~-Сборник

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

ВОСТОЧНО-СИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
(ГОУ ВПО ВСГТУ)





«ХИМИЯ БАВ. КРАТКИЙ КУРС С УПРАЖНЕНИЯМИ И ЗАДАЧАМИ»






Составитель:
Данилова Т.Е.





Улан-Удэ
Издательство ВСГТУ
2010


ЧАСТЬ
·
КРАТКИЙ КУРС С УПРАЖНЕНИЯМИ И ЗАДАЧАМИ ПО ХИМИИ БЕЛКОВ

РАЗДЕЛ 1.1. АМИНОКИСЛОТЫ, ПЕПТИДЫ И БЕЛКИ

Цели изучения
Познакомиться со строением и химическими свойствами аминокислот.
Уяснить природу кислотно-основных свойств аминокислот.
Получить представление о строении белков и связи между структурой и функциями белков в организме.
Познакомиться с природой и значением ферментов.
Получить представление об экспериментальных методах анализа аминокислот и белков.

Белки – сложные полимерные вещества, построенные из остатков аминокислот.
Тема 1.1.1. Аминокислоты
Белки построены из остатков 20 аминокислот. В молекулах аминокислот имеются карбоксильная группа СООН и аминогруппа NH2 в
·-положении. Аминокислоты отличаются друг от друга природой заместителя R. В его состав могут входить дополнительные кислотные и основные группы, а также группы ОН, SH или неполярные углеводородные фрагменты. Все природные аминокислоты (кроме глицина) имеют хиральный центр и принадлежат к L-ряду. В табл. 1 показаны 20 важнейших аминокислот, которые входят в состав белков.
Таблица 1
Аминокислоты
Название
Сокра-щен-ное обозна-чение
Формула

1
2
3

Аланин
Ala
13 EMBED ISISServer 1415

Аргинин
Arg
13 EMBED ISISServer 1415

Аспарагин
Asn
13 EMBED ISISServer 1415

Аспараги-
новая
кислота
Asp
13 EMBED ISISServer 1415

Валин
Val
13 EMBED ISISServer 1415

Гистидин
His
13 EMBED ISISServer 1415









1
2
3

Глицин
Gly
13 EMBED ISISServer 1415

Глутамин
Gln
13 EMBED ISISServer 1415

Глутами-новая кислота
Glu
13 EMBED ISISServer 1415

Изолейцин
Ile
13 EMBED ISISServer 1415

Лейцин
Leu
13 EMBED ISISServer 1415

Лизин
Lys
13 EMBED ISISServer 1415

Метионин
Меt
13 EMBED ISISServer 1415





1
2
3

Пролин
Pro
13 EMBED ISISServer 1415

Серин
Ser
13 EMBED ISISServer 1415

Тирозин
Tyr
13 EMBED ISISServer 1415

Треонин
Thr
13 EMBED ISISServer 1415

Триптофан
Trp
13 EMBED ISISServer 1415

Фенилала-нин
Phe
13 EMBED ISISServer 1415

Цистеин
Cys
13 EMBED ISISServer 1415




Кислотно-основные свойства аминокислот
В зависимости от рН среды аминокислоты могут существовать в различных формах. Электронейтральная форма, несущая как положительный, так и отрицательный заряды, называется цвиттер-ионом. Значение рН, при котором данная аминокислота существует в виде цвиттер-иона, называется изоэлектрической точкой этой аминокислоты – рН1.
Каждая аминокислота характеризуется собственным значением рНI , которое определяется структурой и свойствами радикала R. Хотя для большинства аминокислот значение рНI лежит в пределах 6-8, имеются исключения из этого правила. При значениях рН выше изоэлектрической точки аминокислоты существуют преимущественно в анионной форме, а при значениях рН ниже рНI - преимущественно в виде катионов. В табл. 2 показана эта ситуация на примере двух аминокислот. Таким образом, поведение аминокислот очень сильно зависит от рН раствора.
Таблица 2

Аминокислота

рНI
Предпочтительная форма



рН 7,4
рН 5,0

Лейцин
Аспарагиновая кислота
5,98
3,47
Анион
Анион
Катион
Анион


Анализ аминокислот
Один из способов определения структуры белка включает его гидролиз, а затем качественный и количественный анализ образовавшейся при этом смеси аминокислот.
Аминокислотный состав белка может быть установлен несколькими способами. После гидролиза белка до аминокислот смесь последних можно анализировать с помощью тонкослойной хроматографии или электрофореза. Оба эти метода дают только качественный состав смеси аминокислот. С помощью автоматического аминокислотного анализатора можно установить и качественный, и количественный аминокислотный состав белка.

Таблица 3
Аминокислота
Изоэлект-рическая точка
Направление движения при рН 7,4
Относитель-ная подвиж-ность

1
2
3
4

Лейцин (Leu)
5,98
К аноду
1,42

1
2
3
4

Аспарагиновая кислота (Asp)
3,47
К аноду
3,93

Лизин (Lys)
9,79
К катоду
2,39

Фенилаланин
(Phe)
5,48
К аноду
1,92


Тема 1.1.2. Строение белков и пептидов

Молекулы белков – это большие полимерные молекулы, в состав которых входит от 50 до 5000 аминокислотных остатков, которые соединены между собой амидными связями. В белках (пептидах) эти связи обычно называют пептидными.
13 EMBED ISISServer 1415
Амидная связь

Под первичной структурой белков понимают последовательность аминокислот, связанных между собой пептидными связями. Эту последовательность обычно записывают с помощью сокращенных обозначений, начиная с N-концевой аминокислоты и заканчивая С-концевой аминокислотой. Стереохимия отдельных участков белковой цепи (вторичная структура белка) определяется главным образом характером водородных связей. Общая форма белковой молекулы (третичная структура) определяется целым рядом факторов, включая водородные связи, гидрофильные и гидрофобные взаимодействия, ионные связи и дисульфидные мостики.
Первичная структура белка несет информацию о его пространственной структуре и функции:
Аминокислотные остатки в пептидной цепи белков чередуются не случайным образом, а расположены в определенном порядке.
Первичная структура каждого индивидуального белка закодирована в молекуле ДНК (участке, называемом геном) и реализуется в ходе транскрипции (переписывания информации на мРНК) и трансляции (синтез пептидной цепи)
Каждый из 50 000 индивидуальных белков организма человека имеет уникальную для данного индивидуального белка первичную структуру.
Первичная структура белка диктует пространственную укладку его длинной линейной пептидной цепи в более компактную трехмерную структуру.
Линейные полипептидные цепи индивидуальных белков за счет взаимодействия функциональных групп аминокислот приобретают определенную пространственную трехмерную структуру, или конформацию. В глобулярных белках различают два основных типа конформации пептидных цепей: вторичную и третичную структуры.
Число аминокислотных остатков в простых белках, не содержащих простетических групп, можно приблизительно оценить, поделив значение молекулярной массы белка на 110. Хотя средняя молекулярная масса аминокислот, входящих в состав большинства белков находится в пределах 128, здесь дополнительно учитывается молекулярная масса воды, молекула которой отщепляется при образовании каждой пептидной связи (128 -18 =110).
Типичные размеры белковых молекул варьируют от нескольких нанометров до 200 нм. Графические изображения, на которых представлены все атомы в молекуле (рис.1а) или только ее остов(рис.1б), для большинства белков оказываются ненаглядными, так как они обычно состоят из тысяч атомов, таких как Н, С, N, O, S. Поэтому общепринятыми становятся ленточные диаграммы (схемы), на которых остов молекулы изображается с помощью лент (рис.1в).

Рис.1. Трехмерная структура флаводоксина из E. Coli, переносящего электроны. а -представление полной структуры молекулы с помощью атомно-молекулярных моделей; б- представление белкового остова с помощью каркасных (шарико-стержневых) моделей; в -ленточное представление: лента, стрелки и линии символизируют, соответственно,
·- спирали,
·- тяжи и
·-изгибы.

Существует три основных типа вторичной структуры: спирали (
·-спирали, на один виток которой в среднем приходится 3,6 аминокислотных остатков, шаг спирали составляет 0,54 нм, диаметр – 0,5 нм), листы (складчатые или рифленые листы, образуемые
·-тяжами с шагом 0,72 нм ) и изгибы (
·-изгибы). Те вторичные структуры, которые нельзя отнести ни к одному из этих трех типов, обычно называют «случайными (неупорядоченными) клубками» или просто «другими». У растворимых белков гидрофильные белковые цепи аминокислотных остатков (аспарагиновой и глутаминовой кислот, аргинина, аспарагина, глутамина) стремятся располагаться преимущественно на поверхности молекулы. Гидрофобные боковые цепи аминокислотных (валина, аланина, лейцина, изолейцина, фенилаланина, триптофана) располагаются преимущественно внутри так называемого гидрофобного ядра (кора или сердцевина)(рис.2).


Рис.2 В растворимых белках заряженные и полярные боковые цепи располагаются преимущественно на их поверхности. Боковые цепи гидрофобных остатков не любят находиться в водном окружении. Вот почему эти боковые цепи преимущественно прячутся внутри гидрофобной сердцевины.




В противоположность им мембранные белки часто содержат гидрофобные лоскуты (рис.3).

Рис.3. Типичное распределение гидрофобных и гидрофильных боковых цепей в мембранных белках. Боковые цепи гидрофобных аминокислотных остатков преимущественно запрятаны внутри липидной части мембраны. Гидрофильные боковые цепи контактируют преимущественно с массой воды вне мембраны.

Третичная структура отражает информацию о трехмерном расположении элементов вторичной структуры в одиночной (автономной) белковой молекуле. Примеры удивительного разнообразия третичной структуры белков показаны на рис. 4-6.
Многие белки имеют в своем составе несколько полипептидных цепей. Такие белки называют олигомерными, а отдельные цепи – протомерами.
Взаимодействие протомеров осуществляется благодаря комплементарности их контактирующих поверхностей. Количество и порядок соединения протомеров в белке называется четвертичной структурой. На поверхности глобулы образуется участок, который может присоединять к себе другие молекулы, называемые лигандами. Центр связывания с лигандом, или активный центр, формируется из радикалов аминокислотных остатков, сближенных на уровне третичной структуры. В линейной пептидной цепи они

Рис.4. Примеры белков с преимущественно
·-спиральной вторичной структурой.



Рис.5. Примеры белков с преимущественно
·-листовой вторичной структурой.


Рис.6. Примеры белков со значительным количеством и
·-спирали и
·-структур.


могут находиться на расстоянии, значительно удаленном друг от друга. Белки проявляют высокую специфичность (избирательность) при взаимодействии с лигандами. Специфичность обеспечивается комплементарностью структуры активного центра белка структуре лиганда. Комплементарность – это пространственное и химическое соответствие взаимодействующих поверхностей. В основе функционирования белков лежит их специфическое взаимодействие с лигандами, которое возможно благодаря особенностям строения активного центра. В связи с этим, можно сказать, что в первичной структуре содержится информация о функции белка.
Взаимодействие белков с лигандами, как уже указывалось выше, специфично. Однако всегда можно подобрать другое вещество, которое также могло бы взаимодействовать с белком в активном центре или ином участке молекулы.
Вещество, взаимодействующее с белком и подавляющее его функцию, называется ингибитором
Вещество, по структуре похожее на природный лиганд, называют структурным аналогом лиганда или неприродным лигандом. Оно также взаимодействует с белком в активном центре.
Лиганд и ингибитор конкурируют друг с другом за связывание в одном центре связывания. Такие ингибиторы называются конкурентными.
Многие лекарственные препараты являются ингибиторами белковых функций. Некоторые из них получаются при химической модификации природных лигандов.

Установление первичной структуры белков

Установление первичной структуры природных белков важно не только с чисто научной точки зрения, но также позволяет приступить к химическому синтезу этих белков и проливает свет на причины некоторых заболеваний.
Аминокислотная последовательность белка может быть установлена с помощью расщепления белковой молекулы по Эдману. Метод основан на взаимодействии фенилизотиоцианата с
·-аминокислотами с образованием фенилтиогидантоиновых (ФТГ) производных. ФТГ-производные
·-аминокислот различаются по температурам плавления и по значению Rf в хроматографическом анализе (табл.4).
Таблица 4
Значения Rf на тонком слое силикагеля G ФТГ-производных некоторых
·-аминокислот
ФТГ-производные

·-аминокислот
Элюентные системы, объемные отношения


Хлороформ-метанол 9:1
Хлороформ – муравьиная кислота 20:1

Аланин
0,77
0,44

Аргинин
0,01
0

Лизин
0,78
0,34

Метионин
0,81
0,54

Пролин
0,89
0,70

Тирозин
0,59
0,22

Треонин
0,58
0,17




13 EMBED ISISServer 1415
Фенилизотиоцианат
·- аминокислота

13 EMBED ISISServer 1415
Тиогидантоиновый
фрагмент
Сущность метода состоит в последовательном отщеплении
·-аминокислот от полипептида, начиная с N- концевой
·-аминокислоты.

13 EMBED ISISServer 1415
Фенил- N-концевая
·-ами- «Меченый» тетра-
изотио- нокислота тетра- пептид
цианат пептид


13 EMBED ISISServer 1415
ФТГ-производное Трипептид

·-аминокислоты (укороченный пептид)

Образующиеся ФТГ-производные идентифицируют с помощью хроматографических методов.
В табл.4 находим ФТГ-производные
·-аминокислот по значениям Rf . По данным хроматографического анализа устанавливают какие
·-аминокислоты участвуют в образовании пептида. Например, нужно установить строение тетрапептида – тафтсина, недостаток которого в организме вызывает рецидивирующие гнойные процессы. Для определения его аминокислотного состава и аминокислотной последовательности используют последовательное расщепление тафтсина по методу Эдмана. Так, получены фенилтиогидантоиновые производные
·,
·
·,
·
·
·.
·
·, имеющие значения Rf : 0,58,0,78, 0,89, 0,01 соответственно (тонкослойная хроматография, силикагель G, элюент хлороформ – метанол 9:1). Пользуясь данными, представленными в таблице 4, устанавливаем, что в образовании тетрапептида участвовали следующие аминокислоты:
, 13 EMBED ISISServer 1415
I II
Треонин Лизин

13 EMBED ISISServer 1415 III IV
Пролин Аргинин

Таким образом, первичная структура тафтсина может быть представлена следующей формулой:


N-конец С-конец
13 EMBED ISISServer 1415
Треонил Лизил Пролил Аргинин

Тре-Лиз-Про-Арг (тафтсин).

. Тафтсин – тетрапептид, в котором
·-аминокислоты расположены в последовательности: Тре-Лиз-Про-Арг, т.е. это – треониллизилпролиларгинин.

Тема 1.1.3. Синтез пептидов
Образование пептидной связи между карбоксигруппой одной
·-аминокислоты и аминогруппой другой
·-аминокислоты протекает по механизму нуклеофильного замещения. Электрофильность субстрата (карбоксигруппы) не высока вследствие р,
·- сопряжения гидроксигруппы с карбонильной группой. Поэтому в реакциях, протекающих по механизму нуклеофильного замещения у тригонального атома углерода карбоксильной группы, необходимо использовать катализатор или активировать карбоксильную группу переводом ее в ангидрид или хлорангидрид.
В твердофазном синтезе пептидов
·-аминокислота, химически связанная с поверхностью твердого носителя (полимер) и имеющая свободную NH2 – группу, взаимодействует с другой молекулой
·-аминокислоты с защищенной аминогруппой и активированной карбоксильной группой.
13 SHAPE \* MERGEFORMAT 1415

Активация карбоксильной группы осуществляется путем взаимодействия с дициклогексилкарбодиимидом (ДЦГК) – соединением, содержащим кумулированные двойные связи между атомом углерода и атомами азота.

