beta-lactam" by Lhynard at engelsk Wikipedia - Eget arbejde. Licensed under Public Domain via Wikimedia Commons.
"Cefalexin" autorstwa Fvasconcellos (dyskusja · edycje) - Praca własna. Licencja Domena publiczna na podstawie Wikimedia Commons.
"Chloramphenicol-2D-skeletal". Licencja: Domena publiczna na podstawie Wikimedia Commons.
"Neomycin". Licencja: Domena publiczna na podstawie Wikimedia Commons.
http://www.guidetopharmacology.org/GRAC/LigandDisplayForward?ligandId=1456.
"Azithromycin structure" autorstwa Yikrazuul - Praca własna. Licencja Domena publiczna na podstawie Wikimedia Commons.
dodajdo.com

poniedziałek, 27 lipca 2015

Kosmetyki: róż do policzków

Kobiety w starożytnej Grecji i Rzymie stosowały naturalnie występujące czerwone pigmenty takie jak ochra, morszczyn, cynober, henna, czerwień szafranowa oraz koszenila, jako róż do policzków. We wczesnej Europie używano brazylijskiej sekwoi bezpośrednio po uzyskaniu dostępu do zasobów półkuli zachodniej, a do wczesnych lat 20. XX wieku stosowano również minię ołowianą ( Pb3O4).

minia ołowiana

Chociaż pierwsze róże do policzków miały postać smarowidła, to współczesne techniki pozwalają na uzyskanie wielu form, np. ciekłe zawiesiny, zemulgowane kremy i płynne preparaty o mlecznej konsystencji, kremy pozbawione wody, uwodnione i nieuwodnione żele. Obecnie, najbardziej popularny na rynku jest róż prasowany z powodu matowego wykończenia po aplikacji i dużej trwałości.

Głównymi fazami prasowanych róży do policzków są: faza proszku i faza spoiwa (lub olejowa). Faza proszku zawiera składniki takie jak: wypełniacze mineralne w proszku (krzemian magnezu), mika (glinokrzemian magnezu), serycyt (forma uwodnionej miki) i kaolin (znany jako glinka porcelanowa). Talk jest najbardziej popularnym ze wszystkich wypełniaczy i w zależności od rozmiaru cząstek może być praktycznie przezroczysty, a na dodatek jest bardzo miękki w dotyku. Chociaż w dużej ilości używana jest również mika z uwagi na jej przezroczystość i gładką teksturę, to po aplikacji na skórę błyszczy się. Suche spoiwa są zazwyczaj używane w celu zachowania formy sprasowanego proszku. Do tej grupy związków należą mydła metaliczne takie jak stearynian cynku i magnezu, i materiały polimerowe np. polietylen. W fazie suchego proszku w różu do policzków występują również barwniki: karmin (główny składnik to kwas karminowy, czerwony), ditlenek tytanu, tlenek żelaza, zielony tlenek chromu, ultramaryna (Na8-10Al6Si6O24S2-4), fiolet manganowy (pirofosforan amonu i manganu (III) - otrzymywany przez ogrzewanie mieszaniny Mn2O3, wodorofosforanu amonu i kwasu fosforowego) .
tlenek tytanu (IV)

tlenek żelaza (II)

tlenek chromu (III)



fiolet manganowy
ultramaryna


kwas karminowy
karmin
Inne typu związków chemicznych zawarte w różu do policzków to materiały nadające gładką strukturę po aplikacji, takie jak krzemionka, nylon i polimetakrylan metylu. Faza olejowa lub spoiwo sprasowanego różu do policzków zazwyczaj zawiera oleje (np. olej słonecznikowy, olej kokosowy, olej rycynowy, olej mineralny), estry (np. ester sorbitolu), i/lub woski, które zapewniają kremową strukturę (np. wosk pszczeli, wosk kandelila, lanolina, wosk Carnauba). Dodatkowo składnikami mogą być witaminy (np. octan tokoferylu, tokoferol [witamina E], palmitynian  retinylu [witamina A], palmitynian askorbylu [rozpuszczalna w tłuszczach forma witaminy C], pantenol [witaimina B5]), ekstrakty z ziół (korzeń żywokostu, rozmaryn) i konserwanty (metyloparaben, propyloparaben, butyloparaben, imidazolidynylomocznik).

