Основы биохимии

№1

Определите тип аминокислоты согласно физико-химической, физиологической и структурной классификации, охарактеризуйте химические и кислотно-основные свойства. Приведите реакции с HCl, NaOH, HNO2, CH3OH. Напишите формулу аминокислоты в изоэлектрической точке, а также ее катионную и анионную формы в растворе. В какой из указанных форм данная аминокислота будет находиться при физических значениях рН в организме (рН = 7)?

Ответ: Метионин - мобильный одноуглеродный фрагмент, который используется для метилирования большого числа разных соединений. Незаменимая протеиногенная серосодержащая моноаминокарбоновая аминокислота с неполярным радикалом (б - амино - г - метилтиомасляная кислота).

CH3 - S - (CH2)2 - CH - COOH

¦

NH2

Сокращенное название: «Мет».

Физические свойства - бесцветное кристаллическое вещество, хорошо растворяется в воде.

Химические свойства - все аминокислоты содержат карбоксильную группу, обладающую кислотными свойствами и аминогруппу, от которой зависят основные свойства.

Изоэлектрическая точка - 5,74.

1) CH3 - S - (CH2)2 - CH - COOH + HCl >

¦

NH2

> CH3 - S - (CH2)2 - CH - COOH Cl -

¦

+ NH2

2) CH3 - S - (CH2)2 - CH - COOH + NaOH >

¦

NH2

> CH3 - S - (CH2)2 - CH - COONa + H2O (натриевая соль

¦ аминокислокислоты).

NH2

3) CH3 - S - (CH2)2 - CH - COOH + НО - N = O >

¦ (HNO2)

NH2

> CH3 - S - (CH2)2 - CH - COOH + N2 + H2O

¦

OH

4) CH3 - S - (CH2)2 - CH - COOH + CH3OH >

¦

NH2

CH3

> CH3 - S - (CH2)2 - CH - COOH + C = O >

¦ CH3

NH2

> CH3 - S - (CH2)2 - CH - COOH + H2O

¦

N = C (CH3)2

Одновременное присутствие в молекуле аминокислоты и кислотного и основного центра приводит к возможности внутримолекулярного взаимодействия с образованием биполярных ионов, или цвиттер - ионов:

CH3 - S - (CH2)2 - CH - COO- + Н+ >

¦

NH3

> CH3 - S - (CH2)2 - CH - COO-

¦

+ NH3

В водном растворе б - аминокислоты существуют в виде равновесной смеси биполярного иона, катионной и анионной формы:

+ - H+ + -H+

NH3 - CH - COOH > NH3 - CH - COO- > NH2 - CH - COO-

¦ +H+ ¦ +H+ ¦

CH3 CH3 CH2

¦ ¦ ¦

S S S

¦ ¦ ¦

CH2 CH2 CH2

¦ ¦ ¦

CH2 CH2 CH2

¦ ¦ ¦

CH - NH2 CH - NH2 CH - NH2

¦ ¦ ¦

COOH COOH COOH

Катионная форма Анионная форма

В среде рН = 7 существует в виде диполя.

№2

Напишите формулы дипептидов и трипептидов, построенных из остатков приведенных ниже аминокислот. Сделайте предположение о значении изоэлектрической точки. Приведите их полные названия, сокращенные названия.

Глутаминовая кислота, серин;

Серин, аланин, метионин.

Глутаминовая кислота

HOOC - CH2 - CH2 - CH - COOH

¦

NH2

Серин

HOCH2 - CH - COOH

¦

NH2

H2O

HOOC - CH2 - CH2 - CH - COOH + HOCH2 - CH - COOH >

¦ ¦

NH2 NH2

H2O

> HOOC - CH2 - CH2 - CH - C + HOCH - CH - C - OH

¦ ¦ ¦ ¦

NH2 O NH2 O

Глутамилариновая кислота.