13 EMBED ISISServer 1415

Кумулированные двойные связи обладают повышенной реакционной способностью. При взаимодействии с кислотами ДЦГК образует промежуточные соединения, которые по химическому строению и реакционной способности подобны ангидридам.

13 EMBED ISISServer 1415

·- Аминокислота ДЦГК

13 EMBED ISISServer 1415
Промежуточный продукт

Реакционноспособный ангидрид вступает во взаимодействие с аминогруппой
·-аминокислоты, фиксированной на полимере.






13 EMBED ISISServer 1415

13 EMBED ISISServer 1415

13 EMBED ISISServer 1415

Пептидная N,N-Дицикло-
группа гексилмочевина

В твердофазном синтезе пептидов карбоксильная группа
·-аминокислот активируется путем взаимодействия с дициклогексилкарбодиимидом, что приводит к образованию высокореакционного ангидридоподобного промежуточного продукта, который и вступает в дальнейшее взаимодействие с
·-аминокислотой, фиксированной на твердой фазе.

Принципиальная схема синтеза пептидов
Для осуществления синтеза пептида с заданной последовательностью
·-аминокислот одной из операций является защита аминогруппы. С помощью реакции ацилирования в аминогруппу вводят электроноакцепторный заместитель, что приводит к снижению активности аминогруппы. Поскольку наилучшими ацилирующими реагентами являются ангидриды и хлорангидриды кислот, то они и применяются для защиты.
По окончании синтеза защиту снимают. Если защиту проводить ангидридами и хлорангидридами карбоновых кислот, то снятие защиты методом гидролиза в кислой среде может затронуть в синтезируемом пептиде пептидные связи. Поэтому указанные производные практически не используются для защиты.
Поиски производным хлорангидрида угольной кислоты, таким как карбобензоксихлорид С6Н5СН2ОСОСl и наиболее удобных реагентов привели к трет – бутоксикарбонилхлорид (СН3)3СОСОСl.

13 EMBED ISISServer 1415
Защищенная NH2-группа
R= C6 H5 CH2 - бензил
= (СН3)3 С -трет – бутил.
В случае использования карбобензоксихлорида защиту снимают путем восстановления водородом (гидрогенолиз) в присутствии платинового катализатора. При этом пептидная связь не затрагивается. трет-Бутоксикарбонильную группу (БОК-группа) снимают действием галогенводорода в уксусной кислоте.
Из названия синтезируемого дипептида Гли-Лей следует, что N-концевой
·-аминокислотой должен быть глицин, аминогруппа которого не будет участвовать в образовании пептидной связи. Для этого проведем ее защиту трет-бутоксикарбонилхлоридом.
13 EMBED ISISServer 1415 Глицин трет-Бутоксикар-
бонилхлорид (БОК)

13 EMBED ISISServer 1415
Защитная БОК-
группа
Следующий этап синтеза дипептида – активация карбоксигруппы N-защищенного глицина.
13 EMBED ISISServer 1415

·-аминокислота Активированная
защищенная с N-конца СООН-группа

Защиту карбокисгруппы другой
·-аминокислоты – лейцина – осуществляют с помощью реакции этерификации.
13 EMBED ISISServer 1415
Лейцин

13 EMBED ISISServer 1415
Защищенная
СООН-группа.
Синтез дипептида происходит путем взаимодействия глицина, защищенного по аминогруппе и активированного по карбоксильной группе.

13 EMBED ISISServer 1415

Защищенный дипептид Гли-Лей
Завершающей стадией является снятие защиты с амино- и карбоксигрупп. Сложноэфирную защиту снимают гидролизом в щелочной среде, так как пептидная связь в щелочной среде расщепляется труднее.

(СН3)3 С - О – СО – NH – СН2 – СО – NH – СН – СООС2Н5

СН2

(СН3)2СН

HBr , Снятие Н2О, ОН-
СН3СООН защиты


(СН3)2 СН=СН2 +СО2 + H2N–СН2–СО –NH –CH–COOH+C2H5OH

Изобутилен CH2

CH(CH3)2


Глицил Лейцин
Гли-Лей.
БОК-группу с аминогруппы снимают действием раствора галогенводорода в уксусной кислоте. Реакция протекает с образованием промежуточного продукта трет-бутилкатиона, превращающегося в изобутилен.

В классическом синтезе пептидов для защиты аминогруппы используется реакция ацилирования, которая протекает по механизму нуклеофильного замещения. В качестве ацилирующих реагентов на практике применяются производные хлорангидрида угольной кислоты – трет-бутоксикарбонилхлорид и карбобензоксихлорид.

Гидролиз пептидной связи
В основе расщепления белков лежит гидролиз пептидной связи. Пептидная группа в белках -CОNH- является N-замещенной амидной группой. Следовательно, для нее будут характерны все реакции, типичные для амидов. В амидной группе вследствие
·,
·-сопряжения аминогруппы с карбонильной группой электрофильность атома углерода сильно понижена.
13 EMBED ISISServer 1415
Поэтому большинство реакций амидов, в том числе гидролиз, протекает в присутствии катализаторов. Использование кислотного катализатора для гидролитического расщепления амидной связи, которое протекает по механизму нуклеофильного замещения, благоприятствует протеканию реакции.
В условиях живого организма катализатором реакции гидролиза являются ферменты протеазы. В лабораторных условиях гидролиз белка может быть осуществлен при кипячении с разбавленной минеральной кислотой (HСl, H2SO4).
Схематически гидролиз пептидной связи в белках можно представить следующим образом.





Пептидная Катали-
группа затор
13 EMBED ISISServer 1415
Полипептид
13 EMBED ISISServer 1415
13 EMBED ISISServer 1415


Реакция гидролитического расщепления белков протекает по механизму нуклеофильного замещения с использованием кислотного катализатора

Тема 1. 1.4. Физико-химические свойства белков и методы их разделения.
Индивидуальные белки различаются по физико-химическим свойствам:
Форме молекул;
Молекулярной массе;
Суммарному заряду, величина которого зависит от соотношения анионных и катионных групп аминокислот;
Соотношению полярных и неполярных радикалов аминокислот на поверхности молекул;
Степени устойчивости к воздействию различных денатурирующих агентов.
Растворимость белка зависит :
- от перечисленных выше свойств белков;
- от состава среды, в которой растворяется белок (величины рН, солевого состава, температуры, наличия других органических веществ, способных взаимодействовать с белком)
Изучение строения и свойств белков невозможно без их выделения из клетки и очистки от других белков и органических молекул.
Стадии выделения и очистки индивидуальных белков:
1.Разрушение клеток изучаемой ткани и получение гомогената.
2.Разделение гомогената на фракции центрифугированием, получение ядерной, митохондриальной, цитозольной или иной фракции, содержащей искомый белок
3. Избирательная тепловая денатурация – кратковременное нагревание раствора белков, при котором можно удалить часть денатурированных белковых примесей (в том случае, если белок относительно термостабилен)
4. Высаливание. Различные белки выпадают в осадок при разной концентрации соли в растворе. Белки с наименьшей растворимостью выпадают в осадок при небольшой концентрации солей.
5. Гель-фильтрация – метод молекулярного просеивания молекул через набухшие гранулы сефадекса (трехмерные полисахаридные цепи декстрана, имеющие поры).Чем меньше масса молекул, тем легче они проникают внутрь гранул и дольше там задерживаются, чем больше масса, тем быстрее они элюируются с колонки.
6. Ультрацентрифугирование – метод оседания белков под действием центробежной силы. Скорость оседания белков пропорциональна их молекулярной массе.
7. Электрофорез – метод, в основе которого лежат различия в скорости движения белков в электрическом поле. Эта величина пропорциональна заряду белков. Электофорез проводят на бумаге (скорость движения белков прямо пропорциональна только их заряду) или в полиакриламидном геле, имеющем определенную величину пор (скорость движения белков пропорциональна их заряду и молекулярной массе)
8.Ионообменная хроматография – метод фракционирования, основанный на связывании ионизированных групп белков с противоположно заряженными группами ионообменных нерастворимых полимеров. Прочность связывания белка со смолой пропорциональна заряду белка.
9.Афинная хроматография – специфический метод выделения индивидуальных белков. К инертному полимеру ковалентно присоединяется лиганд какого-либо белка.
10. Диализ – метод, основанный на использовании полупроницаемых мембран. Применяется для очистки белков от низкомолекулярных примесей, например от солей после высаливания.

Тема 1.1.5. Ферменты
Ферменты – белки, обладающие способностью эффективно катализировать биохимические процессы. Ферменты обычно проявляют каталитическую активность лишь по отношению к одному определенному реагенту. Роль катализатора выполняет участок молекулы фермента, который называется активным центром. Именно на нем происходит трехточечное связывание молекулы субстрата и ее трансформация. Активный центр фермента – это относительно небольшой участок, расположенный в узком гидрофобном углублении (щели) поверхности молекулы, непосредственно участвующий в катализе.
Активные центры ферментов образуются на уровне третичной структуры.
Ферментативный катализ требует точной пространственной организации больших ансамблей, построенных из аминокислотных остатков и их боковых групп. Такие ансамбли формируют как активные, так и регуляторные центры ферментов.
Активный центр, кроме каталитического участка, включает субстратсвязывающий участок, который отвечает за специфическое комплементарное связывание субстрата и образование фермент-субстратного комплекса; в активный центр фермента часто входит участок или домен (область полипептидной цепи белка, имеющая самостоятельную третичную структуру) для связывания кофактора.
Ферменты могут различаться по субстратной специфичности и обладать стереоспецифичностью ( взаимодействовать с определенным оптическим и геометрическим изомером), абсолютной (иметь только один субстрат), групповой или относительной специфичностью (взаимодействовать со многими веществами, имеющими похожую структуру).
Фундаментальный вывод о том, что в первичной структуре белка уже заложена информация о его конформации и функции, был сделан на основе способности некоторых ферментов, в частности рибонуклеазы, к спонтанной ренативации (самосборки) после удаления денатурирующего агента. Денатурация сопровождается потерей биологической активности:
Уникальная трехмерная структура каждого белка разрушается.
Разрушается активный центр связывания фермента с субстратом.
Создаются условия для агрегации белков. Агрегаты белков выпадают в осадок
При денатурации белков не происходит разрушения их первичной структуры.

Таблица 5
Реагенты и условия , вызывающие
денатурацию белков

Денатурирующие агенты
Особенности действия реагента

1
2

Высокая температура (выше 600С)
Разрушение слабых связей в белке

Кислоты и щелочи
Изменение ионизации ионогенных групп, разрыв ионных и водородных связей




1
2

Мочевина
Разрушение внутримолекулярных водородных связей в результате образования водородных связей с мочевиной

Спирт, фенол, хлорамин
Разрушение гидрофобных и водородных связей

Соли тяжелых металлов
Образование нерастворимых солей белков и ионов тяжелых металлов

Денатурация белков – это разрушение нативной конформации, вызванное разрывом слабых связей, стабилизирующих пространственные структуры, при действии денатурирующих агентов.


Сводка основных положений.
Аминокислоты являются мономерами, из которых построены молекулы белков.
Состояние аминокислоты в растворе определяется значением рН раствора.
Смесь аминокислот может быть проанализирована с помощью тонкослойной хроматографии (ТСХ), электрофореза или аминокислотного анализатора, в котором аминокислоты разделяются с помощью колоночной хроматографии.
Молекулы белков состоят из большого числа аминокислотных остатков, соединенных пептидными связями. Аминокислотная последовательность (первичная структура) определяет форму белковой молекулы и ее функции в организме.
Первичную структуру белка можно установить с помощью реакции расщепления белка по Эдману.
Ферменты – это глобулярные белки, которые катализируют биохимические реакции. Субстрат и фермент подходят друг к другу, как ключ к замку. Превращению предшествует образование фермент-субстратного комплекса. Ферменты как катализаторы чрезвычайно эффективны и избирательны.
Денатурация белков – разрушение их нативной конформации.

РАЗДЕЛ 1.2. ЗАДАЧИ И УПРАЖНЕНИЯ ПО ХИМИИ АМИНОКИСЛОТ, ПЕПТИДОВ И БЕЛКОВ»

Если величина рНI для какой-то аминокислоты равна 4,9, в какой форме будет находиться эта же аминокислота при следующих значениях рН: а) 2,0; б) 4,9; в) 8,5?
Две аминокислоты имеют значения рНI 4,8 и 5,5. Какая из них обладает большей электрофорети-ческой подвижностью при рН 6,5? В направлении какого электрода будут двигаться эти аминокислоты при рН 6,5?
Сравните направление движения в электрическом поле двух пептидов при рН 7,0 (к катоду или аноду):а) Вал – Глу – Ала; в) Лей – Асн – Арг.
Определите суммарный заряд пентапептида при рН 7,0: Глу – Арг – Лиз – Вал – Асп. Как изменится суммарный заряд этого пептида: a) при рН<<7,0; в) при рН >>7,0 .
Определите рН1 пептидов (>,< или =7,0): а) Про – Лиз – Тир –Гли – Три; б) Ала – Сер – Глу – Асн – Мет.
Сравните растворимость двух пептидов при рН 7,0: Сер – Цис – Глу – Тир – Асп; Вал – Арг – Мет – Фен – Тир.
Изобразите полную структурную формулу тетрапептида Tyr-Phe-Gly-Ser.Укажите N- и С- концы пептида, пептидные связи, пептидный остов и радикалы аминокислотных остатков. Напишите трехбуквенными символами и подсчитайте количество возможных вариантов тетрапептидов с аналогичным аминокислотным составом.
Почему мокрые волосы делаются длиннее? Ответ аргументируйте, используя данные о строении и структурной организации
·-кератина волос.
Изобразите структурные формулы: а) метионина; б) катиона метионина; в) аниона метионина; г) метионина в цвиттер-ионной форме.
Напишите схему реакции фенилизотиоцианата с аспарагиновой кислотой.
Дайте определение первичной структуры белка. Правильно ли утверждение, что 20 природных аминокислот обеспечивают структурное многообразие белков? Чем отличаются друг от друга первичные структуры разных индивидуальных белков.
Напишите формулу трипептида и назовите его, если в результате его деградации по Эдману получены ФТГ-производные в последовательности:

·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·Напишите строение ФТГ-производных
·-аминокислот, полученных деградацией по Эдману трипептидов Гис-Сер-Цис и Тир-Глу-Ала.
При анализе с помощью ТСХ (силикагель G, хлороформ-муравьиная кислота 20:1) ФТГ-производных трипептида получены следующие значения Rf : I – 0,44; II – 0,22; III – 0,54 (см. табл.4). Напишите формулу трипептида и назовите его.
.Изобразите структурные формулы гидантоинов, образующихся при расщеплении по Эдману белков, имеющих в качестве N-концевых аминокислот глутамин и изолейцин.
Изобразите структурные формулы четырех гидантоинов, которые последовательно образуются, если подвергнуть тетрапептид Tyr-Phe-Gly-Ser, полному расщеплению по Эдману.
Напишите схему реакции взаимодействия дициклогексилкарбодиимида с изолейцином.
Синтезируйте твердофазным способом дипептид Тир-Гис.
Используя классический метод защиты аминогруппы и активации карбоксигруппы, синтезируйте дипептид Асп-Фен.
В биосинтезе белка карбоксильная группа
·-аминокислоты активируется путем получения смешанного ангидрида с коферментом АТФ.
Какой способ активации карбоксильной группы применяется в твердофазном синтезе пептидов?
Запишите схематически реакцию, которую ускоряет трипсин. Укажите 4-х значный код фермента и оптимальные условия определения его активности. Какие факторы способствуют сохранению вторичной и третичной структуры трипсина как белка?
В ядерных белках-гистонах содержится большое количество аминокислотных остатков аргинина и лизина, а в белке крови альбумине - много остатков глутаминовой и аспарагиновой кислот. Ответьте на вопросы: а) в каких средах ( >,< или = 7,0 ) лежит рН1 этих белков? б) с какими из 2 белков может взаимодействовать Са2+?
Как на активность уреазы влияет высокая температура? При ответе используйте следующую последовательность рассуждений:
а) повышение температуры приводит к разрыву слабых связей;
б) изменяется конформация фермента, а следовательно, и активного центра;
в) количество активных молекул уменьшается.
Будет ли подвергаться действию уреазы тиомочевина? При ответе используйте знание структуры мочевины и тиомочевины. Сравните специфичность действия уреазы и трипсина.
.Какие дипептиды можно получить из метионина и гистидина? Напишите эти дипептиды, используя трехбуквенные обозначения кислот. Используя методы защиты и активации, синтезируйте один из дипептидов..
В биосинтезе белка имеется стадия защиты аминогруппы
·-аминокислоты с помощью кофермента ацетил-КоА. Какая химическая реакция, используемая в классическом синтезе пептидов, служит аналогом этой стадии? Используйте ее на примере синтеза дипептида Гли-Лей.
Укажите класс и предположите название ферментов, катализирующих следующие реакции.
13 EMBED ChemDraw.Document.6.0 1415
Пируват Оксалоацетат

13 EMBED ChemDraw.Document.6.0 1415
Фумарат Малат
К сведению, чтобы назвать ферменты по написанным реакциям, требуется:
- сравнить структуру субстратов и продуктов;
- определить тип превращения.
Изобразите резонансные структуры амидной группы глицилглицина. Следует ли ожидать, что вращение вокруг амидной связи С-N является свободным, или оно заторможено (имеется значительный барьер вращения)?
Изобразите схему образования водородной связи между группами R тирозина и треонина.
Напишите уравнение реакции взаимодействия глицина с нингидрином. Какими внешними признаками характеризуется реакция
·-аминокислот с нингидрином?
В состав многих белков входят остатки цистеина, SH-группы которых располагаются на поверхности молекул. При контакте белков с О2 воздуха происходит окисление SH-групп, в результате образуются дисульфидные связи, нехарактерные для нативной структуры белка (рис.). Почему функциональная активность белков при этом падает? Какое практическое применение имеет реакция
·-аминокислот с нингидри13 EMBED ChemDraw.Document.6.0 1415Рис. Окисление SH-групп белков кислородом воздуха.
Напишите схему взаимодействия глицина с азотистой кислотой. Назовите образовавшиеся соединения. Какое практическое применение имеет реакция аминокислот с азотистой кислотой?
Сравните строение и функции 2 гемсодержащих белков – миоглобина и гемоглобина – по следующей схеме: 1) сходство строения и функций; 2) особенности строения и функционирования; 3) лиганды; 4) сродство к кислороду;
Какой цвет характерен для растворов комплексных солей меди? Напишите схему взаимодействия глицина с карбонатом меди (II).
Напишите уравнение реакции взаимодействия
·-аланина с гидроксидом натрия. Почему изменяется окраска индикатора в ходе реакции? Способен ли
·-аланин взаимодействовать с хлорводородной кислотой?
Напишите уравнение реакции взаимодействия
·-аланина с хлорводородной кислотой. Почему изменяется окраска индикатора в ходе реакции? Способен ли
·-аланин взаимодействовать с гидроксидом натрия?
Ниже представлена схема строения белка, имеющего центр связывания с лигандом;

Акт.центр 13 EMBED ChemDraw.Document.6.0 1415
Нарисуйте лиганд, который мог бы специфично взаимодействовать с активным центром белка. Укажите на нем функциональные группы, способные образовать связи с радикалами аминокислотных остатков, входящих в состав активного центра белка.
Напишите уравнение реакции взаимодействия тирозина с концентрированной азотной кислотой. Какие
·-аминокислоты будут давать подобную реакцию? Почему при добавлении аммиака окраска полученного раствора изменяется от желтой в оранжевую?
Напишите схему взаимодействия цистеина с ацетатом свинца (II). Какое практическое применение имеет реакция цистеина с Pb2+?
Напишите схему образования биурета Каковы внешние признаки положительной биуретовой реакции? Наличием какой группировки в белках обусловливается эта реакция? Сравните чувствительность методов определения белка по биуретовой реакции и Лоури.
Какие
·-аминокислоты в составе белка можно открыть с помощью ксантопротеиновой реакции, ацетатом свинца? Напишите в общем виде схемы реакций.
Напишите схемы реакций солеобразования лейцина, изолейцина, лизина, треонина, валина, аспарагиновой кислоты с разбавленным раствором серной кислоты и с разбавленным раствором щелочи.
Напишите схемы реакций взаимодействия фенилаланина, серина, глицина с сульфатом меди (II) в щелочной среде, этиловым спиртом в кислой среде, формальдегидом.
Напишите реакции декарбоксилирования и дезаминирования (окислительного и неокислительного), протекающие in vitro и in vivо, лизина, тирозина, триптофана, гистидина, глутаминовой кислоты.
Напишите схемы реакций трансаминирования глицина, изолейцина, серина, цистеина с
·-кетоглутаровой и щавелевоуксусной кислотами.
Проведите синтез дипептидов Ала-Гли, Вал-Лей, Иле-Тре, Тре-Мет, Фен-Гис, Тир-Сер с использованием операций активации и защиты.
Напишите структуру и определите рН среды, в которой находится изоэлектрическая точка трипептидов Тре-Фен-Тир, Гис-Ала-Мет, Вал-Фен-Лей, Сер-Ала-Цис.
Определите N-концевую аминокислоту в пептидах Лей-Иле-Фен, Сер-Гли-Тре, Гли-Ала-Мет методом деградации по Эдману.
Дайте определение вторичной структуры белков. Представьте схематично вид
·-спирального и
·-структурного участков полипептидной цепи. Какими видами взаимодействия определяется их стабилизация? Покажите образование водородных связей на участке полипептидной цепи Вал-Гли-Тир-Лей-Ала.
К какому виду взаимодействия могут приводить пространственно сближенные
·-аминокислотные остатки двух молекул цистеина; лизина и аспарагиновой кислоты; лизина и глутаминовой кислоты?
При отравлении хлоридом ртути (II) в качестве противоядия при первой помощи используют яичный белок. Какое химическое взаимодействие лежит в основе обезвреживания сулемы (хлорида ртути)?
Фермент тиоредоксин содержит дисульфидную связь. Напишите реакцию восстановления тиоредоксина с помощью глутатиона, представив тиоредоксин в схематическом виде.
В практике известны случаи отравления отработанным фиксажем для фотографии, в котором имеются соли серебра. Какой из белков – глобулин (pI 5,43) или гемоглобин (pI 6,8) - денатурируется в первую очередь при отравлении солями серебра? Напишите схему взаимодействия солей серебра с наиболее активным белком.
Одной из функций глутатиона в организме является разложение пероксида водорода. Напишите схему окисления глутатиона перокисдом водорода.
Какой вывод можно сделать исходя из длины C-N связи в пептидной группе относительно прочности этой связи и ее кратности?
Если шерстяную вещь постирать в горячей воде, затем высушить она становится меньше. Исходя из того, что известно о структуре
· – кератина, как объяснить это явление? Вместе с тем шелк при тех же условиях не дает такой усадки. Объясните почему?
Чем отличается процесс денатурации от минерализации? Мышьяковистый ангидрид применяют в стоматологической практике для некротизации пульпы. На чем основано это действие?
Большая часть белков растворяются в 0,1н (NH4)2SO4 , но выпадают в осадок, если концентрация (NH4)2SO4 повышается до 3М. После удаления избытка (NH4)2SO4 путем диализа белки снова растворяются. Попытайтесь объяснить на молекулярном уровне почему добавление солей в высоких концентрациях приводит к понижению растворимости белка.
Белки клеток, находясь в водном растворе, приобретают конформацию, при которой большая часть гидрофобных радикалов ориентирована внутрь молекулы. Многие же антисептические средства содержат в своем составе гидрофобные группы.
А) Объясните возможный механизм их бактерицидного действия.
Б) Сравните строение 2 антисептических средств. Какой из препаратов лучше растворяется в воде?
13 EMBED ChemDraw.Document.6.0 1415
Фенол Резорцин
Какой из них должен оказывать более сильное бактерицидное действие?
Широко используемые в медицине сульфаниламидные препараты имеют общую формулу:
13 EMBED ChemDraw.Document.6.0 1415
Где R: если Н – белый стрептоцид, если СОСН3- альбуцид, если 13 EMBED ChemDraw.Document.6.0 1415- сульгин
С каким компонентом этих лекарственных средств связана их антибактериальная активность?
Чем отличается процесс гидролиза от денатурации? Протеолитические ферменты, катализирующие гидролиз пептидных связей, например трипсин и субтилизин, различаются по субстратной специфичности. Обратите внимание на аминокислоты, участвующие в образовании пептидных связей, гидролизуемых указанными ферментами. Объясните, какой из этих ферментов, демонстрирующих групповую специфичность, обладает узкой, а какой – наиболее широкой субстратной специфичностью.
Трипсин (фермент пищеварительного тракта):
13 EMBED ChemDraw.Document.6.0 1415
Арг(Лиз) Любой аминокислоты
Тромбин (фермент свертывания крови):
13 EMBED ChemDraw.Document.6.0 1415
Арг Гли
Субтилизин (бактериальный фермент):
13 EMBED ChemDraw.Document.6.0 1415
Любой аминокислоты Любой аминокислоты
Чем отличается процесс минерализации от гидролиза? Опишите механизм кислотного гидролиза дипептида Тир-Асп.
Рассмотрите строение фолиевой кислоты, принимающей участие в функционировании ряда ферментов:
13 EMBED ChemDraw.Document.6.0 1415 Птерин Парааминобензойная к-та Глутаминовая к-та
Какой компонент этого витамина является структурным аналогом сульфаниламида? Синтез фолиевой кислоты важен для роста и размножения бактерий, в том числе патогенных (стафилококков, гонококков и др.). Объясните, почему сульфаниламидные препараты вызывают гибель бактерий и могут использоваться в качестве лекарств.
Укажите наиболее вероятное расположение (внутри или на поверхности молекулы нативного глобулярного белка) аминокислотных остатков аспарагиновой кислоты, лейцина, серина, валина, глутамина и лизина.
Пепсин желудочного сока (рН 1,5) имеет изоэлектрическую точку около 1, т.е. намного ниже чем другие белки. Какие функциональные группы должны присутствовать в пепсине в относительно большом числе, чтобы этот фермент мог иметь такую низкую изоэлектрическую точку? Какие аминокислоты имеют эти группы в своем составе?
Белок рибонуклеаза содержит одну полипептидную цепь, содержащую 124 аминокислотных остатка, имеет 4 поперечные дисульфидные связи, образованные остатками цистеина. При нагревании рибонуклеазы до достаточно высоких температур ее полипептидная цепь разворачивается в результате чего теряется ферментативная активность. После быстрого охлаждения ее ферментативная активность восстанавливается. Можете ли указать основу такого поведения?
К какому виду взаимодействия могут приводить пространственно сближенные аминокислотные остатки двух молекул аспарагиновой кислоты, содержащихся в полипептидной цепи белка?
Одним из стандартных способов разрыва дисульфидных мостиков, образующихся в белках, состоит в обработке белка избытком 2-меркаптоэтанола HS – H2C – CH2 – OH. Объясните, на чем основан этот способ?
Укажите, где в изображенном ниже участке белковой молекулы возможно образование изгибов или поворотов цепи. Где могут образоваться внутрицепочечные дисульфидные поперечные связи:
Изолейцин – аланин – гистидин – тирозин – глицин – пролнн – фенилаланин – глутаминовая кислота – метионин – лизин – аргинин – аланин – глутаминовая кислота – аспарагиновая кислота – фенилаланин – триптофан – тирозин – пролин?
Укажите наиболее вероятное расположение (внутри или на поверхности молекулы глобулярного белка) аминокислотных остатков участка белковой молекулы:
Изолейцин – аланин – гистидин – тирозин – глицин – пролнн – фенилаланин – глутаминовая кислота – метионин – лизин – аргинин – аланин – глутаминовая кислота – аспарагиновая кислота – фенилаланин – триптофан – тирозин – пролин?
Сколько пептидов образуется при действии химотрипсина на полипептид следующего строения: арг-тир-лиз-цист-фен-трип-сер-ала-тре-гли.
Сравните структуру прозерина (антихолинэстеразного препарата) и ацетилхолина (медиатора, осуществляющего передачу нервных импульсов в холинэргических нервах);
13 EMBED ChemDraw.Document.6.0 1415 Прозерин
13 EMBED ChemDraw.Document.6.0 1415 Ацетилхолин
Наличие каких групп позволяет отнести эти вещества к структурным аналогам? Укажите вид ингибирования холинэстеразы прозерином. Подтверждением диагноза миастении – заболевания, характеризующегося мышечной слабостью и патологической утомляемостью, служит улучшение состояния пациента после внутримышечного введения прозерина. Почему состояние больного при этом улучшается? .
Какие
·-аминокислоты можно открыть с помощью ксантопротеиновой реакции в белке следующего состава: [гли – сер – ала – тир – цис – трип – вал]n ?
Специфичность взаимодействия белков с лигандом обеспечивается комплементарностью структуры центров связывания структуре лиганда.
В активный центр белка входят 4 аминокислотных остатка (см. схему активного центра белка). Какой из указанных лигандов с наибольшей вероятностью будет взаимодействовать с активным ценром данного белка и почему?
13 EMBED ChemDraw.Document.6.0 1415 13 EMBED ChemDraw.Document.6.0 1415
13 EMBED ChemDraw.Document.6.0 1415 13 EMBED ChemDraw.Document.6.0 1415
Лиганды
Активный центр13 EMBED ChemDraw.Document.6.0 1415
Какие типы связей возникают в процессе образования комплекса белок-лиганд? Какой из указанных лигандов с наибольшей вероятностью может быть ингибитором функции данного белка и почему?
Сколько пептидов образуется при действии пепсина на полипептид следующего строения: арг-тир-вал-мет-цис-ала-гли-глу-тре-гис.
Какие факторы способствуют сохранению вторичной структуры антител – специфических белков, вырабатываемых В-лимфоцитами в ответ на попадание в организм чужеродной структуры, называемой антигеном. Почему антитела называют специфическими белками, какой участок антитела отвечает за это свойство?
Основная функция белка – гемоглобина А (НbА) – транспорт кислорода к тканям. Известны множественные формы этого белка с измененными свойствами и функциями, так называемые аномальные гемоглобины. Например, установлено, что гемоглобин S, обнаруженный в эритроцитах больных серповидно-клеточной анемией (НbS), имеет низкую растворимость в условиях низкого парциального давления кислорода (как это имеет место в венозной крови). Это приводит к образованию агрегатов данного белка. Белок теряет свою функцию, выпадает в осадок , а эритроциты приобретают неправильную форму (в виде серпа) и быстрее обычного разрушаются в селезенке. В результате развивается серповидно-клеточная анемия. Единственное различие в первичной структуре НbА и НbS обнаружено в N-концевом участке
·-цепи гемоглобина.
Сравните последовательность аминокислот N-концевого участка НbА и НbS;
Напишите формулы аминокислот, по которым различаются НbА и НbS, сравните свойства этих аминокислот (полярность, заряд);
Сделайте вывод о причине снижения растворимости НbS.
НbА: Вал – Гис – Лей – Тре – Про – Глу – Глу - Лиз-
1 2 3 4 5 6 7 8
НbS: Вал – Гис – Лей – Тре – Про – Вал – Глу - Лиз-
1 2 3 4 5 6 7 8

