Углеводы. Олиго– и полисахариды.

УГЛЕВОДЫ. ОЛИГО– И ПОЛИСАХАРИДЫ.

ЦЕЛЬ: Сформировать знания:

– классификации, строения и биологической роли полиоз;

– принципы строения восстанавливающих и невосстанавливающих дисахаридов;

– пространственной организации гомополисахаридов;

– реакционных центров и химических свойств полиоз во взаимосвязи с их биологическими функциями.

Сформировать умения;

– изображать структурные формулы восстанавливающих и невосстанавливающих дисахаридов, указывать конфигурацию гликозидного центра;

– находить реакционные центры, характеризовать реакционную способность;

– изображать пространственное строение полиоз;

– выполнять характерные и качественные реакции на олиго и полисахариды.

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПОДГОТОВКИ К ЗАНЯТИЮ

1. Общая характеристика и классификация полисахаридов.

2. Олигосахариды. Дисахариды восстанавливающие – мальтоза, лактоза, целлобиоза и невосстанавливающие – сахароза. Строение, цикло- оксотаутомерия. Восстановительные свойства. Гидролиз. Конформационное строение мальтозы и целлобиозы.

3. Химические свойства дисахаридов: общие и отличительные свойства восстанавливающих и невосстанавливающих дисахаридов.

4. Гомополисахариды. Крахмал (амилоза, аминопектин), гликоген, целлюлоза, декстраны. Первичная структура, гидролиз, понятие о вторичной структуре (амилоза, целлюлоза). Пектины (полигалактуроновая кислота).

5. Гетерополисахариды. Гиалуроновая кислота, хондроитинсульфаты, гепарин. Первичная структура, биологическая роль.

6. Понятие о смешанных биополимерах.

Литература:

[1]. Тюкавкина Н.А., Биоорганическая химия. / Н.А.Тюкавкина, Ю.И. Бауков– М.: Медицина, 1991.– С. 407-431.

[2]. Гидранович Л.Г. Биоорганическая химия: Учеб. пособие. /Л.Г.Гидранович. – Витебск: ВГМУ, 2009.– С. 193-207.

[3]. Гидранович Л.Г. Лабораторные занятия по биоорганической химии.: Учеб. пособие / Л.Г.Гидранович. – Витебск: ВГМУ, 2012.– С.92-100.

[4]. Гидранович Л.Г. Курс лекций по биоорганической химии.– Витебск.– 2003.– С. 168-182.

ЗАДАНИЯ ДЛЯ КОНТРОЛЯ САМОПОДГОТОВКИ К ЗАНЯТИЮ.

1. Подготовить теоретический материал по вопросам для самоподготовки к занятиям.

2. Оформить протокол лабораторной работы.

3. Решить задачи 5,7,9,14,16, условие задач представлено на с. 98-100 данного лабораторного практикума.

Примерный вариант заключительного контроля:

1. Напишите фрагмент первичной структуры целлюлозы. Приведите ее вторичную структуру.

2. Напишите схемы реакций, обозначьте графически действующие реакционные центры, укажите, где возможно, тип и механизм реакций:

 

СОДЕРЖАНИЕ ЛАБОРАТОРНОГО ПРАКТИКУМА

Опыт 2. Испытание лактозы и сахарозы на восстанавливающую способность.

Растворы сахаратов меди, полученные в предыдущем опыте, осторожно нагрейте над пламенем горелки так, чтобы нагрелась только верхняя часть раствора, а нижняя оставалась холодной для контроля. Нагревайте только до кипения.

Схема реакции:

 

Вопросы:

1. Объясните, почему раствор сахарозы не восстанавливает Сu(ОН)₂?

2. Объясните причину наличия восстанавливающих свойств у лактозы.

3. Для какой цели может быть использована данная реакция в качественном анализе?

ЗАДАЧИ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОГО РЕШЕНИЯ

1. Покажите принцип образования гликозидной связи по восстанавливающему типу на примере D-глюкопиранозы. Сколько восстанавливающих дисахаридов можно построить на этом примере? Укажите реакционные центры, которые участвуют в реакции образования гликозидной связи, тип и механизм реакции.