John Toedt, Darrell Koza, Kathleen Van Cleef-Toedt, Chemical Composition of Everyday Products, GREENWOOD PRESS, London 2005.
https://pl.wikipedia.org/wiki/Tetratlenek_trio%C5%82owiu
https://pl.wikipedia.org/wiki/Tlenek_tytanu(IV)
https://pl.wikipedia.org/wiki/Tlenek_%C5%BCelaza(II)
https://pl.wikipedia.org/wiki/Tlenek_chromu(III)
https://en.wikipedia.org/wiki/Manganese_violet
https://pl.wikipedia.org/wiki/Ultramaryna
https://pl.wikipedia.org/wiki/Kwas_karminowy
https://en.wikipedia.org/wiki/Carmine
dodajdo.com

środa, 22 lipca 2015

Sztuczny mięsień z pozłacanej skórki cebuli

Wen-Pin Shin i jego współpracownicy z National Taiwan University, którzy zajmują się tworzeniem sztucznych mięśni odkryli, że struktura komórek cebuli jest podobna do tej, którą próbowali uzyskać. Zaczęli więc badania z wykorzystaniem tych komórek. Jednowarstwowa, pusta sieć komórek skórki cebuli sprawia, że są efektywnymi siłownikami, mogącymi kurczyć się i rozszerzać. Za to obecność hemicelulozy w komórkach sprawia, że brakuje im miękkości i elastyczności. Zespół usunął tą niedogodność, przez wstępną obróbkę skórki cebuli w kwasie siarkowym i liofilizację. 

Po osadzeniu warstw złota o różnej grubości na każdej stronie komórek, naukowcy przyłożyli napięcie do ich sztucznego mięśnia. Przy niskich napięciach, od 0-50 V komórki rozszerzyły się i wyginały w dół, ale przy napięciach 50-1000 V kurczyły się i wyginały w górę. Ogólnie rzecz biorąc, komórki działały tak jak ludzkie mięśnie.

Wen-Pin i jego współpracownicy z cebulowych mięśni skonstruowali prostą pęsetę, która mogła chwycić i przenieść małą bawełnianą kulkę o wadzie 0,1 mg.

The Mole, Issue 04, July 2015. 
dodajdo.com

poniedziałek, 20 kwietnia 2015

Testy analityczne w folii bąbelkowej

W regionach o małych zasobach finansowych folia bąbelkowa może być stosowana jako pojemnik do przechowywania ciekłych próbek i przeprowadzania bioanaliz. Pęcherzyki mogą być łatwo wypełnione, poprzez wstrzyknięcie próbek za pomocą igły lub końcówki pipety, a następnie uszczelnione utwardzaczem do paznokci. Dzięki temu, że bąbelki są przezroczyste w zakresie światła widzialnego, mogą być użyte jako kuwety w pomiarach fluorescencji i absorbancji. Wnętrze folii jest sterylne, co pozwala na przechowywanie próbek, bez konieczności posiadania drogich urządzeń do sterylizacji. Pęcherzyki są również przepuszczalne dla gazów i mogą być wykorzystane do hodowli i przechowywania mikroorganizmów. Kiedy wprowadzimy do nich elektrody węglowe staną się ogniwami elektrochemicznymi. 

Folia bąbelkowa może być użyteczna w badaniach wykrywających anemię, na którą cierpi prawie jedna trzecia populacji, w tym wielu chorych w krajach rozwijających się. Anemia objawia się dużym zmęczeniem, a u dzieci upośledza rozwój fizyczny i psychiczny. Dlatego kreatywność naukowców jest wielkim dobrodziejstwem dla służby zdrowia w krajach rozwijających się.

