Биологическая химия учебно-методический комплекс по дисциплине, специальность 050102 – Биология, со специализацией Фитодизайн, заочное отделение (стр. 4 )

№	Название: полное	сокращенное
1	Аргинин	Арг
2	Гистидин	Гис

Условно заменимые аминокислоты: для синтеза необходимы незаменимые аминокислоты.

№	Название: полное	сокращенное
1	Тирозин	Тир
2	Цистеин	Цис

В условиях пищевого дефицита все аминокислоты становятся незаменимыми!!!

Классификация аминокислот по полярности радикала:

3.  Амфотерность и реакционная способность аминокислот.

B aминoкиcлотax cодeржaтся как минимум две ионогенные группы, поэтому их сyммapный зapяд зaвиcит oт pH среды. У карбоксильных групп при Cα рКа лежат в диапазоне 1,8-2,8, т. е. кислотные свойства у этих групп выражены сильнее, чем у незамещенных монокарбоновых кислот. рКа α‑аминогрупп также различны и составляют 8,8-10,6. Кислые и основные аминокислоты несут в боковой цепи дополнительные ионогенные группы.

4.  Изоэлектрическое состояние.

Зависимость заряда аминокислоты от рН среды хорошо видна на примере гистидина. В гистидине наряду с карбоксильной и аминогруппой при Сα (рКа 1,8 и 9,2 соотв.) присутствует имидазольный остаток c рКа 6,0. Поэтому при повышении рН среды заряд гистидина изменяется от +2 до -1. При рН 7,6 суммарный заряд гистидина равен нулю, несмотря на то что в его молекуле имеются две полностью ионизированные группы. Величина рН, при которой суммарный заряд равен нулю, называется изоэлектрической точкой pI:

где - lg константы диссоциации.

Уравнение справедливо для аминокислот, не содержащих дополнительных –СООН и NH2– групп. В изоэлектрической точке гистидин являетcя цвиттер-ионом, т. е. молекула обладает свойствами как аниона, так и катиона. B нейтральной области рН большинство аминокислот также являются цвиттер-ионами:

Для открытия в биообъектах и количественного определения аминокислот применяется реакция их с нингидрином.

 

Аминокислота Окисленный Восстановленный

нингидрин нингидрин

На II стадии образовавшийся аммиак реагирует с эквимолярными количествами окисленного и восстановленного нингидрина, образуя сине-фиолетовый продукт, интенсивность окраски которого (при 570 нм) пропорциональна количеству аминокислоты:

 

На основе нингидриновой реакции были разработаны методы количественного определения аминокислот, в частности метод распределительной хроматографии на бумаге, впервые внедренный А. Мартин и Р. Синдж в 1944 г.

Пептидная связь

При соединении друг с другом аминокислоты перестают быть таковыми с химической точки зрения. С точки зрения химика корректно говорить, что белки состоят не из аминокислот, а из аминокислотных остатков. Поэтому общая химическая формула любого белка (пептида), состоящего из n аминокислотных остатков, должна быть записана как:

 

Последовательность аминокислотных остатков принято рассматривать в одном определенном направлении – от N - к С-концу. При образовании пептидной связи выделяется вода. Длина пептидной связи составляет 0,1325 нм, представляя собой среднюю величину между длинами одинарной С-N связи (0,146 нм) и двойной С=N связи (0,127 нм), т. е. пептидная связь частично имеет характер двойной связи. Это сказывается на свойствах пептидной группировки:

􀂃 пептидная группировка имеет жесткую планарную структуру, т. е. все атомы, входящие в нее, располагаются в одной плоскости;

􀂃 атомы кислорода и водорода в пептидной группировке находятся в транс-положении по отношению к пептидной С-N связи:

Пептидная группировка (длины связей указаны в нм)

􀂃 пептидная группировка может существовать в двух резонансных формах (кето - и енольной):

Началом полипептидной цепи считают конец, несущий свободную амино-группу (N-конец), а заканчивается полипептидная цепь свободной карбоксильной группой (С-конец). Иногда после синтеза белка на рибосоме (трансляции) происходит химическая модификация некоторых аминокислотных остатков (посттрансляционная модификация). В результате, например, остатки пролина и лизина могут превращаться в остатки оксипролина и оксилизина, к тирозильному остатку порой присоединяется сульфатная группа и т. д.