2. Покажите принцип образования гликозидной связи по не восстанавливающему типу на примере двух остатков D-глюкопиранозы. Укажите реакционные центры, тип и механизм реакции

3. На примере мальтозы и сахарозы объясните, с чем связано наличие либо отсутствие восстанавливающих свойств у дисахарида? Подтвердите ответ соответствующими схемами реакций

4. Фрагмент олигосахаридных цепей многих гликопротеинов представлен a-D-маннопиранозил-(1®6)-[a-D-маннопиранозил-(1®3)]_n – a-,b-D-маннопиранозой. Приведите структурную формулу олигосахарида. Объясните, по какому типу образована гликозидная связь между моносахаридными звеньями?

5. Предложите химический способ, с помощью которого можно отличить сахарный сироп от натурального меда (если известно, что в состав натурального меда входят, главным образом, D-глюкоза и D-фруктоза). Напишите схемы протекающих реакций и объясните, можно ли этим методом отличить лактозу и мальтозу?

6. Определение моносахаридного состава олигосахаридов проводится путем анализа продуктов кислотного гидролиза, а также путем метанолиза (взаимодействие с метанолом в присутствии сухого НСI). Напишите схемы реакций на примере лактозы и сахарозы, укажите реакционные центры, субстраты, реагенты, типы и механизмы реакций.

7. Определение мест присоединения моносахаридных остатков друг к другу осуществляется путем исчерпывающего метилирования олигосахарида с последующим гидролизом и анализом продуктов. Напишите схемы последовательных реакций на примере мальтозы.

8. Можно ли в анализе структуры олиго- и полисахаридов методом метилирования заменить первую стадию метилирования на более простую экспериментальную процедуру–ацетилирование? Напишите схему обеих реакций на примере целлобиозы. Проведите гидролиз продуктов реакций, укажите типы и механизмы обеих реакций.

9. Дисахарид трегалоза, выделенный из некоторых бактерий и грибов при кислотном гидролизе, образует 2 остатка D-глюкопиранозы. Метилирование трегалозы (СН₃О)₂SО₄/NаОН с последующим гидролизом продукта приводит к образованию единственного продукта–2,3,4,6-тетра-О-метил-D-глюкопиранозы. Данный дисахарид не восстанавливает реактивы Толленса и Фелинга. Трегалоза гидролизуется ферментами, которые катализируют гидролиз a-гликозидной связи и не подвергается гидролизу ферментами b-гликозидами. На основании вышеизложенного, напишите структурную формулу трегалозы, укажите тип гликазидной связи и изобразите конформацию трегалозы.

10. С помощью метода метилирования покажите, что амилоза является неразветвленным полисахаридом, а амилопектин-разветвленным? Ответ проиллюстрируйте схемами превращений на фрагментах цепей обоих полисахаридов.

11. Целлюлоза устойчива к действию щелочей, а триацетат целлюлозы подвергается гидролизу в щелочной среде. Укажите реакционные центры, участвующие в реакции, напишите схему реакции, укажите ее тип и механизм.

12. Приведите вторичную структуру амилозы и целлюлозы, объясните с чем связано их различие.

13. Продукты частичного гидролиза декстранов используются в качестве кровезаменителей (препарат «Полиглюкин»). Приведите структурный фрагмент декстрана, если известно, что в основной цепи его a-D-глюкопиранозные остатки связаны a-1®6-гликозидными связями, а в разветвлениях – a-1®4, a-1®3 и реже a-1®2-гликозидными связями. Укажите условия реакции и напишите схему реакции гидролиза декстана.

14. Олигосахариды молока играют важную роль в формировании кишечной флоры новорожденных. Они способствуют развитию в пищеварительном тракте микроорганизма Lactobacillus bifidus, расщепляющего основной олигосахарид молока-лактозу с образованием молочной и уксусной кислот, которые препятствуют размножению патогенных бактерий. Один из наиболее крупных олигосахаридов женского молока–лакто-N-фукопентаоза представлен следующей последовательностью моноз–a-L-фукозопиранозил-(1®2)-b-D-галактопиранозил-(1®3)–2-дезокси-b-D-N-ацетил-D-глюкопиранозил-(1®3)-b-Dгалактопиранозил-(1®4)-a, b-D-глюкопираноза (L-фукоза-6-дезокси-L-галактоза). Напишите структуру данного олигосахарида, укажите конфигурацию каждого гликозидного центра.

