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 (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 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

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

       рНi  = (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                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       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 СН3- 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