Молекулы гемоглобина здорового человека и больного серповидноклеточной анемией отличаются аминокислотным составом. Почему замена лишь одного аминокислотного остатка в
·-цепи (глутаминовой кислоты на валин) приводит к изменению строения гемоглобина? В чем основное различие в строении R-группы валина и глутаминовой кислоты?
Выберите методы, с помощью которых можно разделить смесь белков на индивидуальные белки, укажите физико-химические свойства белков, лежащие в основе каждого метода.
Таблица 6
Характеристики белков
Название белка
Молекулярная масса, Д
ИЭТ

Церулоплазмин
151 000
4,4


·-Глобулин
150 000
6,3


·-Лактоальбумин
37 000
5,2


Для лечения длительно не заживающих ран используют мази, в состав которых входит трипсин, гиалуронидаза и некоторые другие протеолитические ферменты. На чем основано их лечебное действие?
Сравните аминокислотные последовательности и функции 2 сходных по структуре и эволюционно близких пептидных гормонов нейрогипофиза млекопитающих – окситоцина и вазопрессина (см.табл.5).
Сравните состав и последовательность аминокислот 2 пептидов;
Найдите сходство первичной структуры 2 пептидов и сходство их биологического действия;
Найдите различие в структуре 2 пептидов и различие их функций;
Сделайте вывод о влиянии первичной структуры пептидов на их функции
.
Таблица 7
Структура и функции окситоцина и вазопрессина
Гормон
Структура
Физиологическое действие

Окситоцин
Цис-Тир- Иле- Глн-Асн-
1 2 3 4 5
Цис-Про-Лей ГлуNH2
-6 7 8 9
Сокращение гладкой мускулатуры матки

Вазопрессин
Цис-Тир- Фен- Глн-Асн-
1 2 3 4 5
Цис-Про-Арг ГлуNH2
-6 7 8 9
Антидиуретическое и сосудосуживающее



Напишите строение соединений образующихся при кипячении в течение 24 часов с 6н HCl тетрапептида Тир-гис-лиз-мет.
Определите последовательность аминокислот в гексапептиде, используя следующие данные:
изучение аминокислотного состава пептида показало наличие в нем Ала, Гис, Вал, Глу, Сер, Лей;
N-концевой аминокислотой данного пептида является Сер;
Частичным гидролизом получены 4 фрагмента данного пептида, где через запятую даны аминокислоты, порядок соединения которых не установлен. а через тире – аминокислоты, связанные друг с другом пептидной связью: Сер-Гис; Вал-Глу; Гис-(Лей, Вал, Глу); Вал-(Глу, Ала)

Расщепление белков в организме происходит под действием специальных ферментов (протеазы). Химической основой действия протеаз является реакция гидролиза белков. Объясните механизм гидролиза белковой молекулы.
Сравните каталитическую эффективность действия ферментов, используя данные представленные ниже.
Таблица 8
Характеристика ферментов
Фермент
Константа скорости реакции*


в отсутствие ф-та, с-1

в присутствии ф-та, с-1

Карбангидраза (гидролиз Н2СО3)
1,3·10-1
106

Триозофосфатизомераза (ускоряет превращение триоз в гликолизе)
4,3 ·10-6
4300

Карбоксипептидаза А (пептидаза)
3,0·10-9
578

*Константа скорости химической реакции есть скорость этой реакции при условии, что концентрации реагирующих веществ равны 1. Скорость химической реакции определяется как изменение концентрации субстрата или продукта за единицу времени (t). В таблице приведены ферменты, катализирующие реакции первого порядка, для таких реакций константа скорости не содержит размерность концентрации субстрата и имеет размерность t-1.
Для проведения сравнительного анализа ответьте на следующие вопросы:
а) Какая из реакций протекает наиболее медленно?
б) Рассчитайте, во сколько раз увеличивается скорость этих реакций в присутствии ферментов; для этого разделите константу скорости реакции с ферментом на константу скорости в отсутствие фермента.
В) Какой фермент обладает наибольшей эффективностью действия?
Назовите коферменты, структура которых изображена схематически ниже:
а) изоаллоксазин – рибитол – фосфорный остаток – фосфорный остаток – рибоза аденин;
б) тиэтаноламин – пантотеновая кислота – фосфорный остаток – фосфорный остаток – фосфорибоза – аденин.
Ознакомьтесь с рисунком 7 , на котором показано многоточечное комплементарное взаимодействие глюкозы (S) с полярными группами аминокислот субстратсвязывающего центра глюкокиназы. Глюкокиназа – изофермент печени, катализирующий реакцию фосфорилирования глюкозы:
Глюкоза +АТР
· Глюкозо-6-фосфат + АDР
А. Какие аминокислотные остатки образуют ансамбль аминокислот субстратсвязывающего центра этого фермента? Охарактеризуйте полярность их радикалов. Б.Какие связи образуются между глюкозой и функциональными группами аминокислот?
Используя информацию, представленную на рисунке, подтвердите, что субстратсвязывающий центр глюкокиназы формируется на уровне третичной структуры, а связывание глюкозы многоточечное и комплементарное.
13 EMBED ChemDraw.Document.6.0 1415 Рис.7. Взаимодействие глюкозы в субстратсвязывающем центре глюкокиназы.

В клетке кишечной палочки содержится 106 молекул белка со средней молекулярной массой, равной 40 000. Вычислите общую длину всех полипептидных цепей, находящихся в одной клетке кишечной палочки, если полипептидные цепи имеют
·-спиральную конфигурацию.(Ответ: 5,2 см )
Вычислите в нанометрах длину молекулы рибонуклеазы, содержащей 124 аминокислотных остатка, если она: а) существует полностью в
·-спиральной конфигурации ; б) совершенна линейна; в) доля спиральной конфигурации равна 17%.( Ответ: 18,6 нм;44,64 нм;40,23 нм )
Белковая часть вируса табачной мозаики состоит из 2130 субъединиц, относительной молекулярной массой 17 500 каждая. Вычислите общую длину всех полипептидных цепей, если доля спиральной конфигурации в них равна 30%. (Ответ: 9,6·10-3 см)
Число нейтральных, основных и кислых аминокислотных остатков в составе лизоцима, рибонуклеазы и цитохрома с таково:
Таблица 9
Количество аминокислотных остатков в ферментах
Наименова-ние фермента
Аминокислотные остатки


всего
нейтральные
основные
кислые

Лизоцим
129
38
17
37

Рибонуклеа-за
124
36
18
27

Цитохром с
107
45
18
21


Рассчитайте процентное содержание неполярных, основных и кислых аминокислотных остатков от общего числа аминокислотных остатков в составе указанных белков и выведите закономерности состава перечисленных ферментов в этом отношении.
92. Эфиры
· - аминокислот являются более летучими соединениями, чем сами аминокислоты. Объясните причину этого. Однако эфиры аминокислот не могут быть подвергнуты перегонке, так как при этом претерпевают химические превращения. Например, из метилового эфира валина при перегонке образуется вещество состава С10Н18N2O2. Какое строение имеет этот продукт?
93. L-Глутаминовая кислота при нагревании превращается не в дикетопиперазин, образующийся обычно при нагревании
· – аминокислот, а в другое циклическое соединение, называемое пироглутаминовой кислотой. Напишите структуру и определите, функциональным производным какой природной аминокислоты является это циклическое соединение.
94. Из аминокислот могут быть получены многие производные по карбоксильной группе, но не галогенангидриды. Объясните причину этого. Напишите схему реакции получения хлорангидрида N-защищенной аминокислоты. Можно ли из этого соединения получить хлорангидрид аминокислоты.
95.Лидокаин, применяемый в качестве местного анестезирующего средства, является гидрохлоридом 2, 6- диметиланилида N, N-диэтилглицина. Приведите структуру этого соединения и предложите схему его получения, исходя из N, N-диэтилглицина и соответствующего амина. Можно ли на стадии ацилирования опустить операцию защиты аминогруппы в аминокислоте?
96. Определите концентрацию аланина в водном растворе, если при взаимодействии 100 мл этого раствора с избытком нитрита натрия в кислой среде выделилось 112 мл газа при нормальных условиях. Напишите схему этой реакции и опишите ее механизм.
97. Простейший метод анализа аминокислотного состава с помощью реакции полного гидролиза непригоден для определения последовательности аминокислот (даже в дипептидах). Укажите причину этого. Выберите из предложенных последовательностей реакций правильный путь определения первичной структуры дипептида и напишите схемы реакций, лежащих в его основе:
а) этерификация с последующим гидролизом и анализом продуктов гидролиза;
б) ацилирование уксусным ангидридом с последующим гидролизом;
в) ацилирование бензилоксикарбонилхлоридом с последующим гидролизом;
г) взаимодействие с 2,4-динитрофторобензолом и последующим гидролизом.
98. Фармакопейные методы анализа серосодержащих аминокислот – цистеина и метионина – основаны на их окислении соответственно иодом и иодохлором. Напишите уравнения обеих реакций. Объясните различный характер окисления серосодержащих функциональных групп в молекулах цистеина и метионина.
99. Напишите схемы последовательно протекающих реакций получения валина из изовалериановой кислоты через промежуточное образование
· – галогенокарбоновой кислоты. На последней стадии опишите механизм реакции и укажите побочные продукты.
100. Предложите путь синтеза фенилаланина, исходя из малонового эфира с использованием реакции Габриэля на одной из стадий синтеза.




ЧАСТЬ
·
· «КРАТКИЙ КУРС С УПРАЖНЕНИЯМИ И ЗАДАЧАМИ ПО ХИМИИ ЛИПИДОВ»

РАЗДЕЛ 2.1. КРАТКИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ О ЛИПИДАХ

Цели изучения
1.Выяснить, какие группы соединений принадлежат к классу липидов.
2.Познакомиться с влиянием структуры остатков жирных кислот на физические свойства и качество жиров и масел.
3. Научиться составлять названия ацилглицеринов .
4.Изучить некоторые реакции липидов.
5.Познакомиться со строением и свойствами липидов, отличных от ацилглицеринов и составляющих химическую основу структуры биологических мембран.

Тема 2.1.1. Жирные кислоты

Липиды представляют собой класс биомолекул, разнообразные по строению, но обладающие таким общим свойством как гидрофобность. Благодаря этому свойству они образуют структуры изолированные от воды.
Липиды присутствуют в организмах различного происхождения: растительных, животных, бактериальных. Они входят в состав всех структурных элементов клетки. По своим биологическим функциям липиды подразделяются на три основные группы: 1) структурные и рецепторные компоненты мембран и клеточных поверхностей; 2) запасные энергетические вещества;3) сигнальные и транспортные соединения.
Основными гидрофобными компонентами липидов являются высшие жирные кислоты, присутствующие в виде сложных эфиров или амидов. Жирнокислотный состав липидов различных классов отличается разнообразием. Известно более 200 жирных кислот, отличающихся длиной цепи, числом и положением двойных связей, их конфигурацией, а также присутствием функциональных групп. В таблицах №10,№11,№12 представлены основные жирные кислоты (насыщенные, ненасыщенные, окси- и кетокислоты), входящие в состав природных липидов.
Таблица 10
Насыщенные жирные кислоты, входящие в состав природных липидов
Кислота
Общее число атомов углерода
Природный источник

1
2
3

н-Бутановая (масляная)
4
Сливочное масло

н-Гексановая
( капроновая 0
6
Пальмовое и кокосовое масла, жир молока

н-Октановая
( каприловая)
8
Кокосовое и пальмовое масла, жир молока, масло некоторых семян

1
2
3

н-Декановая (каприновая)
10
Сливочное и кокосовое масла и др.

н-Додекановая (лауриновая)
12
Жир молока, кокосовое масло, масло семян лавра, пальмовое масло

н-Тетрадекановая (миристиновая)
14
Второстепенный компонент основных животных и растительных жиров; масло мускатного ореха и др.

н-Гексадекановая (пальмитиновая)
16
Основной компонент триацилглицеридов масел и животных жиров, а также фосфо - и гликолипидов различного происхождения

н-Октадекановая (стеариновая)
18
Обычно присутствует вместе с пальмитиновой кислотой; основной компонент некоторых растительнх масел и многих животных жиров, фосфо - и гликолипидов различного происхождения

н-Эйкозановая (арахиновая)
20
Арахисовое масло, и др.