15. Раффиноза-a-D-галактопиранозил-(1®6)-a-D-галактопиранозил – (1®6)-a-D-глюкопиранозил-(1®2)-b-D-фруктофуранозид – широко распространена в растительном мире в качестве резервного тетрасахарида. Напишите ее структуру по названию и дайте характеристику типов связи между моносахаридными звеньями.

16. В состав препарата луронина, получаемого из стекловидного тела глаза крупного рогатого скота, входит гетерополисахарид–гиалуроновая кислота, биозный фрагмент которой состоит из D-глюкуроновой кислоты и 2-дезокси-N-ацетил-D-глюкозамина. Внутрибиозная связь-b-(1®3), межбиозная связь-b-(1®4)–гликозидные связи. Напишите структуру фрагмента гиалуроновой кислоты и поясните ее биологическую функцию.

17. Протеогликаны соединительной ткани представляют собой хондроитин-сульфаты, связанные через тетрасахаридный фрагмент с остатками серина полипептидной цепи b-гликозидной связью. Тетрасахарид состоит последовательно из D-глюкуроновой кислоты (1), двух остатков D-галактопиранозы (2 и 3) и остатка D-ксилопиранозы (4), связанных по схеме:

 

Напишите строение тетрасахаридного фрагмента и покажите его связь с полипептидной цепью.

18. В состав полисахаридной цепи протеогликанов соединительной ткани входят кератансульфаты (a-D-галактопиранозил-(1®4)-2-дезокси-N-ацетил-b-D-глюкопиранозил-6-сульфат-(1®3)-a-D-галактопиранозил-(1®4)...и т. д.). Напишите структуру фрагмента кератансульфата по названию. Дайте характеристику типов гликозидных связей.

 

 

ЗАНЯТИЕ 14

ПРИРОДНЫЕ a-АМИНОКИСЛОТЫ.

ЦЕЛЬ: Сформировать знания:

– классификации, структуры и стереохимии природных a-аминокислот;

– реакционных центров и химических свойств a-аминокислот как гетерофункциональных соединений;

– некоторых путей биосинтеза и метаболизма a-аминокислот.

Сформировать умения:

– изображать в проекциях Фишера D- и L-стереоизомеры a-аминокислот;

– приводить ионные формы a-аминокислот в зависимости от рН раствора;

– характеризовать реакционную способность a-аминокислот;

– выполнять характерные и качественные реакции на аминокислоты.

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПОДГОТОВКИ К ЗАНЯТИЮ

1. Классификация, стереохимия и строение природных a-аминокислот.

2. Биосинтетические пути образования a-аминокислот из кетонокислот, реакции восстановительного аминирования и переаминирования. Пиридоксалевый катализ. Незаменимые аминокислоты.

3. Химические свойства a-аминокислот как гетерофункциональных соединений. Кислотно-основные свойства, биполярная структура. Образование внутрикомплексных солей.

4. Свойства карбоксильной группы аминокислот. Образование сложных эфиров, хлорангидридов.

5. Свойства аминогруппы аминокислот. Реакции ацилирования. Реакции с азотистой кислотой, формальдегидом и фенилизотиоцианатом, их использование в количественном анализе.

6. Метаболизм аминокислот в организме: декарбоксилирование и переход к биогенным аминам, неокислительное и окислительное дезаминирование, трансаминирование. Реакции гидроксилирования.

ЛИТЕРАТУРА

[1]. Тюкавкина Н.А., Биоорганическая химия. / Н.А.Тюкавкина, Ю.И. Бауков– М.: Медицина, 1991.– С. 312-343.

[2]. Гидранович Л.Г. Биоорганическая химия: Учеб. пособие. /Л.Г.Гидранович. – Витебск: ВГМУ, 2009.– С. 208-229.

[3]. Гидранович Л.Г. Лабораторные занятия по биоорганической химии.: Учеб. пособие / Л.Г.Гидранович. – Витебск: ВГМУ, 2012.– С.101-107.