Химические особенности пептидной связи

Свойства пептидной связи n  Планарная структура n  Укороченность связи C-N n  Универсальность структуры аминокислот n  Способность радикалов к вращению вокруг оси

Предполагаемые следствия n  Создание жесткой структурной основы n  Жесткость связи n  Возможность взаимодействия радикалов по длине цепи n  Образование a-спирали

Этот процесс приводит к тому, что в организме одновременно сосуществуют белки или пептиды с модифицированными и немодифицированными остатками. Так, пептид гастрин может быть сульфатирован и несульфатирован по одному из остатков тирозина, и, что очень важно в проявлении физиологических функций, сульфатированный гастрин существенно более активен.

5.  Пептиды

Первую химическую формулу простейшего природного олигопептида (дипептида карнозина) в 1900 г. определили профессора Московского университета (1867–1933) и его ученик С. Амираджиби.

К классу пептидов относят белки, длиной менее 10000 аминокислотных остатков. Короткие пептиды, содержащие до 10 аминокислот, принято называть олигопептидами. В зависимости от числа аминокислотных остатков, входящих в молекулу полипептида, различают дипептиды, трипептиды, тетрапептиды и т. д. Короткоцепочечные пептиды могут быть синтезированы искусственно.

Для того чтобы соединить две аминокислоты пептидной связью, необходимо:

а) закрыть (защитить) карбоксильную группу глицина и аминогруппу аланина, чтобы не произошло нежелательных реакций по этим группам;

б) образовать пептидную связь;

в) снять защитные группы.

Защитные группы должны надёжно закрывать аминную и карбоксильную группы в процессе синтеза и потом легко сниматься без разрушения пептидной связи.

Синтез Мерифильда

Эффективный метод синтеза пептидных связей предложил в 1960 г. Мерифильд (США). Этот метод получил название твёрдофазного синтеза пептидов. Первая аминокислота с защищённой аминогруппой присоединяется к твёрдому носителю – ионообменной смоле, содержащей первоначально группы –CH2Cl (1-ая стадия), с образованием так называемой “якорной” связи.

Затем наращивают пептидную цепь, пропуская через смолу растворы соответствующих реагентов. Для этого сначала убирают группу, защищающую конечную NH2-группу (2-ая стадия). Пропуская через смолу раствор другой аминокислоты с защищённой аминогруппой в присутствии водоотнимающих реагентов, образуют пептидную связь между первой и второй аминокислотой (3-я стадия). Если затем убрать защитную группу (4-ая стадия), синтез пептида можно вести далее. После наращивания пептидной цепи до нужной величины гидролизуют “якорную” сложноэфирную связь и смывают полипептид со смолы.

Метод Мерифильда позволяет значительно сократить затраты труда и времени на синтез белков. Так, в 1968 г. рибонуклеаза была синтезирована Мерифильдом менее чем за месяц, хотя синтез включал 369 последовательных реакций.

Классификация пептидов функциональная

·  Пептиды памяти: вазопрессин, окситоцин, фрагменты АКТГ и МСГ.

·  Пептиды сна: D-пептид сна, факторы Учизано и Паппенгеймера.

·  Пептиды-анальгетики: эндорфины, энкефалины, киоторфин, динорфин.

·  Регуляторы иммунитета: тафцин, фрагменты интерферона, Zn-тималин, вилозен, мурамил-дипептиды.

·  Пептиды, повышающие толерантность к наркотикам: меланостатин, тиролиберин, вазопрессин.

·  Антипсихотические пептиды для лечения шизофрении: дезтирозил-g-эндорфин, тиролиберин, меланостатин, аналоги эндорфинов.

·  Модуляторы пищевого и питьевого поведения: нейротензин, мозговые аналоги холецистокинина, гастрина, инсулина.

·  Модуляторы настроения и чувства комфорта: эндорфины, динорфин, вазопрессин, меланостатин, тиролиберин.

·  Регуляторы сексуального поведения: люлиберин, окситоцин, кортикотропин.

·  Регуляторы температуры тела: бомбезин, эндорфины, вазопрессин, тиролиберин.

·  Регуляторы тонуса скелетной мускулатуры: соматостатин, эндорфины.

·  Регуляторы тонуса гладкой мускулатуры: церулеин, ксенопсин, филаземин.

·  Пептиды, опосредующие поведенческое предпочтение организмом цвета и звука: амелитиин, скотофобин.

·  Нейромедиаторы: энкефалины, динорфин, карнозин, вещество Р, проктолин, ингибитор нейропередачи.

