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 (α – амино – γ – 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 (натриеваясоль

│ 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 α – 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

КатионнаяформаАнионнаяформа

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.

1) Глутаминовая кислота, серин;

2) Серин, аланин, метионин.

1) 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

Глутамилариноваякислота.

Глу – Сер

рН_i = (3,22 + 5,68) / 2 = 4,45

2) 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:

1) I₂;

2) H₂;

3) 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

5 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 - С₁₉Н₃₁CH₂ - OHC₁₉H₃₁COONa

арахидонат Na

O

| || |

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

миристат Na

O

| || |

CH₂ - O - C - C₁₇H₃₅ CH₂ - OHC₁₇H₃₅COONa г глицерин стеарат Na

В нейтральной среде:

O

||

СН₂ - О - С - С₁₉Н₃₁ CH₂ - OHC₁₉H₃₁COOH

O арахидоновая кислота

| || |

CH - O - C - C₁₃H₂₇ + 3Н₂О → CH - OHC₁₃H₂₇COOH

миристиновая кислота

O

| || |

CH₂ - O - C - C₁₇H₃₅ CH₂ - OHC₁₇H₃₅COOH

глицерин стеариновая кислота

№5

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

C6H12O6 →2C2H5OH + 2CO2

100% 87%

X 4600г

Ответ: Х ≈ 5287 г

№6 Витаминоподобные жирорастворимые вещества

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

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

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

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

О

║

₄

Н₃СО ₃₅ СН₃ СН₃

║ ║│

₂₆

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 жирахосуществляет такой перенос в гидрофобной митохондриальной мембране. Пластихиноны выполняют аналогичную функцию переносчиков при транспорте электронов в процессе фотосинтеза.

В организме человека KoQможет синтезироваться из мевалоновой кислоты и продуктов обмена фенилаланина и тирозина. По этой причине KoQнельзя отнести к классическим витаминам, однако при некоторых патологических состояниях, развивающихся как следствие неполноценности питания , KoQстановится 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 KoQдают хорошие результаты. KoQоказался 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 Fлегко 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