Основы биохимии (работа 1)

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, HNO>2>, CH>3>OH. 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 (α – амино – γ – метилтиомасляная кислота).

CH>3> – S – (CH>2>)>2> – CH – COOH

NH>2>

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) CH>3> – S – (CH>2>)>2> – CH – COOH + HCl →

NH>2>

→ CH>3> – S – (CH>2>)>2> – CH – COOH Cl -

+ NH>2>

2) CH>3> – S – (CH>2>)>2> – CH – COOH + NaOH →

NH>2>

→ CH>3> – S – (CH>2>)>2> – CH – COONa + H>2>O (натриевая соль

│ аминокислокислоты).

NH>2>

3) CH>3> – S – (CH>2>)>2> – CH – COOH + НО – N = O →

│ (HNO>2>)

NH>2>

→ CH>3> – S – (CH>2>)>2> – CH – COOH + N>2> + H>2>O

OH

4) CH>3> – S – (CH>2>)>2> – CH – COOH + CH>3>OH →

NH>2>

CH>3>

‌ → CH>3> – S – (CH>2>)>2> – CH – COOH + C = O →

│ CH>3>

NH>2>

→ CH>3> – S – (CH>2>)>2> – CH – COOH + H>2>O

N = C (CH>3>)>2>

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

CH>3> – S – (CH>2>)>2> – CH – COO- + Н+

NH>3>

→ CH>3> – S – (CH>2>)>2> – CH – COO-

+ NH>3>

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

+ - H+ + -H+

NH>3> – CH – COOH → NH>3> – CH – COO- → NH>2> – CH – COO-

│ +H+ │ +H+

CH>3 > CH>3> CH>2>

│ │ │

S S S

│ │ │

CH>2 > CH>2 > CH>2>

> > │ │ │

CH>2 > CH>2 > CH>2>

│ │ │

CH – NH>2 > CH – NH>2> CH – NH>2>

│ │ │

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 – CH>2> – CH>2> – CH – COOH

NH>2>

Серин

HOCH>2> – CH – COOH

NH>2>

H>2>O

HOOC – CH>2> – CH>2> – CH – COOH + HOCH>2> – CH – COOH →

│ │

NH>2> NH>2>

H>2>O

→ HOOC – CH>2 >– CH>2> – CH – C + HOCH – CH – C – OH

│ ║ │ ║

NH>2> O NH>2 > O

Глутамилариновая кислота.

Глу – Сер

рН>i >= (3,22 + 5,68) / 2 = 4,45

    Серин

HOCH>2> – CH – COOH

NH>2>

Аланин

CH>3> – CH – COOH

NH>2>

Метионин

CH>3> – S – (CH>2>)>2> – CH – COOH

NH>2>

HOCH>2> – CH – COOH + CH>2> – CH – COOH +

│ │ │

NH>2 >H> > NH>2 >

- 2H>2>O

+ CH>2> – S – (CH>2>)>2> – CH – COOH →

│ │

H NH>2>

→ HOCH>2> – CH – C + CH>2 >– CH – C +

│ ║ │ ║

NH>2 > O NH>2> O

+ CH>2> – S – CH>2> – CH>2 >– CH – COOH

NH>2>

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:

    I>2>;

    H>2>;

    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 C>17>H>31>COOH

CH>2> – OH C>17>H>29>COOH

CH>2> - OH C>17>H>29>COOH

CH – OH HO – C – H>31>C>17>

│ ║

O - 3 H>2>O

CH>2> – OH + HO – C – H>29>C>17> →

│ ║

O

CH>2 >– OH HO – C – H>29>C>17>

O

1 CH> >– O – C – C>17>H>31>

O

2 CH>2> – O – C – C>17>H>29>

O

3 CH>2 >– O – C – C>17>H>29>

O

1 – линолеоил – 2 - линолеонил – 3 – линолеонилглицерин

H>2> – гидрогенизация.