·  Противоаллергические пептиды: аналоги кортикотропина.

·  Стимуляторы роста и выживаемости: глутатион, стимулятор роста клеток.

·  Трофические пептиды: пепстатин А, пентагастрин (противоязвенный пептид), аналоги холецистокинина и инсулина.

·  Прочие пептиды: брадикинин, тахикинин.

Пептиды обладают плейотропным эффектом. То есть, один пептид может частично заменять функции другого пептида.

·  Кинг-Конг пептид, обнаружен у омаров. Введение омару Кинг-Конг пептида вызывает антисоциальное деструктивное поведение.

·  Тиролиберин вызывает выраженное антидепрессивное действие, повышает Т тела, укорачивает продолжительность барбитуратового наркоза. Обладает выраженным пробуждающим действием при отравлениях различными центральными ядами. Хорошо снимает похмельный синдром и резко обрывает течение алкогольного делирия.

·  Гонадолиберин (люлиберин) стимулятор овуляции и сексуальной активности.

·  Соматотропин – гормон роста.

·  Соматостатин – обладает седативным действием. Тормозит активность соматотропина.

·  Меланостатин – обладает антидепрессивным, антинаркотическим, антипаркинсоническим действием.

·  Окситоцин – стимулирует сокращения беременной матки. Стимулятор сексуального поведения. Увеличение его уровня в крови вызывает у мужчин и женщин желание обниматься, целоваться. При повышении уровня выше среднего, возникает неистовая страсть, а переизбыток в сочетании с избытком катехоламинов – безумную любовь. В то же время в сочетании с повышенным уровнем пролактина окситоцин формирует чувство родительской любви. Повышение уровня также сопровождается забыванием недавних событий.

·  Вазопрессин – антидиуретический гормон, увеличивает тонус гладких мышц. Стимулирует процессы запоминания. Способен излечивать случаи даже тяжелой посттравматической амнезии.

·  Пролактин – у женщин стимулирует рост молочных желез в период полового созревания. У обоих полов стимулирует либидо.

Литература:

1. Современные воззрения в биохимии: Пер. с англ. – М.: Мир. – 19с.

2. Овчинников химия. – М.: Просвещение. – 1987. – 815 с.

3. Бахарев нейрофизиология регуляторных пептидов. – Свердловск. – Изд-во Уральского университета. – 1989. – 136 с.

4. , нейропептиды в синаптической передаче. – Итоги науки и техники. ВИНИТИ. Сер. Физиология человека и животных. 1988. – 184 с.

6.  ФОНДЫ КОНТРОЛЬНЫХ РАБОТ

Контрольная работа по биологической химии №1

Вариант 1.

1.  Изобразить структурную формулу тетрапептида Лиз-Тир-Иле-Сер.

2.  Ксантопротеиновая реакция.

3.  Нингидриновая реакция.

4.  Определение pI казеина.

5.  Участок правой цепи ДНК имеет такую последовательность нуклеотидов:

5/-ГТААЦАЦТАГТТАААТАЦ-3/. Какова структура этого участка и-РНК. Пользуясь таблицей генетического кода, укажите, какова возможная последовательность аминокислот белка, синтезируемого при участии и-РНК, транскрибируемой данным фрагментом цепи ДНК?

6.  Изобразить схему превращения тирозина в адреналин.

7.  Допишите следующие реакции

а) аргинин + a-оксоглутарат трансаминаза

б) валин + a-оксоглутарат трансаминаза

в) L-лизин + FMN оксидаза аминокислот

8.  Допишите следующие реакции

а) цистеин + a-оксоглутарат трансаминаза

б) лейцин лейциндекарбоксилаза

г) пируват + NADH + H+ + NH3 дегидрогеназа

9.  Напишите нуклеотидную последовательность смысловой (+)-цепи ДНК, кодирующей приведенную ниже последовательность полипептида: …ала-асп-трп-глу-про…

10.  Привести доказательства полипептидного строения белковой молекулы.

Вариант 2.

1.  Изобразить структурную формулу тетрапептида Про-Глу-Три-Тре.

2.  Цветная реакция на выявление аргинина.

3.  Цветная реакция на выявление гистидина.

4.  Участок правой цепи ДНК имеет такую последовательность нуклеотидов:

5/-ГТААЦАЦТАГТТАААТАЦ-3/. Какова структура этого участка и-РНК. Пользуясь таблицей генетического кода, укажите, какова возможная последовательность аминокислот белка, синтезируемого при участии и-РНК, транскрибируемой данным фрагментом цепи ДНК?

