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