Test jest bardzo prosty:
1. Wszystkie pęcherzyki napełniamy 2,4 cm3 reagentu Drabkin'a, który zawiera KCN, K3[Fe(CN)6] i K2HPO4. Otwór, który pozostał po igle lub końcówce pipety może być uszczelniony utwardzaczem do paznokci.
2. Pracownicy służby zdrowia wstrzykują próbki krwi do pęcherzyków i inkubują je przez 15 minut. Za pomocą jednej folii bąbelkowej może być badana krew kilku ludzi.
3. Żelazocyjanek w reagencie Drabkin'a utlenia żelazo zawarte w hemoglobinie (z Fe2+ do Fe3+). Aniony cyjankowe wiążą się z białkiem tworząc cyjanomethemoglobinę, której maksimum absorpcji wynosi 540 nm.
4. Chemicy mogą zmierzyć absorbancję dla fali o długości 540 nm, przy pomocy spektrofotometru, obliczyć zawartość cyjanomethemoglobiny, a tym samym ilość żelaza we krwi.

(A) Pęcherzyki napełnione reagentem Drabkin'a, (B) pęcherzyki napełnione reagentem Drabkin'a i hemoglobiną o różnym stężeniu, (C) krzywa wzorcowa.

Anal. Chem. 2014, 86 (15), 7478 - 7485,  DOI: 10.1021/ac501206m.
https://magazines.rsc.org/web-reader/eic/#!edition/org.rsc.eic.01012015/article/org.rsc.eic.page-116
dodajdo.com

niedziela, 11 stycznia 2015

Alternatywa dla antybiotyków

Nanocząstki metali szlachetnych mają unikalne właściwości, takie jak zlokalizowany powierzchniowy rezonans plazmonowy (LSPR). Pewne metale (np. złoto i srebro) posiadają chmury elektronowe (plazmony), które są powierzchniowymi falami elektromagnetycznymi mogącymi rezonować ze światłem padającym pod odpowiednim kątem. Ponieważ fale są na granicy metalu i ośrodka (np. powietrza lub wody), oscylacje są bardzo czułe na jakiekolwiek zmiany tej granicy, jak adsorpcja molekuł przez powierzchnię metalu. Pasmo LSPR może być modyfikowane przez łączenie cząstek, co znacznie zwiększa lokalne pole elektryczne, co z kolei wzmacnia sygnały optyczne w fotoluminescencji dwufotonowej (TPPL). Wzmocnienie TPPL jest z sukcesem wykorzystywane do obrazowania komórek bakteryjnych w zakresie NIR (bliska podczerwień). Nanocząstki złota szczególnie nadają się do TPPL, wykazują słabe sygnały TPPL w stanie dyskretnym, ale znacznie silniejsze w postaci agregatu.

Qing-Hua Xu wraz z kolegami z National University of Singapore zademonstrowali, że kationowe nanocząstki złota tworzą agregaty na powierzchni gram-pozytywnych bakterii gronkowca złocistego (Staphylococcus aureus), tak samo dobrze jak na powierzchni gram-ujemnych bakterii pałeczki okrężnicy (Escherichia coli); najbardziej popularnych patogenów odpowiedzialnych za zakażenia szpitalne. Dzięki dobrym sygnałom TPPL infekcje bakteryjne i skórne mogą być łatwo wykryte. 

Inną zaletą nanocząstek złota jest ich działanie niczym "nanogrzejniki". Promieniowanie z zakresu bliskiej podczerwieni jest zamieniane w ciepło, które jest wystarczające do zniszczenia komórki bakteryjnej przez przerwanie błony komórkowej i denaturację enzymów bakterii. Nanocząstki złota wykazują wysoką selektywność w stosunku do komórek bakterii i niską cytotoksyczność w odniesieniu do komórek ssaków. Efekt fototermiczny jest interesujący jako nowa i efektywna terapia, ponieważ coraz więcej bakterii jest odpornych na antybiotyki.