Глу - Сер

рНi = (3,22 + 5,68) / 2 = 4,45

Серин

HOCH2 - CH - COOH

¦

NH2

Аланин

CH3 - CH - COOH

¦

NH2

Метионин

CH3 - S - (CH2)2 - CH - COOH

¦

NH2

HOCH2 - CH - COOH + CH2 - CH - COOH +

¦ ¦ ¦

NH2 H NH2

- 2H2O

+ CH2 - S - (CH2)2 - CH - COOH >

¦ ¦

H NH2

> HOCH2 - CH - C + CH2 - CH - C +

¦ ¦ ¦ ¦

NH2 O NH2 O

+ CH2 - S - CH2 - CH2 - CH - COOH

¦

NH2

Серилаланилметионин Сер - Ала - Мет

рНi = (5,68 + 6 + 5,74) / 3 = 5,81

№3

Составьте формулу соответствующего триглицерида, назовите его. Приведите реакции со следующими реагентами:

I2;

H2;

HBr.

Рассчитайте йодное число и количество водорода в граммах и литрах, необходимое для полной гидрогенизации 1 килограмма этого жира (условия нормальные).

Остаток линолевой и два остатка линоленовой кислот.

CH - OH C17H31COOH

¦

CH2 - OH C17H29COOH

¦

CH2 - OH C17H29COOH

CH - OH HO - C - H31C17

¦ ¦

O - 3 H2O

CH2 - OH + HO - C - H29C17 >

¦ ¦

O

CH2 - OH HO - C - H29C17

¦

O

1 CH - O - C - C17H31

¦

O

2 CH2 - O - C - C17H29

¦

O

3 CH2 - O - C - C17H29

¦

O

1 - линолеоил - 2 - линолеонил - 3 - линолеонилглицерин

H2 - гидрогенизация.

O

¦

CH - C - (CH2)6 - (CH2 - CH = CH2)2 - (CH2)4 - CH3

¦ O

¦

CH2 - C - (CH2)6 - (CH2 - CH = CH2)3 - (CH2)4 - CH3 + 5H2 >

¦ O

¦

CH2 - C - (CH2)6 - (CH2 - CH = CH2)3 - (CH2)4 - CH3

O

¦

CH - C - (CH2)6 - (CH2 - CH = CH2)2 - (CH2)4 - CH3

¦ O H H

¦ ¦ ¦

CH - C - (CH2)6 - (CH2 - CH - CH2)3 - (CH2)4 - CH3

¦ O H H

¦ ¦ ¦

CH - C - (CH2)6 - (CH2 - CH - CH2)3 - (CH2)4 - CH3

М (С57Н95О6) = 12*5 + 95*1 + 16*6 = 875

875 г триглицерида присоединяет 10 г Н2

1000 г Х

Ответ: Х = 11,43 г Н2

V моль любого газа = 22,4 л, то

875 г/моль требует 5*22,4 л Н2

1000 г Х1

Ответ: Х1 = 128 л Н2

Йодное число

O

¦

CH - C - (CH2)6 - (CH2 - CH = CH2)2 - (CH2)4 - CH3

¦ O

¦

CH2 - C - (CH2)6 - (CH2 - CH = CH2)3 - (CH2)4 - CH3 + 5I2 >

¦ O

¦

CH2 - C - (CH2)6 - (CH2 - CH = CH2)3 - (CH2)4 - CH3

O

¦

CH - C - (CH2)6 - (CH2 - CH = CH2)2 - (CH2)4 - CH3

¦ O I I

¦ ¦ ¦

> CH - C - (CH2)6 - (CH2 - CH - CH2)3 - (CH2)4 - CH3

¦ O I I

¦ ¦ ¦

CH - C - (CH2)6 - (CH2 - CH - CH2)3 - (CH2)4 - CH3

моль I = 1270 (М (I2) = 254 г / моль)

875 г жира присоединяет 5*254 г I

10 г Х2

Ответ: Х2 = 145,14

Реакция с HBr.