5.  Изобразите схему синтез пантотеновой кислоты из a-кетоизовалериата, формиата и β-аланина.

6.  Предложите последовательность реакций для объяснения превращения углеродных атомов глюкозы в g-аминомасляную кислоту.

7.  Напишите уравнения реакций:

Глутаминовая кислота g-аминомасляная кислота + СО2;

Глицерин + гидроокись меди

Триацилглицерил H2O глицерин + жирная кислота.

8.  Перечислите аминокислоты, радикалы которых участвуют в образовании водородных связей при формировании третичной структуры белка.

9.  Определите максимальное количество дисахаридов, которые могут существовать, если они состоят только из D-глюкозы.

10.  Привести доказательства полипептидного строения белковой молекулы.

Вариант 3.

1.  Изобразить структурную формулу тетрапептида Тре-Гли-Фен-Вал.

2.  Цветная реакция на выявление тирозина.

3.  Цветные реакции на выявление метионина и серусодержащих аминокислот.

4.  Участок правой цепи ДНК имеет такую последовательность нуклеотидов:

5/-ГТААЦАЦТАГТТАААТАЦ-3/. Какова структура этого участка и-РНК. Пользуясь таблицей генетического кода, укажите, какова возможная последовательность аминокислот белка, синтезируемого при участии и-РНК, транскрибируемой данным фрагментом цепи ДНК?

5.  Изобразите структурные формулы следующих соединений: а) гуанозин-3`-монофосфат, б) дезоксиаденозин-5`-дифосфат, в) 5`-dADP, г) 5`-dTMP.

6.  Напишите формулу динуклеотида следующего строения:

5`-У-А

5`-дГ-дТ

7.  Напишите уравнения реакций:

Фруктоза-1,6-дифосфат диоксиацетонфосфат + глицеральдегидфосфат

Глюкоза + H3PO4 глюкозо-1-фосфат

Этанол + НАД+ ацетальдегид + НАДН+ + Н+.

8.  Объясните основные свойства лизина.

9.  Очищенный препарат ДНК содержит 30,4% аденина и 19,6% цитозина. Отношение аденин/тимин равно 0,98, а гуанин/цитозин 0,97. Вычислите количество гуанина и тимина в этой ДНК, а также соотношение пуриновых и пиримидиновых оснований.

10.  Привести доказательства полипептидного строения белковой молекулы.

Вариант 4.

1.  Изобразить структурную формулу тетрапептида Три-Ала-Мет-Цис.

2.  Цветные реакции на выявление триптофана.

3.  Нингидриновая реакция

4.  Участок правой цепи ДНК имеет такую последовательность нуклеотидов:

5/-ГТААЦАЦТАГТТАААТАЦ-3/. Какова структура этого участка и-РНК. Пользуясь таблицей генетического кода, укажите, какова возможная последовательность аминокислот белка, синтезируемого при участии и-РНК, транскрибируемой данным фрагментом цепи ДНК?

5.  Изобразите структурные формулы следующих соединений: а) тимидин, б) цитозин-5`-трифосфат, в) …pUpGp, г) гуаниловая кислота.

6.  Напишите формулы дисахаридов следующего строения:

Глюкоза (a 1-6)–глюкоза

Глюкоза (a 1-2)–фруктоза

Глюкоза (a 1-4)– глюкоза

7.  Напишите уравнения реакций:

Сукцинат + ФАД фумарат + ФАД+ + Н-

L-лактат + НАД+ пируват + НАДН+ + Н+

Пируват + СО - + АТФ щавелеуксусная кислота + АДФ + H3PO4.

8.  Объясните кислые свойства глутамина.

9.  Полипептидная цепь миоглобина содержит 153 аминокислотных остатка. Теоретически, сколько нуклеотидов в гене должны определять последовательность этого полипептида?

10.  После инкубации с п-хлормеркурийбензоатом связывание фермента с субстратом не изменилось по сравнению с необработанным ферментом, но каталитическая активность уменьшилась на 40%. Какой вывод можно сделать из этого наблюдения?

7. МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО ВЫПОЛНЕНИЮ

КОНТРОЛЬНЫХ РАБОТ

Прежде, чем решать задачу, следует внимательно ее прочитать, понять, наметить план, а затем приступить к ее решению. При решении задачи необходимо приводить весь ход решения, математические формулы и преобразования с указанием единиц измерения. Нет необходимости выполнять задания в указанной последовательности. Поэтому сначала выполните наиболее легкие для Вас задания, а затем – более сложные.

1.  Задачи нахождения количества пары нуклеотидов в ДНК по известному количеству другой пары основаны на правилах Чаргаффа, согласно которым А=Т, Ц=Г и А+Ц=Т+Г. Следовательно, если в ДНК содержится 30,4% аденина и 19,6% цитозина, то тимина содержится 30,4%, а гуанина – 19,6%. Остальное – элементарно.

2.  При выполнении заданий на комплементарность НК и аминокислот пользуйтесь таблицей соответствия:

Таблица соответствия между кодонами РНК и аминокислотами

Первый нуклеотид	Второй нуклеотид
У	Ц	А	Г
У	УУЦ УУУ	Фенилаланин	УЦЦ УЦГ УЦУ УЦА	Серин	УАЦ УАУ	Тирозин	УГЦ УГУ	Серин
УУА УУГ	Лейцин	УАГ УАА	Границы белка	УГГ	Триптофан
УГА	Границы белка
Ц	ЦУЦ ЦУГ ЦУУ ЦУА	Лейцин	ЦЦЦ ЦЦГ ЦЦУ ЦЦА	Пролин	ЦАЦ ЦАУ	Гистидин	ЦГЦ ЦГГ ЦГУ ЦГА	Аргинин
ЦАГ ЦАА	Глутамин
А	АУЦ АУУ	Изолейцин	АЦЦ АЦГ АЦУ АЦА	Треонин	ААЦ ААУ	Аспарагин	АГЦ АГУ	Серин
АУА АУГ	Метионин	ААГ ААА	Лизин	АГГ АГА	Аргинин
Г	ГУЦ ГУГ ГУУ ГУА	Валин	ГЦЦ ГЦГ ГЦУ ГЦА	Аланин	ГАЦ ГАУ	Аспарагиновая кислота	ГГЦ ГГГ ГГУ ГГА	Глицин
ГАГ ГАА	Глутаминовая Кислота

По первому нуклеотиду кодона РНК определяем в таблице горизонтальный ряд, а по второму – вертикальный столбец. На их пересечении находим нужную тройку нуклеотидов и читаем название соответствующей ей аминокислоты.

3.  Чтобы написать последовательность нуклеотидов второй цепочки молекулы ДНК, когда известна последовательность их в первой цепочке, достаточно, пользуясь правилом Чаргаффа, заменить тимин на аденин, аденин на тимин, гуанин на цитозин и цитозин на гуанин.

4.  Чтобы закодировать тройками нуклеотидов последовательность аминокислот белка, обращаемся к биохимическому коду наследственности (см. табл. комплементарности на стр. 43). Для каждой аминокислоты находим ее кодовое «обозначение» в виде соответствующей тройки нуклеотидов и выписываем его. Располагаем эти тройки друг за другом в таком же порядке, в каком идут изображаемые нами аминокислоты, получаем формулу строения искомого участка молекулы информационной РНК. Поскольку в генетическом коде имеются «синонимы[1]» для каждой аминокислоты найдется не одна, а несколько изображающих ее нуклеотидных троек. Выбор между ними делается по произволу решающего задачу. Таким образом, данная задача допускает множество правильных решений.

5.  Обратная задача, воспроизвести последовательность аминокислот в белке или его фрагменте решается аналогично. От 5’ конца отсчитываем тройки нуклеотидов и пользуясь таблицей комплементарности выписываем соответствующую аминокислоту.

Учебное издание

Биологическая химия

Учебно-методический комплекс по дисциплине

Специальность 032400.00 – Биология,

со специализацией 032418 – Фитодизайн

заочное отделение

Составитель :

Подписано в печать. Формат 60×84/16.

Бумага писчая. Печать оперативная.

Усл. печ. л. 2,44. Тираж 25 экз. Заказ №.

ГОУ ВПО «Чувашский государственный педагогический

университет им. »

Чебоксары, ул. К. Маркса, 38

Отпечатано на участке оперативной полиграфии

ГОУ ВПО «Чувашский государственный педагогический

университет им. »

Чебоксары, ул. К. Маркса, 38

 

[1] В языкознании синонимами называются различно звучащие слова с одинаковым смыслом, например: гиппопотам и бегемот.