н-Докозановая (бегеновая)
22
Арахисовое, горчичное масла и др., мозг

н-Тетракозановая (лигноцериновая)
24
Арахисовое масло, основные природные жиры

н-Гексакозановая
26
Пчелиный воск, воск льна, шерсти, мозг

н-Октакозановая
28
Основные воска

Триаконтовая (мелиссовая)
30
Пчелиный воск, различные растительные и минеральные воска


Все ненасыщенные метиленразделенные жирные кислоты в зависимости от положения двойной связи по отношению к некарбоксильному концу делят на три типа: типы олеиновой, линолевой и линоленовой кислот ( табл.11) .
Таблица 11
Природные ненасыщенные жирные кислоты
Кислота
Общее число атомов углерода
Х
У
Природный источник

1
2
3
4
5

Тип олеиновой кислоты: СН3(СН2)7(СН=СНСН2)х (СН2)у СООН
Октадецен-9-овая (олеиновая)
18
1
6
Основные жиры и масла

Докозен-13-овая (эруковая)
22
1
10
Масло семян горчицы

Тетракозен-15-овая (нервоновая)
24
1
12
Цереброзиды спинного мозга

Октадекадиен-6,9-овая
18
2
3
Жир сельди

Эйкозадиен-8,11-овая
20
2
5
Печень быка

Эйкозатриен-5,8,11-овая
20
3
2
Фосфолипиды мозгаё печени

Докозадиен-10,13-овая
22
2
7
Жир сельди

Докозатриен-7,10,13-овая
22
3
4
Фосфолипиды мозга

Тип линолевой кислоты: СН3(СН2)4(СН=СНСН2)х (СН2)у СООН
Октадекадиен-9,12-овая (линолевая)
18
2
6
Большинство растительных масел, фосфолипиды животного организма

Октадекатриен-6,9,12-овая (Ґ-линоленовая)
18
3
3
Растительные масла

1
2
3
4
5

Эйкозадиен-11,14-овая
20
2
8
Фосфолипиды печени быка

Эйкозатриен-8,11,14-овая
20
3
5
Фосфолипиды печени быка, гликофосфолипиды мозга

Эйкозатетраен-5,8,11,14-овая (арахидоновая)
20
4
2
Фосфолипиды печени, мозга, поджелудочной железы млекопитающих

Докозатетраен-7,10,13,16-овая
22
4
4
Фосфолипиды печени быка

Докозапентаен-4,7,10,13,16-овая
22
5
1
Липиды мозга и надпочечной железы

Тетракозатетраен-9,12,15,18-овая
24
4
6
Липиды мозга

Тип линоленовой кислоты: СН3СН2(СН=СНСН2)х (СН2)у СООН
Октадекатриен-9,12,15-овая (линоленовая)
18
3
6
Большинство растительных масел, фосфолипиды животного организма

Октадекатетраен-6,9,12.15-овая
18
4
3
Жир сельди

Эйкозатетраен-8,11,14,17-овая
20
4
5
Фосфолипиды печени

Эйкозапентаен-5,8.11,14,17-овая
20
5
2
Жир печени акулы и быка

Докозагексаен-4,7,10,13,16,19-овая
22
6
1
Фосфолипиды печени быка,мозга

Тетракозагексаен-4,8,12,15,18,21-овая (низиновая)
24
6
3
Печень трески,жир сардин


Кроме того, из разнообразных природных источников выделены насыщенные и ненасыщенные окси- и кетокислоты (табл.12).
Таблица 12
Основные природные окси- и кетокислоты

Кислота
Структурная формула
Природный источник

1
2
3

12-Оксиоктадецен-9-овая (рицинолевая)
СН3(СН2)5СН (ОН)СН2СН=СН(СН2)7СООН
Касторовое масло (90 %), второстепенный компонент некоторых других масел

9-Оксиоктадецен-12-овая
СН3(СН2)4СН=СН(СН2)2СН(ОН) (СН2)7СООН
Масло семян Strophanthus Sarmentosus

18-Оксиэлео-стеариновая
НОСН2 (СН2)3(СН=СН)3(СН2)7СООН
Масло Kamala

9,10-Диоксистеариновая
СН3(СН2)7СН(ОН)-СН(ОН)(СН2)7СООН
Касторовое масло

-Окситетракозановая (цереброновая)
СН3(СН2)21СН(ОН)СООН
Липиды мозга

2-Оксигексакозановая
СН3(СН2)23СН(ОН)СООН
Липиды мозга

2-Оксидокозановая
СН3(СН2)19СН(ОН)СООН
Липиды мозга

2-Окситетракозен-9-овая (оксинервоновая)
СН3(СН2)13СН=СН(СН)6СН(ОН)СООН
Липиды мозга

4-Кетооктадекатриен-9,11,12-овая (ликановая)
СН3(СН2)3(СН=СН)3(СН2)4СО(СН2)2СООН
Масло семян Coulpragrundiflora

Тема 2.1.2. Триацилглицерины

Липиды образуются в результате реакции этерификации: нуклеофильного замещения гидроксид- иона ОН- у sp2-гибридизованного атома углерода карбоксильной группы жирной кислоты на эпоксид-ион спирта.. В присутствии катализатора, роль которого выполняют сильные кислоты, гидроксильная группа переводится в хорошо уходящую группу (нейтральную молекулу воды) и замещается на другой нуклеофил, являющийся по сравнению с ней плохой уходящей группой, с образованием сложных эфиров (или амидов). Вместе с тем реакции замещения у sp2-гибридизованного атома углерода карбоксильной группы по своему результату могут рассматриваться как реакции ацилирования (относительно участвующего во взаимодействии нуклеофильного реагента), поскольку они сопровождаются введением в молекулу нуклеофильного реагента – ацильной группы R-CO- . Важнейшие ацильные группы – ацетил CH3CO-, формил HCO-, бензоил C6H5CO.






13 EMBED ISISServer 1415

13 EMBED ISISServer 1415

13 EMBED ISISServer 1415

13 EMBED ISISServer 1415

Липиды, состоящие из 2-х компонентов, например, из спирта глицерина и карбоновой кислоты, относятся к простым. Их общее название - ацилглицерины. Название конкретного ацилглицерина формируется путем перечисления ацильных остатков с окончанием –оил и добавлением слова «глицерин». Ацильный остаток стеариновой кислоты называется стеароил,пальмитиновой – пальмитоил, олеиновой – олеоил .
Тема 2.1.3.. Липиды, отличные от триацилглицеринов
Липиды, состоящие из 3-х и более компонентов, относятся к сложным. Кроме спирта глицерина, карбоновой кислоты они содержат и другие вещества, например, фосфорную кислоту, углеводы и другие соединения. В качестве соединений, содержащих ОН- группы, выступает не только 3-х атомный спирт глицерол, но и аминоспирт сфингозин. Когда к одному из трех углеродных атомов в глицероле или сфингозине присоединена полярная группа, такой липид называют амфипатическим. Для амфипатических липидов характерно наличие длинного гидрофобного хвоста и полярной головки, которая может нести заряд. Часто к фосфатной группе бывает присоединено азотсодержащее основание: при этом образуется полярная головка с двойным зарядом (+ и -) которая, хотя и является полярной при физиологических значениях рН может быть электрически нейтральной. Данные соединения обладают специфической способностью вступать как в гидрофильные, так и гидрофобные взаимодействия Основу биологических мембран составляет двойной липидный слой, в формировании которого участвуют амфипатические липиды. Основной класс амфипатических ацилглицеролов – это фосфоглицериды. Неглицероловые амфипатические липиды представлены 3-мя основными классами – цереброзидами, фосфосфинголипидами и ганглиозидами. Общие схемы их получения (1-4) показаны ниже.
13 EMBED ISISServer 1415

13 EMBED ISISServer 1415

13 EMBED ISISServer 1415

13 EMBED ISISServer 1415
Таблица 13
Некоторые, распространенные полярные группы R, встречающиеся в фосфолипидах
Структура
Название

РО32 -О-СН2- СН2-N-(СН3)3
фосфорилхолин

РО32 -О-СН2- СН2-NН2
фосфорилэтаноламин

РО32 -О-СН2- СНNН2-СООН
Фосфорилсерин

РО32 -О-СН2-СНСН3 СНNН2-СООН
Фосфорилтреонин

РО32 -О-СН2-СНОН-СН2ОН
фосфорилглицерин

РО32 -О-С6Н11О5
Фосфорилглюкоза

РО32 -О-СН2- СН2-NН-(СН3)2
Фосфорил-N, N-диметилэтаноламин

.
Биологические мембраны или ансамбли липидных молекул играют важную роль не только в структурной организации клеток и клеточных органелл,
Вне мембран амфипатические липиды встречаются редко но и в их функционировании.
Таблица 14
Основные мембраны эукариотической клетки и их функции
Компонент клеточной структуры
Биологическая роль

1
2

Плазматическая мембрана
Обеспечивает перенос веществ из межклеточной среды в клетку и в обратном направлении, электрическую возбудимость, посредством белков-рецепторов взаимодействие клетки с гормонами и другими регуляторными молекулами, межклеточные взаимодействия

Ядерная мембрана
Окружает ядерный материал, состоит из внешней и внутренней мембран, имеет поры, через которые проникает RHK из ядра в цитоплазму, а регуляторные белки – из цитоплазмы в ядро

Эндоплазматический ретикулум (ЭР)
Обеспечивает биосинтез секреторных, лизосомальных белков, микросомальное окисление нормальных метаболитов и чужеродных веществ, синтез стероидов и фосфолипидов

Мембрана аппарата Гольджи
Участвует в посттрансляционной модификации белков, синтезированных в ЭР, предназначенных для секреции, включения в плазматическую мембрану или доставки в лизосомы


Митохондриальная мембрана
Образована двумя мембранами – наружной и внутренней, разделенными межмембранным пространством. Внутренняя мембрана содержит ферменты, участвующие в транспорте электронов и синтезе АТФ ( окислительное фосфорилирование)

Мембрана лизосом
Обеспечивает поддержание кислой среды (рН 5,0), необходимой для действия гидролитических ферментов (протеаз, липаз), ответственных за деградацию макромолекул и клеточных компонентов








Таблица 15
Состав жирных кислот человека
( в процентах от общего содержания)
Кислота
Сn : m

·
%
Примечание

Пальмитиновая
16:0
-
30,0
В зависимости от типа ткани состава жирных кислот пищи и ряда др. условий состав жирных кислот липидов может колебаться.
Сn – число атомов углерода в данной жирной кислоте
m – число двойных связей в радикале жирной кислоты

·9,12 – положение первой двойной связи в радикале жирной кислоты, считая от первого карбоксильного углерода

· – 3,
·-6 – положение первой двойной связи, считая от метильного углерода радикала жирной кислоты
* - полиеновые жирные кислоты (эссенциальные), которые должны поступать с пищей

Стеариновая
18:0
-
15,3


Пальмитоолеиновая
16:1.
·9
-
1,2


Олеиновая
18:1.
·9

11,9


Линолевая
18:2.
·9,12 *

19,4


Линоленовая
18:3.
·9,12,15
20:3.
·8,11,14
3
6
0,3
2,8


Арахидоновая
20:4.
·5,8,11,14
6
8,9


Эйкозалентаеновая
20:5.
·5,8,11,14,17
3
2,1



20:5.
·7,10,13,16,19
20:6.
·4,7,10,13,16,19
3
3
0,6
4,3




Таблица 16
Строение и функции основных липидов человека
Класс липидов
Схема строения
Функции
Преимуще-ственная локализа-ция в организме

1
2
3
4

Триацилглицерины
13 EMBED ISISServer 1415
Запасание энергетического материала.
Термоизоля-ция.
Механическая защитная функция


Адипоциты

Глицерофосфолипиды
Х - холин
этаноламин
серин
инозитол
бисфосфат
13 EMBED ISISServer 1415
Структурные ком-поненты мембран; фосфатидил холин, кроме того, структурный эле-мент липопро-теинов, компонент сурфактанта, предотвращаю-щего слипание альвеол (в этом случае R1 и R2 – пальмитиновые кислоты)
Мембраны клеток. Монослой поверхности липопротеинов. Альвеолы легких.

1
2
3
4

Сфингофосфолипиды-
сфингомиелины
13 EMBED ISISServer 1415
Основные структурные компоненты мембран клеток нервной ткани
Миелиновые оболочки нейронов серое вещество мозга

Гликолипиды:
а) цереброзиды, если Х – моносахарид
б) ганглиозиды, если Х – углеводы сложного состава
13 EMBED ISISServer 1415
Компоненты мембран кле-ток нервной ткани.
Антигенные структуры на поверхности разных типов клеток, рецеп-торы.
Структуры, обеспечиваю-щие взаимо-действие клеток
Внешний слой клеточных мембран.

Стероиды
Холестерин и его производные
Компонент мембран. Предшествен-ник в синтезе желчных кислот и стероидных гормонов
Мембраны клеток. Липопротеины крови



Тема 2.1.4. Гидролиз липидов.

Установить строение липида можно с помощью реакции его гидролиза, которая реализуется при нагревании с водой в присутствии минеральных кислот или щелочей (омыление), либо под воздействием ферментов поджелудочной железы – липаз. Кислотно-катализируемый гидролиз сложных эфиров – реакция обратная этерификации, протекает по тому же самому механизму нуклеофильного замещения SN нуклеофуга на нуклеофил:
13 EMBED ISISServer 1415
Нуклеофилом в этой реакции является вода, избыток которой смещает равновесие в сторону образования спирта и кислоты. Нуклеофугом выступает спиртовая составляющая сложного эфира – ОR. В плазмалогенах, как и в обычных виниловых эфирах, простая эфирная связь расщепляется в кислой, но не в щелочной среде.
13 EMBED ISISServer 1415
Щелочной гидролиз необратим, в процессе реакции на моль эфира расходуется моль щелочи, то есть щелочь в этой реакции выступает в качестве расходуемого реагента, а не катализатора:
RCOOR1 + NaOH 13 QUOTE 1415RCOONa + R1OH
Гидролиз сложных эфиров в щелочной среде протекает по бимолекулярному ацильному механизму через стадию образования тетраэдрического интермедиата (1). Необратимость щелочного гидролиза обеспечивается кислотно-основным взаимодействием карбоновой кислоты (2) и алкоксид-иона(3). Образовавшийся анион карбоновой кислоты (4), сам является сильным нуклеофилом и поэтому не подвергается нуклеофильной атаке.
13 EMBED ChemDraw.Document.6.0 1415

Пример реакции шелочного гидролиза или ацилирования фосфоглицерида приведена ниже: 13 EMBED ISISServer 1415Тема 2.1.5. Химические свойства
Галогенирование
Липиды, содержащие в своей структуре остатки ненасыщенных кислот, присоединяют по двойным связям водород, галогены, галогеноводороды, воду в кислой среде. Различие между жирами и маслами как раз заключается в соотношении входящих в них насыщенных и ненасыщенных кислот. Для определения этого соотношения применяют реакцию галогенирования двойной связи – иодное число, то есть количество иода (в граммах),поглощенное 100 гр.вещества. Поглощение иода – пример реакции электрофильного присоединения по всем двойным связям углеводородных радикалов высших жирных кислот.