http://www.chemistryviews.org/details/news/7215542/Alternative_To_Antibiotics.html
http://bmz.wbbib.uj.edu.pl/documents/2167477/44f475fd-3920-4338-b6f9-e17412858625
http://pl.wikipedia.org/wiki/Powierzchniowy_rezonans_plazmonowy
Plasmon-Coupled Gold Nanospheres for Two-Photon Imaging and Photoantibacterial Activity,
Peiyan Yuan, Xin Ding, Zhenping Guan, Nengyue Gao, Rizhao Ma, Xiao-Fang Jiang, Yi Yan Yang, Qing-Hua Xu, Adv. Healthcare Mat. 2014. DOI: 10.1002/adhm.201400524
dodajdo.com

niedziela, 4 stycznia 2015

Nowa metoda syntezy polimerów aromatycznych


Japońscy chemicy rozwineli nową, bezpośrednią syntezę poli(o-arylenów). Ich osiągnięcie zapewnia nowe zróżnicowanie strukturalne dla polimerów fenylenowych.

W chemii organicznej długo brakowało odpowiedniej reakcji prowadzącej do bezpośredniego otrzymania poli(o-arylenów). W 1902 roku odkryto aryny, sześciowęglowe pierścienie zawierające wiązanie potrójne. Wcześniej znane były poliaryleny, w których pierścienie są połączone w pozycji meta i para, jednak pozycja orto wciąż była nieosiągalna. 

Naukowcy wierzą, że wiązanie w pozycji orto nada polimerowi inny kształt i prawdopodobnie zapewni odmienne zachowania typu bodziec-reakcja w porównaniu z polifenylenami, z wiązaniami w dwóch pozostałych pozycjach.

Te właściwości mogą otworzyć nowe możliwości tworzenia nanomateriałów węglowych znajdujących zastosowanie w katalizie, cienkich warstw, które selektywnie odbijają światło spolaryzowane kołowo oraz budulców materiałów supramolekularnych, do wytwarzania urządzeń elektronicznych i sensorów chemicznych.

Chemicy wytwarzali poli(o-aryleny) pośrednio, najpierw przez polimeryzację oksabicyklicznych alkenów, a następnie dehydratację.
Polimeryzacja oksabicyklicznych alkenów, a następnie ich dehydratacja [1].

W nowych badaniach, Yoshihide Mizukoshi, Koichiro Mikami, and Masanobu Uchiyama z University of Tokyo w pierwszym etapie syntezy przeprowadzili reakcję prowadzącą do otrzymania arynu, który jest produktem pośrednim, a następnie jego polimeryzację w obecności katalizatora, w skład którego wchodzi miedź. Produktem reakcji są poli(o-aryleny) o łańcuchach, których długość dochodzi do 100 jednostek.

Polimeryzacja arynu [2]. 

http://cen.acs.org/articles/92/web/2014/12/New-Link-Aromatic-Polymers.html
[1] J. Am. Chem. Soc. 2014, DOI: 10.1021/ja502073k
[2] J. Am. Chem. Soc. 2014, DOI: 10.1021/ja5112207
dodajdo.com

sobota, 20 grudnia 2014

Reakcja Maillarda

W 1912 roku Louis-Camille Maillard (1878-1936) przez przypadek odkrył, że mieszanina aminokwasów i cukrów intensywnie brązowieje podczas podgrzewania. Dzięki temu odkryciu ustanowiono zasady dla zrozumienia nieenzymatycznych reakcji brązowienia występujących podczas gotowania, pieczenia oraz przechowywania produktów spożywczych, nad którymi wcześniej tylko spekulowano. Po ponad 100 latach od tego odkrycia opublikowano ponad 50 000 artykułów naukowych i odbyło się 11 międzynarodowych sympozjów dotyczących reakcji Maillarda.