O

||

CH - C - (CH2)6 - (CH2 - CH = CH2)2 - (CH2)4 - CH3

O

| ||

CH2 - C - (CH2)6 - (CH2 - CH = CH2)3 - (CH2)4 - CH3 + 5HBr >

O

| ||

CH2 - C - (CH2)6 - (CH2 - CH = CH2)3 - (CH2)4 - CH3

O

||

CH - C - (CH2)6 - (CH2 - CH = CH2)2 - (CH2)4 - CH3

O HBr HBr

| || | |

> CH2 - C - (CH2)6 - (CH2 - CH - CH2)3 - (CH2)4 - CH3

O HBr HBr

| || | |

CH2 - C - (CH2)6 - (CH2 - CH - CH2)3 - (CH2)4 - CH3

№4

Назовите следующие триглицериды и продукты их гидролиза в щелочной и нейтральной среде. Приведите уравнения соответствующих реакций.

O

||

СН2 - О - С - С19Н31

O

| ||

CH - O - C - C13H27

O

| ||

CH2 - O - C - C17H35

В щелочной среде:

O

||

СН2 - О - С - С19Н31 CH2 - OH C19H31COONa

арахидонат Na

O

| || |

CH - O - C - C13H27 +2NaOH > CH - OH + C13H27COONa

миристат Na

O

| || |

CH2 - O - C - C17H35 CH2 - OH C17H35COONa г глицерин стеарат Na

В нейтральной среде:

O

||

СН2 - О - С - С19Н31 CH2 - OH C19H31COOH

O арахидоновая кислота

| || |

CH - O - C - C13H27 + 3Н2О > CH - OH C13H27COOH

миристиновая кислота

O

| || |

CH2 - O - C - C17H35 CH2 - OH C17H35COOH

глицерин стеариновая кислота

№5

Какую массу глюкозы необходимо взять для получения путем брожения этилового спирта массой 46 кг, если практический выход его составляет 87%?

C6H12O6 >2C2H5OH + 2CO2

100% 87%

X 4600г

Ответ: Х ? 5287 г

№6 Витаминоподобные жирорастворимые вещества

Витаминоподобные вещества - группа органических веществ разной химической природы, недостаточность которых в продуктах питания и недостаточное поступление в организм не вызывает резко выраженных изменений в обменных процессах организма. По биологическим функциям эти вещества больше похожи не на витамины, а на другие незаменимые вещества - аминокислоты, некоторые липиды, высшие жирные кислоты. Часть из них может синтезироваться в организме, в результате чего удовлетворяются его потребности. К витаминоподобным веществам относятся холин, инозит, липоевая, оротовая, понгамовая и n - аминобензойная кислоты.

К витаминоподобным жирорастворимым веществам относятся убихинон (коэнзим Q) и эссенциальные жирные кислоты (витамин F).

Коэнзим (или кофермент Q, KoQ) относится к широко распространенным коферментам; отсюда его второе название «убихинон» («вездесущий хинон»). Был открыт во всех живых клетках - растений, животных, грибов, микроорганизмов. Внутри клеток убихинон локализован, по - видимому, исключительно в митохондриях или аналогичных их мембранных структурах бактерий.

По химической природе убихинон представляет собой 2, 3 - диметокси - 5 - метил - 1, 4 - бензохинон с изопреновой цепью в 6 - м положении.

О

¦

4

Н3СО 3 5 СН3 СН3

¦ ¦ ¦

2 6

Н3СО 1 (СН2 - СН = С - СН2)n - Н

¦

О

Число остатков изопрена в боковой цепи убихинона из разных источников варьирует от 6 до 10, что обозначается KoQ6 или KoQ7 и т. д. в митохондриях клеток человека и животных встречается убихинон только с 10 изопреновыми звеньями. Как и близкие ему по структуре витамины К и Е, убихинон нерастворим в воде. В хлоропластах растений было открыто близкое к убихинону соединение пластихинон, который отличается строением бензольного кольца, где вместо двух метоксильных остатков содержится две метильные группы и отсутствует СН3- группа у 5 - го углеродного атома.