[4]. Гидранович Л.Г. Курс лекций по биоорганической химии.– Витебск.– 2003.– С. 183-196.

ЗАДАНИЯ ДЛЯ КОНТРОЛЯ САМОПОДГОТОВКИ К ЗАНЯТИЮ.

1. Подготовить теоретический материал по вопросам для самоподготовки к занятиям.

2. Оформить протокол лабораторной работы.

3. Решить задачи 1,2,4,6,8,16-20, представленные на страницах 104-107 данного лабораторного практикума.

Примерный вариант заключительного контроля:

1. Напишите ионные формы триптофана при рН 1,0 и 7,5.

2. Напишите схемы реакций, обозначьте графически действующие реакционные центры, укажите, где возможно, тип и механизм реакций:

СОДЕРЖАНИЕ ЛАБОРАТОРНОГО ПРАКТИКУМА

Опыт 3. Образование комплексной медной соли глицина.

Поместите в пробирку на кончике лопаточки CuO. Добавьте 3 капли 0,2н раствора глицина и нагрейте над пламенем спиртовки. Дав отстояться избытку черного осадка CuO, обратите внимание на образование темно-синего раствора медной соли глицина. Медные соли аминокислот хорошо кристаллизуются и поэтому используются для выделения аминокислот в чистом виде путем перекристаллизации.

Схема реакции:

Вопросы:

1. Какие реакционные центры глицина участвуют в реакции комплексообразования с ионами Сu²⁺?

2. Для каких целей может быть использована данная реакция в качественном анализе?

ЗАДАЧИ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОГО РЕШЕНИЯ

1. При формировании пространственной структуры белковых молекул неполярные радикалы a-аминокислот располагаются внутри макромолекулы, а полярные и ионогенные радикалы-на поверхности. Отнесите следующие аминокислоты к неполярным (гидрофобным) и полярным (гидрофильным); объясните свой выбор: Тре, Цис, Фен, Три, Про, Глн, Сер, Мет, Лей.

2. Напишите структурные формулы и выберите среди следующих аминокислот положительно и отрицательно заряженные. Напишите схемы их ионизации в воде:

Асп, Арг, Гис, Глу, Лиз, Асн, Глн, Гли, Тир.

3. В составе природных белков встречаются только L-аминокислоты. Напишите в виде проекций Фишера возможные конфигурационные стереоизомеры для валина, цистеина, изолейцина. Укажите D- и L-стереоизомеры.

4. Для разделения рацемической смеси D- и L-a-аланина его N-ацилированный продукт обрабатывают ферментом ацилазой и извлекают один из энантиомеров водным раствором HCl. Какой энантиомер образуется под воздействием фермента в растворе в свободном, не ацилированном виде? Напишите реакцию его образования и взаимодействия с HCl.

5. Метионин (рКа 5,75) и гистидин (рКа 7,58) используют для лечения и предупреждения заболеваний печени. Пользуясь значениями рКа, определите, в какой ионной форме будут находиться перечисленные аминокислоты в крови (рН 7,3-7,5).

6. Незаменимые аминокислоты триптофан (рКа 5,88) и лизин (рКа 9,74) должны поступать в организм человека с пищей. Пользуясь значениями рКа определите, в какой ионной форме они присутствуют в желудке (рН~1) и в крови (рН 7,3-7,5).

7. Для белкового питания больным внутривенно вводят препарат «Полиамин», состоящий из 13 аминокислот, в том числе аргинина (рКа 10,76) и лейцина (рКа 5,98). Пользуясь значениями рКа, определите, в какой ионной форме будут находиться перечисленные аминокислоты в крови (рН 7,3-7,5).

8. Тиольная группа цистеина является одной из наиболее реакционноспособной в белках и особенно сильно подвергается модификации. Для выяснения ее роли в проявлении активности ферментов проводят модификацию тиольной группы путем алкилирования йодуксусной кислотой (I-CH₂COOH) и йодацетамидом (I-CH₂CONH₂). Напишите уравнения реакции, назовите реакционные центры, которые участвуют в этом процессе, тип и механизм реакции.