Na początku XX wieku Emil Fischer z sukcesem po raz pierwsz zsyntetyzował dipeptyd. Następnie procedura została zastosowana do łączenia aminokwasów w liniowe peptydy (granica pomiędzy peptydem a białkiem nie jest dokładnie sprecyzowana, rozróżnienie jest oparte na masie cząsteczkowej klasyfikowanego związku). Jednak, do aktywowania takiej reakcji potrzebne były drastyczne warunki chemiczne. Francuski biochemik Louis-Camille Maillard szukał alternatywnych szlaków, które mogą również występować w układach fizjologicznych. W ten sposób stał się jedną z pierwszych osób, które odkryły biosyntezę białek. Maillard urodził się w Pont-à-Mousson w północno-wschodniej Francji i studiował medycynę i nauki przyrodnicze w Nancy. Podczas pracy nad drugim doktoratem podgrzewał różne aminokwasy z glicerolem i stwierdził, że produktami reakcji są peptydy. Postulował, że rekacja przebiegająca w 170 stopniach Celsjusza może być również katalizowana enzymatycznie w żywym organizmie, z estrami aminokwasów i glicerolu jako produkty pośrednie. W kolejnych eksperymentach, Maillard zamiast glicerolu, jako polialkoholu użył glukozy, ale nie uzyskał peptydów, których się spodziewał. W rzeczywistości, reakcja przebiegła całkowicie niespodziewanie z powodu reaktywności grupy aldehydowej: mieszanina reakcyjna szybko stała się brązowa podczas ogrzewania i powstał dwutlenek węgla. Maillard zauważył, że reakcja nie jest limitowana glicyną i glukozą, ale również inne aminokwasy, peptydy, peptony (polipeptydy tworzące się podczas enzymatycznego rozpadu białek) i cukry reagują w ten sam sposób, chociaż w różnym stopniu. W szczególności, znacznie różnice widać w reaktywności poszczególnych cukrów. Pentozy reagują znacznie szybciej niż heksozy, a heksozy szybciej niż disacharydy. Sacharoza nie reaguje wcale. Po tym jak Maillard przeprowadził reakcje w różnych atmosferach gazowych (tlenu, azotu, wodoru), tworzenie dwutlenku węgla przypisał dekarboksylacji aminokwasu. Jednak nie był on w stanie wyizolować każdej określonej struktury z mieszaniny reakcyjnej. Substraty reakcji, aminokwasy i cukry, mogą reagować ze sobą praktycznie wszędzie w naturze z powodu ich szerokiego rozpowszechnienia, tak jak postulował Maillard, "nie tylko w fizjologii i patologii człowieka, ale również w fizjologii roślin, rolnictwie i geologii". Jednak ze wszystkich publikacji Maillarda, których było ponad 100, tylko osiem skupia się na reakcji brązowienia. Maillard brał udział w I Wojnie Światowej jako wolontariusz i cierpiał z powodu konsekwencji zarażenia paratyfusem, co wyrażnie ograniczyło jego zdolności naukowe. Po jego przeniesieniu do University of Algiers, nie przeprowadzał żadnych dalszych badań na reakcji nieenzymatycznego brązowienia. Maillard zmarł 12.05.1936 w Paryżu.

W przeciwieństwie do ogólniej opinii, znaczenie odkrycia Maillard było dostrzegane i dyskutowane przez innych naukowców zaraz po jego publikacji. W ten sposób, obserwacje Maillarda zapewniło wkład w zrozumienie tworzenia tak zwanych melanoidyn (polimery o dużej masie cząsteczkowej i brązowej barwie). Wcześniej tworzenie melanoidyny było przypisywane reakcji degradacji tryptofanu. Maillard zakładał również, że reakcja aminokwasów z cukrami jest odpowiedzialna za powstawanie brązowych substancji w tworzeniu próchnicy. Ten punkt widzenia był krytykowany w czasach, w których żył Maillard, a dziś uznawany jest za przestarzały. Maillard w swoich rozważaniach nie uwzględnił, na przykład roli kondensacji ligniny i chinonu.