К настоящему времени выяснена основная коферментная роль KoQ10. он оказался обязательным компонентом дыхательной цепи, осуществляя в метохондриях перенос электронов от мембраны дегидрогеназ (в частности, НАДН - дегидрогеназы дыхательной цепи, СДГ и т. д.) на цитохромы. Таким образом, если никотинамидные коферменты переносят водород между водорастворимыми ферментами, то KoQ10 благодаря своей растворимости в жирах осуществляет такой перенос в гидрофобной митохондриальной мембране. Пластихиноны выполняют аналогичную функцию переносчиков при транспорте электронов в процессе фотосинтеза.

В организме человека KoQ может синтезироваться из мевалоновой кислоты и продуктов обмена фенилаланина и тирозина. По этой причине KoQ нельзя отнести к классическим витаминам, однако при некоторых патологических состояниях, развивающихся как следствие неполноценности питания , KoQ становится незаменимым фактором. Так, например, у детей, получавших с пищей недостаточное количество белка, развивается анемия, не поддающаяся лечению известными средствами (витамин В12, фолиевая кислота и др.). в этих случаях препараты KoQ дают хорошие результаты. KoQ оказался также эффективным средством при лечении мышечной дистонии (в том числе ее генетической формы) и сердечной недостаточности.

Витамин F (ненасыщенная высшая жирная кислота) - группа биологически активных полиненасыщенных жирных кислот (линолевая, линоленовая, арахидоновая), которые относятся к незаменимым факторам. В 1926 г. Г. Эванс выявил симптомы авитаминоза у животных, которые питались с дефицитом жиров. Позднее было выделено и исследовано строение и свойства вещества, которое предотвращает появление авитаминоза, стимулирует рост, развитие и размножение животных. Этим веществом оказались полиненасыщенные высшие жирные кислоты - масляные жидкости, не растворимые в воде и растворимые в органических растворителях. Витамин F легко окисляется кислородом воздуха.

СН3 - (СН2)4 - СН = СН - СН2 - СН = СН - (СН2)2 - СООН - линолевая кислота.

СН3 - СН2 - СН = СН - СН - СН2 - СН = СН - (СН2)7 - СООН - линоленовая кислота.

СН3 - (СН2)4 - СН = СН2 - СН = СН - СН2 - СН = СН - СН2 - СН = СН - (СН2)3 - СООН - арахидоновая кислота.

Физиологически активной формой этих кислот является цис-конфигурация. Предполагают, что биологическая активность кислот обусловлена наличием метиленовых групп, разделенных метиновыми остатками. Наибольшую биологическую активность имеет арахидоновая кислота. Но в продуктах питания она присутствует в незначительных количествах. Линоленовая кислота малоактивная и главная ее роль - активировать линолевую кислоту, которая частично синтезируется в организме млекопитающих.

При наличии пиридоксина линолевая кислота превращается в линоленовую и арахидоновую. Считают, что основным незаменимым веществом является арахидоновая кислота. Признаки F - авитаминоза у людей не определяются. У животных на искусственной диете наблюдаются прекращение роста, дерматиты, сухость кожи, экзема, выпадение шерсти, ломкость костей, нарушение функций некоторых внутренних органов, развитие атеросклероза. Диапазон биологической деятельности полиненасыщенных кислот достаточно широкий: они участвуют в процессах роста и развития организма, способствуют повышению эластичности и прочности кровеносных сосудов, положительно влияют на обмен водорастворимых витаминов (С, В1, В6) и функциональную активность эндокринных желез, усиливают защитные реакции и резистентность организма. Источником витамина F являются масла, животные жиры, яйца, арахис. Суточная потребность - 2 - 10 г