9. Модификация остатков аминокислот помогает определить их локализацию, либо участие в выполнении биологической функции. В частности ацилирование с помощью радиоактивно моченого уксусного ангидрида было предложено в качестве метода определения локализации остатков лизина, расположенных на поверхности белковой глобулы. Напишите схему реакции ацилирования.

10. Сложные эфиры a-аминокислот обладают летучестью и используются для разделения a-аминокислот методом газожидкостной хроматографии. Напишите схему образования сложного эфира треонина, укажите тип и механизм реакции, опишите ее механизм.

11. При участии ферментов декарбоксилаз в организме аминокислоты декарбоксилируются с образованием биогенных аминов. Напишите схемы реакций декарбоксилирования гистидина и триптофана. Назовите продукты реакций, опишите их биологическую роль.

12. В количественном анализе аминокислот применяется метод Ван-Слайка и метод Серенсена. Напишите схемы реакций лежащих в основе этих методов.

13. Образование фенилтиогидантоиновых производных аминокислот используется для установления структуры пептидов. Напишите схемы реакций получения таких производных для валина и аспарагиновой кислоты. Укажите реагент.

14. Качественная реакция на ароматические аминокислоты – ксантопротеиновая реакиця – основана на образовании нитросоединений под действием азотной кислоты. Напишите схему реакции нитрования тирозина. Укажите механизм реакции.

15. На начальных стадиях биосинтеза кофермента А (HS-KoA) аспарагиновая кислота декарбоксилируется до b-аланина, который образует амид с пантоевой (2,4-дигидрокси-3,3-диметилбутановой) кислотой – пантотеновую кислоту. Напишите схемы реакций.

16. Трансаминирование – основной путь биосинтеза a-аминокислот, которое осуществляется с участием ферментов трансаминаз (аминотрансфераз) и кофермента пиридоксальфосфата. В этом процессе пиридоксальфосфат играет роль посредника при передаче аминогруппы от a-аминокислоты к оксокислоте. Напишите все схемы реакций, протекающих с участием пиридоксальфосфата в процессе трансаминирования цистеина с участием a-оксоглутаровой кислоты.

17. По наличию или отсутствию аланинтрансаминазы в сыворотке крови больного инфарктом миокарда можно судить о результатах лечения. К сыворотке крови добавляют a-аланин и a-оксоглутаровую кислоту. Какие продукты образуются, если аланинтрансаминаза присутствует?

18. У детей страдающих фенилкетонурией в крови (и моче) повышено содержание фенилаланина и продуктов его превращения, которые образуются при последовательном трансаминировании фенилаланина с образованием оксокислоты (А), восстановлении (А) с образованием гидроксикислоты (В), декарбоксилировании (В) с образованием продукта реакции (С). Небольшая часть (С) окисляется до соответствующей кислоты, которая экскретируется с мочой в виде комплекса с глутамином. Напишите схемы последовательного превращения фенилаланина при фенилкетонурии. Назовите промежуточные продукты.

19. Допишите следующие реакции метаболизма аминокислот:

трансаминаза

а) аргинин + a-оксоглутаровая кислота

трансаминаза

б) валин + a-оксоглутаровая кислота

декарбоксилаза

в) лейцин

дегидрогеназа

г) пировиноградная кислота +НАД Н⁺ + NH₃

 

20. Катаболизм валина в организме человека включает следующие стади (в указанном порядке):

1) Трансаминирование, приводящее к образованию a-оксокислоты (А).

2) Окислительное декарбоксилирование (А) в присутствии HS-КоА, приводящее к образованию тиоэфира (Б).

3) Дегидрирование (Б) с образованием ненасыщенного производного (В).

4) Гидратация (В) против правила Марковникова с образованием (Г).

5) Гидролиз тиоэфира (Г) с образованием свободной кислоты (Д).

6) НАД⁺ зависимое окисление первичноспиртового гидроксида вещества (Д) с образованием альдегидокислоты (Е) и т.д.

Напишите эти реакции и назовите промежуточные продукты.

 

ЗАНЯТИЕ 15.

ПЕПТИДЫ И БЕЛКИ.