O

CH – C – (CH>2>)>6> – (CH>2 >– CH = CH>2>)>2> – (CH>2>)>4> – CH>3>

│ O

CH>2> – C – (CH>2>)>6> – (CH>2> – CH = CH>2>)>3 >– (CH>2>)>4> – CH>3> + 5H>2> →

│ O

CH>2> – C – (CH>2>)>6> – (CH>2> – CH = CH>2>)>3> – (CH>2>)>4> – CH>3 >

O

CH – C – (CH>2>)>6> – (CH>2> – CH = CH>2>)>2> – (CH>2>)>4> – CH>3>

│ O H H

║ │ │

CH – C – (CH>2>)>6> – (CH>2> – CH - CH>2>)>3> – (CH>2>)>4> – CH>3 >

│ O H H

║ │ │

CH – C – (CH>2>)>6> – (CH2 – CH - CH>2>)>3> – (CH>2>)>4> – CH>3>

М (С>57>95>6>) = 12*5 + 95*1 + 16*6 = 875

875 г триглицерида присоединяет 10 г Н>2 >

1000 г Х

Ответ: Х = 11,43 г Н>2>

V моль любого газа = 22,4 л, то

875 г/моль требует 5*22,4 л Н>2>

1000 г Х>1>

Ответ: Х>1> = 128 л Н>2>

Йодное число

O

CH – C – (CH>2>)>6> – (CH>2> – CH = CH>2>)>2> – (CH>2>)>4> – CH>3>

│ O

CH>2> – C – (CH>2>)>6> – (CH>2> – CH = CH>2>)>3> – (CH>2>)>4> – CH>3> + 5I>2 >→

│ O

CH>2> – C – (CH>2>)>6> – (CH>2> – CH = CH>2>)>3> – (CH>2>)>4> – CH>3>

O

CH – C – (CH>2>)>6> – (CH>2> – CH = CH>2>)>2> – (CH>2>)>4> – CH>3>

│ O I I

║ │ │

→ CH – C – (CH>2>)>6> – (CH>2> – CH – CH>2>)>3> – (CH>2>)>4> – CH>3>

│ O I I

║ │ │

CH – C – (CH>2>)>6> – (CH>2> – CH – CH>2>)>3 >– (CH>2>)>4> – CH>3>

    моль I = 1270 (М (I>2>) = 254 г / моль)

875 г жира присоединяет 5*254 г I

10 г Х>2>

Ответ: Х>2> = 145,14

Реакция с HBr.

O

||

CH - C - (CH>2>)>6 >- (CH>2 >- CH = CH>2>)>2> - (CH>2>)>4> - CH>3>

O

| ||

CH>2> - C - (CH>2>)>6> - (CH>2> - CH = CH>2>)>3> - (CH>2>)>4 >- CH>3 >+ 5HBr →

O

| ||

CH>2> - C - (CH>2>)>6> - (CH>2> - CH = CH>2>)>3> - (CH>2>)>4> - CH>3 >

O

||

CH - C - (CH>2>)>6> - (CH>2> - CH = CH>2>)>2> - (CH>2>)>4> - CH>3>

O HBr HBr

| || | |

→ CH>2> - C - (CH>2>)>6> - (CH>2> - CH - CH>2>)>3> - (CH>2>)>4> - CH>3>

O HBr HBr

| || | |

CH>2> - C - (CH>2>)>6 >- (CH>2 >- CH - CH>2>)>3> - (CH>2>)>4> - CH>3 >

4

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

O

||

СН>2> - О - С - С>19>31>

O

| ||

CH - O - C - C>13>H>27>

O

| ||

CH>2 >- O - C - C>17>H>35 >

В щелочной среде:

O

||

СН>2> - О - С - С>19>31> CH>2 >- OH C>19>H>31>COONa

арахидонат Na

O

| || |

CH - O - C - C>13>H>27 > +2NaOH → CH - OH + C>13>H>27>COONa

миристат Na

O

| || |

CH>2 >- O - C - C>17>H>35 > CH>2 >- OH C>17>H>35>COONa г глицерин стеарат Na

В нейтральной среде:

O

||

СН>2> - О - С - С>19>31 > CH>2 >- OH C>19>H>31>COOH

O арахидоновая кислота

| || |

CH - O - C - C>13>H>27 > + 3Н>2>О → CH - OH C>13>H>27>COOH

миристиновая кислота

O

| || |

CH>2 >- O - C - C>17>H>35 > CH>2 >- OH C>17>H>35>COOH

глицерин стеариновая кислота

5

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

C6H12O6 →2C2H5OH + 2CO2

100% 87%

X 4600г

Ответ: Х ≈ 5287 г

6 Витаминоподобные жирорастворимые вещества

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

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

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

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

О

>4>

Н>3>СО >3> >5> СН>3 >СН>3>

> > ║ > >║> >│> >

>2> >6>

Н>3>СО >1> (СН>2> – СН = С – СН>2>)>n> - Н> >

О

Число остатков изопрена в боковой цепи убихинона из разных источников варьирует от 6 до 10, что обозначается KoQ>6> или KoQ>7 >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 KoQ>10>. 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 KoQ>10 >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 В>12>, 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.

СН>3> – (СН>2>)>4> – СН = СН – СН>2 >– СН = СН – (СН>2>)>2> – СООН – линолевая кислота.

СН>3 >– СН>2> – СН = СН – СН – СН>2> – СН = СН – (СН>2>)>7> – СООН – линоленовая кислота.

СН>3> – (СН>2>)>4> – СН = СН>2> – СН = СН – СН>2> – СН = СН – СН>2> – СН = СН – (СН>2>)>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