Основы биохимии

Контрольная работа по курсу «Основы биохимии»

№ 1

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

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

CH₃ — S — (CH₂)₂ — CH — COOH

¦

NH₂

Сокращенное название: «Мет».

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

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

Изоэлектрическая точка — 5,74.

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

¦

NH₂

> CH₃ — S — (CH₂)₂ — CH — COOH Cl ^-

¦

+ NH₂

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

¦

NH₂

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

¦ аминокислокислоты).

NH₂

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

¦ (HNO₂)

NH₂

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

¦

OH

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

¦

NH₂

CH₃

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

¦ CH₃

NH₂

> CH₃ — S — (CH₂)₂ — CH — COOH + H₂O

¦

N = C (CH₃)₂

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

CH₃ — S — (CH₂)₂ — CH — COO^- + Н⁺ >

¦

NH₃

> CH₃ — S — (CH₂)₂ — CH — COO^-

¦

+ NH₃

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

+ - H⁺ + -H⁺

NH₃ — CH — COOH > NH₃ — CH — COO^- > NH₂ — CH — COO^-

¦ +H⁺ ¦ +H⁺ ¦

CH₃ CH₃ CH₂

¦ ¦ ¦

S S S

¦ ¦ ¦

CH₂ CH₂ CH₂

¦ ¦ ¦

CH₂ CH₂ CH₂

¦ ¦ ¦

CH — NH₂ CH — NH₂ CH — NH₂

¦ ¦ ¦

COOH COOH COOH

Катионная форма Анионная форма

В среде рН = 7 существует в виде диполя.

№ 2

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

Глутаминовая кислота, серин;

Серин, аланин, метионин.

Глутаминовая кислота

HOOC — CH₂ — CH₂ — CH — COOH

¦

NH₂

Серин

HOCH₂ — CH — COOH

¦

NH₂

H₂O

HOOC — CH₂ — CH₂ — CH — COOH + HOCH₂ — CH — COOH >

¦ ¦

NH₂ NH₂

H₂O

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

¦ ¦ ¦ ¦

NH₂ O NH₂ O

Глутамилариновая кислота.

Глу — Сер

рН_i = (3,22 + 5,68) / 2 = 4,45

Серин

HOCH₂ — CH — COOH

¦

NH₂

Аланин

CH₃ — CH — COOH

¦

NH₂

Метионин

CH₃ — S — (CH₂)₂ — CH — COOH

¦

NH₂

HOCH₂ — CH — COOH + CH₂ — CH — COOH +

¦ ¦ ¦

NH₂ H NH₂

— 2H₂O

+ CH₂ — S — (CH₂)₂ — CH — COOH >

¦ ¦

H NH₂

> HOCH₂ — CH — C + CH₂ — CH — C +

¦ ¦ ¦ ¦

NH₂ O NH₂ O

+ CH₂ — S — CH₂ — CH₂ — CH — COOH

¦

NH₂

Серилаланилметионин Сер — Ала — Мет рНi = (5,68 + 6 + 5,74) / 3 = 5,81

№ 3

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

I₂;

H₂;

HBr.

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

Остаток линолевой и два остатка линоленовой кислот.

CH — OH C₁₇H₃₁COOH

¦

CH₂ — OH C₁₇H₂₉COOH

¦

CH₂ — OH C₁₇H₂₉COOH

CH — OH HO — C — H₃₁C₁₇

¦ ¦

O — 3 H₂O

CH₂ — OH + HO — C — H₂₉C₁₇ >

¦ ¦

O

CH₂ — OH HO — C — H₂₉C₁₇

¦

O

1 CH — O — C — C₁₇H₃₁

¦

O

2 CH₂ — O — C — C₁₇H₂₉

¦

O

3 CH₂ — O — C — C₁₇H₂₉

¦

O

1 — линолеоил — 2 — линолеонил — 3 — линолеонилглицерин

H₂ — гидрогенизация.

O

¦

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

¦ O

¦

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

¦ O

¦

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

O

¦

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

¦ O H H

¦ ¦ ¦

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

¦ O H H

¦ ¦ ¦

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

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

875 г триглицерида присоединяет 10 г Н₂

1000 г Х Ответ: Х = 11,43 г Н₂

V моль любого газа = 22,4 л, то

875 г/моль требует 5*22,4 л Н₂

1000 г Х₁

Ответ: Х₁ = 128 л Н₂

Йодное число

O

¦

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

¦ O

¦

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

¦ O

¦

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

O

¦

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

¦ O I I

¦ ¦ ¦

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

¦ O I I

¦ ¦ ¦

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

моль I = 1270 (М (I₂) = 254 г / моль)

875 г жира присоединяет 5*254 г I

10 г Х₂

Ответ: Х₂ = 145,14

Реакция с HBr.

O

||

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

O

| ||

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

O

| ||

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

O

||

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

O HBr HBr

| || | |

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

O HBr HBr

| || | |

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

№ 4

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

O

||

СН₂ — О — С — С₁₉Н₃₁

O

| ||

CH — O — C — C₁₃H₂₇

O

| ||

CH₂ — O — C — C₁₇H₃₅

В щелочной среде:

O

||

СН₂ — О — С — С₁₉Н₃₁ CH₂ — OH C₁₉H₃₁COONa

арахидонат Na

O

| || |

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

миристат Na

O

| || |

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

В нейтральной среде:

O

||

СН₂ — О — С — С₁₉Н₃₁ CH₂ — OH C₁₉H₃₁COOH

O арахидоновая кислота

| || |

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

миристиновая кислота

O

| || |

CH₂ — O — C — C₁₇H₃₅ CH₂ — OH C₁₇H₃₅COOH

глицерин стеариновая кислота

№ 5

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

C6H12O6 >2C2H5OH + 2CO2

100% 87%

X 4600 г Ответ: Х? 5287 г

№ 6 Витаминоподобные жирорастворимые вещества

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

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

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

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

О

¦

Н₃СО _{3 5} СН₃ СН₃

¦ ¦ ¦

_{2 6}

Н₃СО ₁ (СН₂ — СН = С — СН₂)_n — Н

¦

О Число остатков изопрена в боковой цепи убихинона из разных источников варьирует от 6 до 10, что обозначается KoQ₆ или KoQ₇ и т. д. в митохондриях клеток человека и животных встречается убихинон только с 10 изопреновыми звеньями. Как и близкие ему по структуре витамины К и Е, убихинон нерастворим в воде. В хлоропластах растений было открыто близкое к убихинону соединение пластихинон, который отличается строением бензольного кольца, где вместо двух метоксильных остатков содержится две метильные группы и отсутствует СН_3- группа у 5 — го углеродного атома.

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

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

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

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

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

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

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

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