Таблица 17
Характеристика степени ненасыщенности некоторых распространенных жиров и масел
Представители
Иодное число
Представители
Иодное число

Животные жиры:




Сливочное масло
36
Кукурузное
123

Свиное сало
59
Соевое
130

Растительные масла:




Оливковое
81
Подсолнечное
145

Хлопковое
106
Льняное
179


Если значение теоретического иодного числа ацилглицерина выше 70, то его относят к категории масел. Расчет теоретического иодного числа осуществляют по формуле: М1 / М2*100=г.J2; М1 – молекулярная масса присоединившегося .J2; М2 молекулярная масса липида.
Окисление
Повреждение мембраны с химической точки зрения может заключаться в расщеплении углеводородного радикала ненасыщенной кислоты, что приводит к нарушению ее двухслойности. Нарушение возникают под действием различных веществ и факторов. Механизм, как правило, носит свободнорадикальный характер. В организме источником радикалов служит кислород. Например, под действием ионизирующего излучения возникает радикал ОН, относящийся к сильным окислителям органических соединений. Данный процесс окисления называется пероксидным. Окисление осуществляется по радикальному механизму. Наиболее уязвимым местом в ацилглицеролах по отношению к пероксидному окислению являются остатки ненасыщенных кислот. Местом радикальной атаки будут атомы водорода метиленовых групп, связанных с sp2 – гибридизованными атомами углерода. Образуются радикалы аллильного типа, стабильность которых обусловлена сопряжением неспаренного электрона с
·-электронами двойной связи. 13 EMBED ISISServer 141513 EMBED ISISServer 1415
Таким образом, при воздействии ионизирующего излучения на организм, наблюдается образование одно -и двухосновных кислот в результате пероксидного окисления ненасыщенных жирных кислот – составных компонентов мембран

Тема 2.1.6. Пространственная структура
Рентгеноструктурными и вискозиметрическими исследованиями установлено, что кислотные остатки в молекулах триацилглицерина и фосфолипида сохраняют тетраэдрические зигзагообразные цепи, которые в них расположены в параллельных плоскостях и ориентированы параллельно друг другу.
13 EMBED ChemDraw.Document.6.0 1415
Неполярная часть молекулы Полярная (указана стрелками)
За счет вращения вокруг связей С-С углеродная цепь может принимать различные конформации, но для длинной углеродной цепи жирной кислоты, как уже указывалось выше, реализуется зигзагообразная конформация. Это объясняется тем, что в ней относительно каждых двух углеродных атомов выполняется наиболее выгодная анти –Бутановая конформация.
13 EMBED ChemDraw.Document.6.0 1415
. Бутановый фрагмент анти - Бутановая конформация
В ненасыщенных кислотах зигзагообразная конформация длинных углеродных цепей будет « прерываться» участками с плоскостным расположением заместителей. При этом участки цепи относительно двойной связи могут иметь цис – или транс – расположение (
· – диастреомеры)-

13 EMBED ChemDraw.Document.6.0 1415
Обычно большей термодинамической устойчивостью обладает транс изомер, так как в нем объемистые заместители пространственно наиболее удалены друг от друга. В природных высших ненасыщенных кислотах осуществляется термодинамически менее выгодная цис-форма, однако это приводит к выигрышу в более компактной вторичной упаковке углеводородных радикалов в липидах и соответственно в клеточных мембранах. В этом случае цис- расположение одинаковых заместителей (атомы водорода) осуществляется относительно двойных связей, имеющихся в радикале кислоты. Отсюда к обозначению типа диастереомера добавляется слово «олл» (от англ. all – все); наличие двойной связи обозначают греческой буквой
· (дельта), а цифрой справа наверху –ее начало,например, цис-Олеиновая кислота-
·9, олл-цис Линоленовая кислота
·9,12,15.


Тема 2.1.7. Неомыляемые липиды
Липиды, не содержащие жирных кислот, называют «неомыляемыми». Они не гидролизуются в щелочной (не образуют мыла) или кислой средах. К этой группе принадлежат жирорастворимые витамины, стероидные гормоны и некоторые другие жирорастворимые биологически активные вещества. В основе всех неомыляемых липидов лежат стероиды и терпены
Терпены – это простые стероиды, в основе структуры которых лежит пятиуглеродный углеводород изопрена С5Н8
13 EMBED ChemDraw.Document.6.0 1415
Изопрен – 2- метил-1,3-бутадиен
Из молекул этого углеводорода формируются разнообразные линейные или циклические структуры, в результате чего образуется множество веществ, таких как «душистые масла », пигменты растений. Витамины группы А, играющие важную роль в зрении и сопротивляемости организма инфекциям, относится к терпенам. В отличие от него в структурах витаминов групп Е (антиоксиданты) и К (процессы свертывания крови) присутствуют наряду с терпеновой частью и ароматические фрагменты. Витамин Д, существенный для метаболизма кальция и фосфора, напоминает частично разомкнутую молекулу холестерола. Изопреновые фрагменты в молекулах терпенов связаны единообразно по изопреновому правилу, согласно которому 1-ый атом уг лерода одной молекулы изопрена («голова») соединяеися с 4-м атомом углерода («хвост») другой молекулы.


«Хвост» «Хвост»
13 EMBED ChemDraw.Document.6.0 1415
«Голова» «Голова»

Стероиды являются производными насыщенного полициклического углеводорода. Они присутствуют как в растениях, так и в тканях животных и выполняют различные функции: от половых гормонов у животных до предшественников витаминов у растений.
13 EMBED ChemDraw.Document.6.0 1415
Стеран (циклопентанопергидрофенантрен)
Наличие в соединении четырех алициклов , позволяет отнести его к классу стероидов. Для составления систематического названия стероида нужно выбрать и пронумеровать родоначальную структуру, т.е. углеводородную основу. Затем с помощью префиксов и суффиксов отразить наличие заместителей, характеристических групп и кратных связей, указав их количество и местоположение в углеродном скелете. Насыщенные алициклические углеводороды, составляющие структурную основу каждой группы стероидов, характеризуются наличием определенных алкильных заместителей в положениях 10,13,и17 стеранового ядра (табл.7)
Таблица 18
Родоначальные структуры стероидов
Группа стероидов
Родоначальная структура
С-10
С-13
С-17


Эстрогенные гормоны
Эстран
-
СН3
-

Андрогенные гормоны
Андростан
СН3
СН3
-

Кортикостероиды
Прегнан
СН3
СН3
С2Н5

Желчные кислоты
Холан
СН3
СН3
Н3ССНСН2СН2СН3

Стерины
Холестан
СН3
СН3
Н3ССНСН2СН2СН2СН(СН3)2


Например, наличие в положении 17 углеродной цепочки из пяти атомов, а в положениях 10 и 13 – метильных групп позволяет отнести заданное соединение к производным углеводорода холана. Перечислив названия дополнительных заместителей и указав их местоположение в углеродном скелете и пространственное расположение (
· или
·), а также конфигурацию С-5 (тип сочленения колец А и В), получаем систематическое название.
В химии стероидов используется специфическая относительная стереохимическая номенклатура, так называемая
·,
· – система обозначения конфигурации хиральных (ассиметрических ) атомов углерода. Число таких атомов в молекулах стероидов, как правило , довольно велико (например, в циклическом остове стероидов – стеране их 6. На рисунке они обозначены звездочками. Наличие в стерановом цикле заместителей увеличивает количество хиральных атомов углерода в молекуле). В качестве эталона, с которым сравнивается конфигурация каждого хирального центра, выбран С-13 ( обведен кружком) – атом углерода, конфигурация которого у большинства природных стероидов одинакова.
·-Заместители имеют конфигурацию, одинаковую с конфигурацией С-13,
· – заместители – противоположную. Связи с
·-заместителями изображаются сплошной линией (располагаются выше стераного цикла), с
·-заместителями – штриховой. Поскольку стеран имеет 6 хиральных атомов углерода, теоретически он может существовать в виде 64 стереоизомеров (26=64). Различная конфигурация хиральных атомов углерода возникает в результате различного сочленения колец А, В, С и Д.

Сводка основных положений
1.Липиды – это вещества биологического происхождения, растворимые в неполярных растворителях. Разные группы липидов имеют в составе своих молекул различные функциональные группы.
2.Наиболее распространенные – жиры и масла – представляют собой триацилглицерины. Твердые жиры являются сложными эфирами насыщенных жирных кислот. Жидкие масла построены преимущественно с помощью ненасыщенных жирных кислот.
3.К липидам, отличным от триацилглицеринов, относятся фосфоглицериды, неглицероловые липиды, воска, терпены и стероиды.
4.При щелочном гидролизе фосфоглицеридов, неглицероловых липидов образуются многоатомный спирт, соли жирных кислот (мыла) и ряд других веществ.
5.Фосфолипиды являются одними из основных компонентов биологических мембран.
6.Соединения, имеющие тетрациклический скелет, называются стероидами.
7. Терпены представляют собой соединения, построенные из нескольких изопреновых звеньев, которые соединяются между собой единообразно по изопреновому правилу.


РАЗДЕЛ 2.2. УПРАЖНЕНИЯ И ЗАДАЧИ ПО ХИМИИ ЛИПИДОВ.

Согласно выданному номеру варианта, который приведен в таблице №19, выполните ряд нижеприведенных упражнений:
Изобразите структурные формулы простого и сложного липидов.
Выделите в них структурные компоненты, играющие роль гидрофобных и гидрофильных частей молекулы.
Сравните растворимость рассматриваемых соединений в воде
Сделайте сравнительный анализ строения и функций.
.Какой суммарный заряд будут иметь заданные липиды при рН=7,0?
Назовите продукты, образующиеся при их мягком щелочном гидролизе (разведенным раствором едкого натрия). По какому механизму протекает гидролиз?
Какие продукты получаются при их глубоком щелочном гидролизе (горячим, концентрированным раствором едкого натрия)?
Оцените реакционную способность рассматриваемых липидов в реакциях электрофильного присоединения.
Могут ли рассматриваемые липиды подвергаться свободнорадикальному окислению?
Напишите схему реакции этерификации глицерина соответствующими кислотами для получения триацилглицерина, предусмотренного вариантом.





Таблица19
Номера вариантов заданий
№ варианта
Наименование липида


Простой
Сложный

1
2
3

1
Дилинолеоилстеароилглицерин
N–Ацетилфосфатидальэтаноламин

2
Линоленоилдипальмитоилглицерин

· – Метиллецитин

3
Олеоилдистеароилглицерин
Гликофосфолипид

4
Диолеоилдокозатриен-7,10,13-оилглицерин
Дифосфатидилглицерин (кардиолипин)

5.
12,13-цис-Эпоксиолеоиллауриноилмиристиноилглицерин
Фосфатидилхолин

6
Лауриноилбегеноилэрукоилглицерин
Фосфатидилсерин

7
Арахиноилкаприноиллинолеоилглицерин
Фосфатидилтреонин

8
Нервоноиллигноцериноилрицинолеоилглицерин
Фосфатидилглицерин

9
Оксинервоноилэйкозатетраен-8,11.14,17-оиллауриноилглицерин
Фосфатидилмиоинозит

10
Дипальмитоилнизиноилглицерин
Фосфатидальхолин

11
Ликаноилнизиноилкаприлоилглицерин
Фосфатидилэтаноламин

1
2
3

12
Миристиноилмелиссоиллиноленоилглицерин
Фосфатидил-N,N-диметилэтаноламин

13
Дистеароилдокозагексаен-4,7,10,13,16,19-оилглицерин
Фосфатидилглицерофосфат

14
Октадекатриен-6,9,12-оиллауриноил-18-оксиэлеостеароилглицерин
Фосфатидовая кислота

15
Цереброноиллинолеоилтуберкулостеароилглицерин
Фосфатидалевая кислота

16
Лауриноилстеароиллинолеоилглицерин
О-Эфир фосфатидилглицерина и глутаминовой кислоты

17
Димиристиноилрицинолеоилглицерин
Фосфатидальмиоинозит

18
Ликаноилоленоилликаноилглицерин
Фосфатидилмиоинозит-4 фосфат

19
Пальмитоилстеароиллиноленоилглицерин
Лецитин

20
Дилауриноилмилиссоилглицерин
Фосфатидилмиоинозитдиманнозид

21
Дистеароилолеилглицерин
Трифосфоинозитид


Подлинность оливкового масла, содержащего 80% триолеоилглицерина, определяется «элаидиновой пробой», которая заключается в действии азотистой кислотой на испытуемое масло. При этом жидкая цис-олеиновая кислота (т.пл. 140 С) превращается в твердую элаидиновую (т.пл. 520 С), имеющую транс-конфигурацию. Напишите структурные формулы этих
· - диастереомеров. Изобразите конформацию их углеводородных радикалов. Основываясь на информации и выводах, полученных при изучении данного упражнения, определите своими словами значение термина диастереомеры. С помощью текста учебника ( гл.3) проверьте правильность Ваших определений.
Одним из компонентов природных липидов является эруковая кислота С12Н23СООН
·12. Напишите структурную формулу и изобразите конформации углеводородных радикалов ее
· - диастереомеров. В виде какого
· – диастереомера зруковая кислота входит в состав мембранных липидов? Укажите основную, на Ваш взгляд, причину существования
· – диастереомеров. С помощью текста учебника (гл.3) проверьте правильность Ваших выводов.
Изобразите структурную формулу триацилглицерина, образованного глицерином и тремя молекулами линолевой кислоты. Запишите уравнение реакции исчерпывающего гидрирования трилинолеоилглицерина. Что получится, если использовать не избыток водорода, а взять 4 моль водорода на 1 моль триацилглицерина? Что можно сказать о степени насыщенности двух продуктов гидрирования?
Напишите схему реакции этерификации глицерина соответствующими кислотами для получения диолеоиллинолеоилглицерина. По какому механизму протекает реакция? Рассчитайте теоретическое йодное число для диолеоиллинолеоилглицерина. Напишите реакцию его галогенирования. По какому механизму протекает реакция поглощения йода.
Изобразите структурную формулу и конформации углеводородных радикалов дилинолеостеарата глицерина. К какому типу следует отнести это вещество, к жирам или маслам?
Арахиновая кислота С19Н39СООН - насыщенный аналог арахидоновой кислоты С19Н31СООН
·5,8,11,14.. Объясните различие в температурах плавления этих кислот (арахиновая +700 С, арахидоновая -49,50С). Изобразите конформации углеводородных радикалов арахиновой и олл-цис- арахидоновой кислот. Относится ли последняя кислота к сопряженным системам?
Органическое соединение хорошо растворимое в воде: образуется при гидролизе жиров; с гидроксидом меди (11) образует ярко-синий раствор. Напишите структурную формулу и дайте характеристику этого соединения.
Льняное масло содержит 44-46% линоленовой кислоты. Рассчитайте теоретическое йодное число для трилиноленоилглицерина. Изобразите его структурную формулу и конформацию углеводородных радикалов линоленовой кислоты .