Co ciekawe, Maillard w swojej dyskusji nad znaczeniem "jego" reakcji nie wspominał o produktach spożywczych. Żyjący w tym samym czasie co Maillard, C. J. Lintner z laboratorium fermentacji dawnego Royal Technical University of Munich, przypisał reacji pomiędzy aminokwasami a cukrami ogromne znaczenie techniczne w procesie suszenia, browarnictwie i tworzeniu aromatu. Ruckdeschel, współpracownik Lintnera postulował, że podczas "reakcji Maillarda" aromat słodowy jest tworzony głownie przez konwersję aminokwasu leucyny. W tym kontekście Akabori odkrył w 1927, że podczas dekarboksylacji aminokwasów w obecności glukozy tworzą się aldehydy z duża wydajnością. Inne związki karbonylowe takie jak glioksal (najprostszy dialdehyd), metyloglioksal lub diacetyl również prowadzą do aldehydów. Alabori wątpił, że glukoza pozostawała niezmieniona w tej reakcji, ale nie przeprowadzał systematycznych badań nad tym zagadnieniem. Schönberg i Moubacher pierwsi pokazali, że związki karbonylowe są niezbędne do tworzenia aldehydów. Reakcja dekompozycji jest znana od 1948 roku jako "degradacja Streckera", po odkryciu Adolpha Streckera. Stanowisko Ruckdeschela zostało więc potwierdzone, 3-metylobutanal jest tworzony z leucyny podczas degradacji Streckera; 3-metylobutanal jest ważnym czynnikiem smakowym w słodzie.


Niezależnie od badań nad reakcją brązowienia, którymi zajmował się Maillard, włoski chemik Mario Amadori próbował w latach 20. XX wieku odtworzyć starsze prace nad reakcjami kondensacji aromatycznych amin z glukozą. W ten sposób otrzymał, na przykład nietrwałe produkty dla p-toluidyny oprócz wcześniej opisanych "produktów stabilnych". Amadori ustalił, że strukturą labilną (niestabilną) jest N-glukozyd, a produkt stabilny to zasada Schiffa (związki organiczne zawierające w cząsteczce grupę azometinową -CH=N-, otrzymane w reakcji kondensacji pierwszorzędowych amin (aminy) z aldehydami aromatycznymi). Struktura produktu labilnego została potwierdzona przez grupę naukowców na czele ze zdobywcą Nagrody Nobla Richardem Kuhnem. Jednak nie określono struktury produktu stabilnego. Po pierwsze, stabilność związku w obecności kwasów świadczyło przeciwko zasadzie Schiffa, a po drugie powstawanie mannitoloaminy zamiast sorbitoloaminy podczas uwodornienia świadczyło o tym, że musi mieć miejsce przegrupowanie. Przegrupowanie labilnych N-glikozydów zostało nazwane "przegrupowaniem Amadori", a 1-amino-1-deoksyketozy "produktami Amadori".


Otrzymane wyniki można odnieść do reakcji aminokwasów z węglowodanami w pożywieniu. Na przykład, przy pomocy polarymetrii i krioskopii ustalono, że reakcja cukrów z wolnymi grupami aminowymi alifatycznych aminokwasów przebiega w stosunki 1:1 i jest szybsza w środowisku zasadowym. Jednak długo nie było możliwe wyizolowanie produktów reakcji i do roku 1951 przetrwał pogląd, że przegrupowanie Amadori jest ograniczone do N-glikozydów amin aromatycznych. Produkty Amadori amin alifatycznych lub aminokwasów ważne w żywności zostały odkryte w latach 50. XX wieku. Oba izomery fruktozolizyny, które są bardzo istotne w chemii białek, zostały pierwszy raz wyizolowane w 1962 roku dzięki użyciu chromatografi jonowymiennej.

Kurt Heyns, chemik z Chemical Institute of the University of Hamburg, obserwował tworzenie D-glukozoaminy w reakcji fruktozy z amoniakiem. Niedługo po tym, Carson jak również Heyns przenieśli ścieżkę reakcji na pochodne amin alifatycznych i aminokwasy. Tworzenie się pochodnych aldozy z aminokwasów i ketoz w analogiczny sposób jak podczas przegrupowania Amadori jest dzisiaj znane jako przegrupowanie Heynsa.


Michael Hellwig and Thomas Henle, Baking, Ageing, Diabetes: A Short History of the Maillard Reaction, Angew. Chem. Int. Ed. 2014, 53, 10315-10329.
http://pl.wikipedia.org/wiki/Louis_Camille_Maillard#mediaviewer/File:Louis_Camille_Maillard.jpg
http://portalwiedzy.onet.pl/64527,,,,schiffa_zasady,haslo.html
dodajdo.com
Related Posts Plugin for WordPress, Blogger...