Напишите уравнения реакций, с помощью которых можно из этана синтезировать этиловые эфиры ненасыщенных высших жирных кислот С16 и С18, которые составляют основу медицинского препарата линетола, применяемого для лечения и профилактики атеросклероза. Напишите структурные формулы компонентов линетола и изобразите конформации их углеводородных радикалов.
При взаимодействии 16 г стеаринового спирта и 46 г стеариновой кислоты получили спермацет. Определите массу спермацета, если выход его составляет 70 % от теоретически возможного. Спермацет является составным компонентом китового жира. Напишите его структурную формулу. К какой группе липидов относится спермацет?
Природные воска состоят, как правило, из смеси сложных эфиров, которые различаются числом атомов углерода, как в кислотном так и в спиртовом остатках. Воска, аналогично парафинам, обладают свойством постепенно размягчаться при нагревании. Объясните отсутствие у восков четкой температуры плавления. Приведите примерные структурные формулы некоторых распространенных восков.
Напишите 2 структурные формулы молекул жиров: а) молекулу жира, содержащую жирные кислоты, наиболее характерные для липидов человека; б) молекулу жира, содержащую эссенциальные жирные кислоты, наиболее характерные для жидкого растительного масла.
Гемолитическое действие некоторых змеиных ядов объясняется наличием в них ферментов фосфолипазы А1 и фосфолипазы А2. 1. Напишите реакции гидролиза лецитина ( фосфатидилхолина) под действием этих ферментов. 2. Какой продукт действия липаз накапливается в мембране эритроцитов и как это влияет на структуру бислоя
Напишите строение лецитина, включающего пальмитиновую и линолевую кислоты. Какой ацильный остаток данного фосфолипида может подвергаться пероксидному окислению? Напишите схему реакции
При радиационном поражении повреждаются липиды мембран клеток, что проявляется в снижении прочности мембран эритроцитов, клеток эпителия слизистой оболочки кишечника и других клеток. Объясните химическую основу нарушения свойств мембран клеток.
Напишите строение фосфатидилэтаноламина, включающего олеиновую и линоленовую кислоты. Какая из указанных жирных кислот наиболее подвержена свободнорадикальному окислению и почему?
Сравните реакционную способность олеиновой и фумаровой кислот в реакциях электрофильного присоединения. Бромирование фумаровой кислоты происходит при повышенной температуре. Предскажите, потребуется ли нагревание при бромировании олеиновой кислоты.
На каком основании эйкозаноиды относят к биорегуляторам? Изучите номенклатуру эйкозаноидов. К каждой полиеновой кислоте подберите соответствующую серию простагландинов или другую кислоту, из нее образовавшуюся:
1. 20:4
·-6
А. PGE1

2. 20:3
·-6
Б. PGE3

3. 20:5
·-3
В. PGF2

4. 18:3
·-3
Г. 20:5 (5, 8, 11, 14, 17)

5. 18:2
·-6
Д. 20:4 (5, 8, 11,14)

Простагландины можно рассматривать как производные не найденной в природе, но полученной синтетическим путем простановой кислоты. Какие атомы углерода арахидоновой кислоты соединяются между собой под действием циклооксигеназы, образуя характерное для простагландинов 5-членное кольцо? Сравните строение простановой и арахидоновой кислот.
21.Таблицу 20 перенесите в тетрадь и к названиям липидов допишите формулы.
Таблица 20
Липиды мембран

Название
Строение (формула)

1
2
3

1.
Фосфолипиды


1.1
Производные глицерина


1.1.1
Фосфатидная кислота


1.1.2
Фосфатидилхолин


1.1.3
Фосфатидилсерин


1.1.4
Фосфатидилэтаноламин


1.1.5
Фосфатидилинозитолбисфосфат


1.1.6
Кардиолипин


1.2
Производное сфингозина


1.2.1
Сфингомиелин


2
Гликолипиды


2.1
Производные сфингозина


2.1.1
Глюкоцереброзид


2.1.2
Лактозилцерамид


3.
Холестерин



22..Напишите 2 структурные формулы молекул неглицероловых липидов: а) сфингомиелина, включающего фосфохолин и олеиновую кислоту; б) галактоцереброзида, включающего гексакозановую кислоту. К какому классу амфипатических липидов относятся данные соединения? Обозначъте полярную и неполярную части молекул. Будут ли они отличаться способностью подвергаться пероксидному окислению?
23. В процессе приготовления майонеза из яичных желтков в растительное масло переходит фосфатидилхолин. Фосфолипид стабилизирует соус и не позволяет ему расслаиваться. Объясните, почему это происходит.
24.В процессе подготовки зимнеспящих животных к гибернации изменяется фосфолипидный состав мембран. Эти изменения заключаются в первую очередь в увеличении в их составе доли полиненасыщенных жирных кислот.
А) Как эти изменения влияют на структуру бислоя при понижении температуры?
Б) Содержание каких жирных кислот увеличивается в составе липидов?
С) На поддержание активности каких составляющих мембран направлены эти изменения?
25..Тимол, содержащийся в эфирных маслах душицы и чабреца, обладает бактерицидным действием. Относится ли тимол к изопреноидам?

13 EMBED ChemDraw.Document.6.0 1415 Тимол

26.Ретиналь, принимающий участие в процессе зрения, содержит сопряженную систему с открытой цепью.
13 EMBED ChemDraw.Document.6.0 1415

Обозначьте сопряженную цепь, укажите вид, знак электронных эффектов альдегидной группы. Выделите в структуре витамина А изопреновые звенья.
27.Циклический процесс синтеза и распада зрительного пигмента родопсина связан с изомеризацией его простетической группы. В качестве последней выступает витамин А. Изобразите конформации углеводородных радикалов 11-цис-ретиналь и 11- транс-ретиналь. Какой из
· - диастереомеров более эффективен в процессах зрительного восприятия?.
28.В растениях витамин А как таковой, не встречается, но многие растения содержат вещества, называемые каротиноидами, которые в организме большинства животных могут превращаться ферментативным путем в витамин А. Напишите данную реакцию.
29.Ментол, содержащийся в эфирных маслах ряда лекарственных растений, в виде сложных эфиров входит в состав некоторых препаратов сердечнососудистого действия. Выделите в структуре ментола изопреновые звенья. Осуществите синтез ментола из м-крезола.
30.Разверните структурную формулу арахидоновой кислоты таким образом, чтобы можно было бы наглядно показать путь ее превращения в простагландин. Сколько хиральных центров имеется в молекуле простагландина Е2?
31.Основной компонент живичного скипидара –
·-пинен– сырье для синтеза камфоры и терпингидрата. Докажите принадлежность
·-пинена к изопреноидам.
32.Выделите в структурах лимонена, ментола, пинена, камфоры изопреновые звенья. Напишите схему взаимодействия –
·-пинена (составная часть скипидара) с бромной водой. Какой из перечисленных терпенов не дает этой реакции и почему?
33 .Приведите структурные формулы пинена и камфоры Напишите схему взаимодействия –
·-пинена (составная часть скипидара) с перманганатом калия в нейтральной среде. Дает ли камфора эту реакцию?
34. Обведите в кружок изопреновые звенья в следующих соединениях. К какому типу терпенов по строению, числу изопреновых группировок в молекуле они относятся?
13 EMBED ChemDraw.Document.6.0 1415
35.Предварительно, для участия в реакции нуклеофильного замещения, желчные кислоты активируются– образуют производные с HSКоА . Напишите реакцию активации холевой кислоты . Объясните, почему ацильные производные кофермента А, обладают большей способностью к нуклеофильному замещению, чем обычные карбоновые кислоты?
36.В организме желчные кислоты ацилируют некоторые аминокислоты (например, глицин или таурин). В такой коньюгированной форме они секретируются в желчь. Напишите реакцию превращения первичной желчной кислоты во вторичную желчную кислоту. Назовите продукт реакции.
37.К какому классу принадлежит соединение, формула которого приведена ниже? Назовите это соединение, пользуясь родоначальной структурой, приведенной в таблице 7
13 EMBED ChemDraw.Document.6.0 1415

38.Используя таблицу 7, установите принадлежность приведенного ниже соединения к группе стероидов. Назовите его.
13 EMBED ChemDraw.Document.6.0 1415

39.Приведите структуру 24-метилхолестатриен-5, 7, 22-ола-3
· и напишите схему его фотохимической изомеризации. Какое биологически активное вещество при этом образуется?
40.Приведите систематическое и тривиальное название: следующего соединения:
13 EMBED ChemDraw.Document.6.0 1415

41.Ежесуточно в печени человека около 0,5 г холестерина окисляется в желчные кислоты. Окисление протекает в мембранах эндоплазматического ретикулума печени с участием группы ферментов – гидроксилаз. Напишите уравнение реакции гидроксилирования холестерина в 7
·-положение, с которого начинается образование желчных кислот.
42.Приведите систематическое название мужского .полового гормона тестостерона. Изобразите его конформационную формулу.
13 EMBED ChemDraw.Document.6.0 1415

43.В основе некоторых агликонов сердечных гликозидов лежит цис -А/В, транс-В/С, цис-С/Д-стеран. Приведите его конформационную формулу.
44.Пользуясь таблицей 7, приведите строение и название предельного углеводорода, лежащего в основе: а) кортикостероидов; б) женских половых гормонов; в) мужских половых гормонов. Какое сочленение колец А, В, С, Д характерно для этих групп ,
45.Пользуясь таблицей 7, напишите строение и дайте названия углеводородов, лежащих в основе желчных кислот и стеринов. Какое сочленение колец А, В, С, Д характерно для этих групп стероидов.?
46.Почему препараты кортикостероидов необходимо предохранять от действия света? В каких условиях получают гидразоны кортикостероидов? Напишите уравнение химической реакции.
47.Установите по структурным формулам (a, b, c) какой из приведенных препаратов является преднизолоном преднизоном , кортизона ацетатом :
13 EMBED ChemDraw.Document.6.0 1415

48.На примерах структурных формул метилтестостерона и этинилэстрадиола укажите, по каким функциональным группам отличают друг от друга андрогенные и астрогенные гормоны? Какими реакциями это можно подтвердить?
49.Напишите конфигурационные и конформационные формулы 5
·- и 5
·-стерана. Какие циклы составляют основу химической структуры стероидных гормонов?
50.Напишите структурные формулы синестрола, октэстрола, диэтилстильбэстрола. Пронумеруйте атомы в циклах. Напишите химические названия. Укажите, в чем связь между химическим строением и фармакологическим действием природных и синтетических эстрогенов.
51.Приведите структуру и тривиальное название 17
·, 21-дигидроксипрегнен-4-триона-3, 11, 20.
52.Систематическое название эстрогенного гормона эстрадиола – 3,17
·-дигидроксиэстратриен-1, 3, 5 (10). Приведите его структуру.
53.Один из гормонов коры надпочечников – дезоксикортикостерон – получается синтетически и используется в качестве лекарственного средства. За рубежом под названием кортексон выпускается обладающий аналогичным действием 21-гидроксипрегнен-4-дион-3. 20.Идентичны ли эти два препарата?
13 EMBED ChemDraw.Document.6.0 1415 Дезоксикотикостерон

54.Изобразите конформационную формулу: а) дезоксихолевой кислоты; б) женского полового гормона эстрадиола.

13 EMBED ChemDraw.Document.6.0 1415
а) дезоксихолевая кислота
13 EMBED ChemDraw.Document.6.0 1415
б) эстрадиол




55.Приведите конформационную формулу 24-метилхолестатриен-5, 7, 22 – ола-3
·.
56.Напишите структурную формулу метиландростендиола. Чем отличается химическое строение метиландростендиола от метандростенолона? Какой химической реакцией это можно доказать?
57.Какие биологически активные вещества называют гормонами? Приведите примеры препаратов гормонов, имеющих структуру аминокислоты, аминоспирта, циклопентанофенантрена. Пронумеруйте атомы в циклах. Укажите функциональные группы.
58.Многие лекарственные средства, обладающие сердечно-сосудистым действием, содержат сердечные гликозиды – соединения стероидного ряда, у которых стероидная часть молекулы (агликон или генин) связана гликозидной связью с остатком углевода. Объясните, почему не выписывают лекарственные формы, содержащие одновременно сердечные гликозиды и вещества, обладающие сильными кислотными или основными свойствами.
59.Частью агликона сердечного гликозида - ланатозида А является 3
·, 14
·-дигидрокси-5
·-стеран. Изобразите структуру ланатозида А, если его углеводная часть представляет собой тетрасахарид, состоящий из трех остатков D-дигитоксозы (2,6-дидезоксигексозы) и одного остатка D-глюкозы. Причем третья по счету молекула дигитоксозы ацетилирована по гидроксильной группе у С-3.
60.Используя таблицу 6, ответьте на следующие вопросы: а) в каких мембранных органеллах клетки происходят преимущественно реакции биосинтеза? б) в каких органеллах происходит преимущественно распад структурно-функциональных компонентов клетки? в) с какими клеточными органеллами связаны дыхание и синтез АТФ? г) различаются ли по составу липидов плазматические мембраны клеток разной специализации?
61.В мембранах клеток имеет место самопроизвольное (диффузия) Почему поперечная диффузия липидов в мембране – гораздо медленный процесс, чем латеральная диффузия? взаимное проникновение соприкасающихся липидов друг в друга вследствие теплового движения молекул
62. Один из гликозидов строфанта - К-строфантин-
· - состоит из строфантидина и D-цимаропиранозы, связанных
·-гликозидной связью. Стероидной частью строфантидина является 3
·, 5
·, 14
·-тригидрокси-19-оксо-5
·-стеран. Изобразите 13 EMBED ChemDraw.Document.6.0 1415
D-Цимароза
, структуру К-строфантина-
·.
63.Какие химические и физико-химические методы используют для количественного определения стероидных гормонов? Напишите уравнения химических реакций, применяемых для идентификации андрогенных и анаболических препаратов, содержащих сложноэфирную группу.
64.Объясните механизм профилактического действия полиеновых жирных кислот рыбьего жира, снижающих риск тромбообразования у больных атеросклерозом.
65.Разверните структурную формулу арахидоновой кислоты таким образом, чтобы можно было наглядно показать путь превращения ее в простагландин. Сколько хиральных центров имеется в молекуле простагландина Е2?
66.Из каких жирных кислот синтезируются перечисленные ниже простагландины?
А.
20:3
1.
PGE1

Б.
20:4
2.
PGE2

В.
20:5
3.
PGF3



4.
TXA2


67.Напишите формулы холестана, холестанола, холестерола, холевой кислоты. Укажите возможную генетическую взаимосвязь между перечисленными соединениями (возможность получения одного соединения из другого). Сравните их биологические функции.
68.Напишите химическую формулу орнитинолипида, содержащего сложноэфирную связь между
·-оксилауриновой и миристиновой кислотами, а также пептидную связь между
·-оксилауриновой кислотой и лизином.
69.Напишите формулы эргостеролстеарата и холестеролпальмитата. При поступлении данных соединений с пищей осуществляется их гидролиз под действием ферментов панкреатического или кишечного сока. Укажите фермент и продукты реакции.
70.Напишите уравнение реакции синтеза кефалина из дипальмитина и ЦДФ-коламина в присутствии этаноламинфосфотрансферазы.
71.Напишите реакции синтеза и гидролиза клетках коры надпочечников. Укажите ферменты линолеилхолестерина, которые постоянно происходят в и остальных участников этих реакций.
72.Рассчитайте процентное содержание фосфора в 1,2-дипальмитил 3-фосфоглицерине. На основании общих подходов к классификации липидов определите тип и группу данного липида.(Ответ: ; 4,8%)
73.В суммарной фракции липидов, выделенной из препарата митохондрий экстракцией, обнаружено 300 мг неомыляемых веществ, что составило 15% от общей массы фракции липидов. Определите массовую долю (%) липидов в митохондриях, если известно, что для анализа было взято 10 г препарата. (Ответ: 20%)
74.Рассчитайте процентное содержание холина в лецитине, цитидинфосфатхолине и ацетилхолине. Какую роль данные соединения имеют в организме? (Ответ: 14,1%; 21, 1%; 72,2%.)
75.Содержание липидов в семенах льна (влажность 7,5%) определяли по методу Сокслета. Масса пакета с воздушно-сухой навеской до экстракции составила 4,9644 г, после экстракции – 3, 5882 г. Масса пакетика без семян – 0,8315 г. Рассчитайте процентное содержание липидов в абсолютно сухом материале. (Ответ: 36%).
76.Для определения массовой доли (%) липидов в растительном материале (семенах) используют метод извлечения их хлороформ-метанольной смесью. Параллельно с извлечением липидов в семенах определяют содержание воды, так как она тоже извлекается данной смесью и может быть принята за масло. Рассчитайте содержание липидов (на абсолютно сухое вещество) в семенах рапса, если для анализа взяли 3,75% воздушно сухих семян с содержанием воды в них 4,5% , а остаток (в пересчете на абсолютно сухое вещество) после экстракции составил 1,35 г. (Ответ: 62,3%)
77.Важнейшим компонентом сурфактанта – липопротеина, выстилающего альвеолы и необходимого для нормальной работы легких, является дипальмитоилфосфатидилхолин. Напишите его структурную формулу. Фосфатидилхолины, входящие в состав цитоплазматических мембран клеток, отличаются по составу жирных кислот от этого фосфатидилхолина. Укажите, в чем состоит это отличие?
78.Предшественником простагландинов является арахидоновая кислота, которая отщепляется от фосфолипидов под действием фосфолипазы А2. Напишите эту реакцию, используя в качестве субстрата фосфатидилхолин.
79.Яд некоторых змей содержит фосфолипазу А2. Если к цельной крови добавить небольшое количество яда, то быстро наступает гемолиз. А.Напишите реакцию, которая будет происходить под действием этого фермента (компонента яда). Б.Объясните причину гемолиза в данном случае. В. Будет ли изменяться структура сфингомиелина под действием этого фермента?
80.Подсолнечное масло включает 39% олеиновой и 46% линолевой кислот и имеет температуру плавления 210С. Твердое растительное масло бобов какао имеет в своем составе 35% пальмитиновой 40% стеариновой кислот и плавится при 30 – 340С. Определите пределы температуры плавления жира, если известно, что в его составе 60% непредельных и 40% насыщенных жирных кислот. ( Ответ: от – 14,80С до 170С).
81.На титрование в спиртовом растворе 10 мг неизвестной монокарбоновой кислоты было затрачено 3,5 мл 0,01н спиртового раствора гидроксида натрия. Рассчитайте относительную молекулярную массу этой кислоты. (Ответ: 285,7).
82.Напишите уравнения реакций превращения холестерола в соответствии с нижеследующей схемой:
холестерол
· прогестерон
· 11-дезоксикортикостерон
· кортикостерон
· альдостерон.
83.Осуществите превращения прогестерона в соответствии с нижеследующей схемой:

· тестостерон.прогестерон
· 17-оксипрогестерон
· андростендион
84.Представьте в формулах превращения согласно следующей схеме:
Прогестерон
· 17-оксипрогестерон
·17-оксикортикостерон.
85.Стероиды выводятся из организма животных большей частью в виде глюкуронидов. Соединение их с глюкуроновой кислотой происходит в печени при участии глюкуронилтрансферазы:
УДФ-
·-глюкуроновая кислота + R-ОН
· УДФ + R-
·-глюкуронид.
Остаток глюкуроновой кислоты может соединяться с любой свободной гидроксильной группой стероидов. Напишите уравнение реакции биосинтеза эстрадиолглюкуронида.
86.В печени, надпочечниках и кишечнике млекопитающих отмечено наличие активной сульфокиназы, осуществляющей ускорение реакции сульфатирования стероидов. Реакция идет в соответствии со схемой:
АТФ + [SO4]2
· аденозин-5’-фосфосульфат (АФС) + пирофосфАТ;
АФС + АТФ
· аденозин-3’- фосфат -5’- фосфосульфат (ФАФС) + АДФ;
ФАФС + R-OH
· ROSO3H + фосфоаденозинфосфат.
Пользуясь приведенной схемой, напишите уравнение реакции биосинтеза эстрадиол-3-фосфат.
87.Рассчитайте массовую долю (в %) кислорода в молекуле эстрадиола и в молекуле тестостерона. Какой из названных гормонов является более окисленным соединением? (Ответ: 12,4% и 11,1%) .
88.В надпочечниках за сутки образуется 0,35 мг альдостерона, что составляет 1,5% от суммы кортикостероидов. Рассчитайте массу кортикостерона и 17-оксикортикостерона, если известно, что доля их в суммарной массе кортикостероидов составляет 75%. (Ответ: 17,5 мг)
89.Представьте в виде схемы реакцию окисления 11-дезоксикортикостерона в кортикостерон при участии соответствующей гидроксилазы.
90.Напишите реакции, происходящие при переваривании пальмитоолеилстеароилглицерина.
А.Над стрелкой укажите название фермента, катализирующего эту реакцию, его класс, факторы, необходимые для нормального протекания этой реакции в кишечнике.
Б. Какое вещество создает оптимум рН для этого фермента?
В. Какие продукты переваривания жиров будут преобладать?
91.Рассчитайте число омыления для одного из компонентов оливкового масла – 1,2-ди-О-олеоил-3-О-пальмитоилглицерина. От какого фактора в большей степени зависит число омыления – степени ненасыщенности или длины углеродной цепи кислот, входящих в состав триацилглицеринов?
92.. На примере синтетических поверхностно-активных веществ – алкилсульфата натрия, алкилбензолсульфоната натрия и алкилтриметиламмонийбромида (алкильный радикал С16Н33) – объясните основу их действия. В чем заключаются преимущества синтетических моющих средств по сравнению с традиционными мылами?
93.Из шафрана выделен обладающий горьким вкусом гликозид пикрокроцин. Относится ли пикрокроцин к производным терпеноидов? В какой среде это соединение гидролизуется? Напишите схему реакции гидролиза и назовите полученные продукты.

13 EMBED ChemDraw.Document.6.0 1415
Пикрокроцин

94.
·- и
·- Пинены при взаимодействии с 2 моль хлороводорода образуют один и тот же продукт – 1,8- дихлоро- п –ментан. Напишите схемы реакций и объясните их результат.

13 EMBED ChemDraw.Document.6.0 1415
· - пинен

· - пинен
95.Дигидроцингибирен можно получить при восстановлении цингибирена натрием в этаноле (в этих условиях изолированные двойные связи не восстанавливаются). Какое строение имеет дигидроцингибирен?

13 EMBED ChemDraw.Document.6.0 1415
Цингибирен
96.Пулегон [ментен-4(8)-он-3] синтезирован из этилового эфира 4-метил-2-оксоциклогексанкарбоновой кислоты (А). Напишите строение исходного, промежуточных и конечного продуктов в схеме синтеза пулегона:
А
· Б
· В
· Г
· Д
· Е
(1) (2) (3) (4) (5)
Условия реакции: 1 – этиленгликоль,Н+; 2 – 2СН3МgI;
3 – Н2О; 4 – дегидратация; 5 –Н2О, Н+.
97..Приведите строение всех промежуточных соединений в схеме синтеза
·- терпинеола:

13 EMBED ChemDraw.Document.6.0 1415

98.Заполните схему превращений, с помощью которых было установлено строение основного компонента эфирного масла имбиря – цингибирена (См. задачу 94):
Цингибирен
· А
· Б
· В + Г
(1) (2) (3)
Условия реакций: 1 – Nа, С2Н5ОН; 2 – КМnО4, Н+; 3 – Вr2, NаОН (галоформное расщепление).
Назовите по заместительной номенклатуре вещества В и Г.
99.Одна из последних стадий синтеза эстрона, предложенного отечественным химиком И.В.Торговым, состоит в каталитическом гидрировании 3-метоксиэстрапентаен-1,3,5(10),8,14-она-17 в 3-метоксиэстратриен-1,3,5(10)-он-17. Напишите схему этой реакции и объясните причину ее избирательности.
100.Синтетический аналог эстрогенных гормонов микрофоллин (17
·-этинилэстратриен-1,3,5(10)-диол-3, 17
·) способен образовывать соли. За счет какого кислотного центра микрофоллин взаимодействует со щелочами? Напишите схему реакции.
101.Агликон стероидных сапонинов диосгенин используют в качестве сырья для синтеза кортикостероидных гормонов. Какой насыщенный углеводород составляет родоначальную структуру этого агликона?

13 EMBED ChemDraw.Document.6.0 1415
Диосгенин
102.Определите характер сочленения колец А, В, С и D в молекуле фузидиевой кислоты, являющейся стероидным антибиотиком.

13 EMBED ChemDraw.Document.6.0 1415
Фузидиевая кислота

103.Одной из ключевых стадий синтеза холестерина является внутримолекулярная кротоновая конденсация соединения, имеющего структурную формулу, приведенную ниже. Напишите схему этой реакции и приведите ее механизм.
13 EMBED ChemDraw.Document.6.0 1415

104..Стероидные гормоны как лекарственные средства часто используют в виде так называемых ацетонидов.
Ацетониды – циклические ацетали, образующиеся при взаимодействии 1,2- и 1,3- диолов с ацетоном в присутствии кислотного катализатора. Какое из двух стероидных соединений
· эстриол (эстратриен-1,3,5(10)-триол-3,16
·,17
· или триамцинолон (11
·.16
·,17
·,21-тетрагидрокси-6
·,9
·-дифторопрегнадиен-1,4-дион-3,20)
· способно образовывать ацетониды? Напишите схему соответствующей реакции.
105. Стероидные гормоны в процессе метаболизма гликозилируются глюкуроновой кислотой. Приведите структуру одного из таких метаболитов
· 16
·-D-глюкуронида эстриола (эстратриен-1,3,5(10)-триола-3,16
·,17
·).
106.Положение двойных связей в молекуле карвона было доказано путем одностадийного восстановления его в лимонен (1,8-п

·-ментадиен). Какой из способов восстановления карбонильных соединений
· реакция Кижнера
· Вольфа или реакция Клемменсена
· был использован в этом случае? Напишите схему соответствующей реакции.
13 EMBED ChemDraw.Document.6.0 1415
Карвон
107.Компонентом канифоли является абистиновая кислота. Выделите в ее структуре изопреновые звенья. К какой классификационной группе терпеноидов относится эта кислота? Назовите типы сопряженных систем в структуре абистиновой кислоты.
13 EMBED ChemDraw.Document.6.0 1415
Абистиновая кислота


Список рекомендуемой для работы литературы

Березов Т.Т., Коровкин Б.Ф. Биологическая химия.
· М.: Медицина, 1998.
Биохимия
· Под ред. Е.С.Северина.
· М.: ГЭОТАР-МЕД, 2003.
Биохимия. Краткий курс с упражнениями и задачами
· Под ред .Е.С.Северина, А.Я.Николаева.
· М.:ГЭОТАР-МЕД, 2002.
Габриелян О.С.Задачи по химии и способы их решения
· О.С.Габриелян, П.В.Решетов, И.Г.Остроумов..
· М.: Дрофа, 2004.
Габриелян О.С. Органическая химия в тестах, задачах и упражнениях .
· О.С.Габриелян, И.Г.Остроумов.
· М.: Дрофа, 2003.
Габриелян О.С. Химия в тестах, задачах, упражнениях
· О.С.Габриэлян, Н.П.Воскобойникова.
· М.: Дрофа, 2005. Габриелян О.С. Химия в тестах, задачах, упражнениях
· О.С.Габриэлян, Г.Г.Лысова .
· М.: Дрофа, 2006.
Грандберг И.И .Органическая химия.
· М.: Дрофа, 2001.
Иванов В.Г., Горленко В.А., Гева О.Н. Органическая химия.
· М.:Академия, 2005.
Комов В.П., Шведова В.Н. Биохимия.
· М.: Дрофа, 2004.
Номенклатура ферментов
· Под ред. А.Е.Браунштейна. М.: ВИНИТИ, 1979.

Органическая химия: В 2 кн.
· Под редакцией Н.А.Тюкавкиной.
· Кн.1.Основной курс.
· М.:Дрофа, 2003.
Проскурина И.К. Биохимия.
· М.: Издательство «ВЛАДОС-ПРЕСС», 2001.
Пузаков С.А. Пособие по химии: программы, вопросы и упражнения и задачи
· С.А.Пузаков, В.А.Попков.
· М.: Высш.шк.,2000.
Рогожкин В.В. Практикум по биологической химии.
· СПб.: Издательство «Лань», 2006.
Руководство к лабораторным занятиям по биоорганической химии
· Под ред. Н.А.Тюкавкиной.
· М.: Медицина, 1999.
Руководство к лабораторным занятиям по органической химии.
· Под ред. Н.А. Тюкавкиной.
· М.: Дрофа, 2003
Тюкавкина Н.А., Бауков Ю.И. Биоорганическая химия.
· М.: Дрофа, 2005.
Тесты по общей, биоорганической и биологической химии для студентов 1 курса медицинских вузов
· Под ред. Л.М.Пустоваловой.
· Ростов-на –Дону, 2003.
Тесты по общей и клинической биохимии для студентов
·
· курсов медицинских вузов
· Под ред. Л.М.Пустоваловой.
· Ростов-на Дону, 2002.





СОДЕРЖАНИЕ

ЧАСТЬ
·. КРАТКИЙ КУРС С УПРАЖНЕНИЯМИ И ЗАДАЧАМИ ПО ХИМИИ БЕЛКОВ

РАЗДЕЛ 1.1. Аминокислоты, пептиды и белки

1.1.1. Аминокислоты
1.1.2. Строение белков и пептидов
1.1.3. Синтез пептидов
1.1.4. Физико-химические свойства белков и методы их разделения
1.1.5. Ферменты

РАЗДЕЛ 2.1. Упражнения и задачи по химии аминокислот, пептидов и белков

ЧАСТЬ
·
·. КРАТКИЙ КУРС С УПРАЖНЕНИЯМИ И ЗАДАЧАМИ ПО ХИМИИ ЛИПИДОВ

РАЗДЕЛ 2.1. Некоторые теоретические сведения о липидах

2.1.1. Жирные кислоты
2.1.2. Триацилглицерины
2.1.3. Липиды отличные от триацилглицеринов
2.1.4. Гидролиз липидов
2.1.5. Химические свойства
2.1.6.Пространственная структура
2.1.7. Неомыляемые липиды

РАЗДЕЛ 2.2. Упражнения и задачи по химии липидов

РЕЦЕНЗИЯ
на учебное пособие «Химия БАВ. Краткий курс с упражнениями и задачами»

Предлагаемое пособие «Химия БАВ. Краткий курс с упражнениями и задачами» предназначено для самостоятельной работы студентов. Пособие состоит из двух частей: часть 1 представляет собой краткий курс с упражнениями и задачами по химии белков, пептидов и аминокислот, часть 2 – по химии липидов. Каждая часть включает сжатый, структурированный раздел теоретического материала, который востребован для выполнения упражнений и решения задач, приведенных в другом разделе. Студенты имеют возможность не только разобрать теоретический материал, продумать варианты ответов, приобрести навыки самостоятельной работы, но и получить задел знаний для успешной сдачи итогового контроля.
Данное учебное пособие является составной и необходимой частью единого учебного комплекса.
Система предлагаемых заданий в форме упражнений и задач, свободно конструируемых ответов и самоконтроля позволяет студенту расширить кругозор, эрудицию, связать изучаемый материал с жизнью и будущей профессиональной деятельностью.

Рецензент






































13PAGE 15


13PAGE 1413415




H+
Н+

Возврат
катализатора









Полимер

Перенос протона

Пептидная
группа

Полимер

Полимер


·+

Полимер ОСО – СН - NH – CO -- CH –NHX

R1 R2

Пептидная
группа



Активированная
СООН-группа

Аминокислота
прикрепленная
к твердой фазе

ОСО – СН – NH2 + YOC – CH – NHX
-YH
R1

Полимер



Root Entry Х°
·

Приложенные файлы

  • doc 14722661
    Размер файла: 6 MB Загрузок: 0

Добавить комментарий