ЦЕЛЬ: Сформировать знания:

– принципов структурного построения пептидов и белков;

– первичной структуры пептидов и белков, методов ее определения;

– пространственной организации полипептидной цепи;

– кислотно-основных свойств и гидролиза пептидов;

– синтеза пептидов in vitro.

Cформировать умения:

– писать структуру ди- и трипептидов, используя знания формул a-аминокислот;

– определять изоэлектрическую точку пептидов;

– изображать разные ионные формы пептидов в зависимости от рН среды;

– выполнять характерные и качественные реакции на пептиды и белки.

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПОДГОТОВКИ К ЗАНЯТИЮ

1. Биологические функции пептидов и белков.

2. Принцип структурного построения пептидов и белков. Электронное строение и свойства пептидной связи.

3. Свойства пептидов. Изоэлектрическое состояние и изоэлектрическая точка пептидов, кислотный и щелочной гидролиз пептидов.

4. Первичная структура пептидов и белков. Определение аминокислотной последовательности по Эдману (фенилизотиоцианатный метод).

5. Синтез пептидов in vitro методом «активации» и «защиты» функциональных групп. Понятие о стратегии пептидного синтеза.

6. Вторичная структура пептидов и белков. Регулярные a-спиральные и b-структурные участки полипептидных цепей. Понятие о третичной и четвертичной структурах белков.

7. Понятие о сложных белках. Гемоглобин, строение, свойства, значение.

ЛИТЕРАТУРА:

[1]. Тюкавкина Н.А., Биоорганическая химия. / Н.А.Тюкавкина, Ю.И. Бауков– М.: Медицина, 1991.– С. 344-377.

[2]. Гидранович Л.Г. Биоорганическая химия: Учеб. пособие. /Л.Г.Гидранович. – Витебск: ВГМУ, 2009.– С. 230-262.

[3]. Гидранович Л.Г. Лабораторные занятия по биоорганической химии.: Учеб. пособие / Л.Г.Гидранович. – Витебск: ВГМУ, 2012.– С.107-113.

[4]. Гидранович Л.Г. Курс лекций по биоорганической химии.– Витебск.– 2003.– С. 197-210.

ЗАДАНИЯ ДЛЯ КОНТРОЛЯ САМОПОДГОТОВКИ К ЗАНЯТИЮ.

1. Подготовить теоретический материал по вопросам для самоподготовки к занятиям.

2. Оформить протокол лабораторной работы.

3. Решить задачи 1-6,9,14, представленные на страницах 111-113 данного лабораторного практикума.

Примерный вариант заключительного контроля:

1. Напишите ионные формы дипептида Гис-Про при рН 1,0 и 7,5.

2. Напишите схемы реакций, обозначьте графически действующие реакционные центры, укажите, где возможно, тип и механизм реакций:

СОДЕРЖАНИЕ ЛАБОРАТОРНОГО ПРАКТИКУМА.

ЗАДАЧИ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОГО РЕШЕНИЯ

1. Дипептид карнозин, найденный в мышцах человека, представляет собой b-аланил-гистидин. Напишите его структуру, определите рН в растворе пептида, его изоэлектрическую точку и суммарный заряд при рН 7,3-7,5.

2. В регуляции кровяного давления важнейшую роль играет ангиотензин II-линейный октапептид, который образуется из декапептида ангиотензина I путем отщепления дипептидного фрагмента Гис-Лей. Напишите структуру этого дипептида. Определите рН в его растворе и его изоэлектрическую точку и суммарный заряд в крови (рН 7,3-7,5).

3. Смесь пяти пептидов Р₁, Р₂, Р₃, Р₄;. Р₅ подвергалась электрофорезу при рН 8,5. После окончания разделения и окраски получена электрофореграмма, показанная на рисунке. Все пептиды имели одинаковую молярную массу. Зная рI каждого пептида (9,0 для Р₁; 5,5 для Р₂; 10,2 для Р₃; 8,2 для Р₄, 7,2 для Р₅). Определите, какая зона соответствует каждому пептиду.

4. После 10-летнего тщательного испытания в США разрешено использовать аспартам в качестве низкокалорийной добавки для придания продуктам сладкого вкуса (в 200 раз слаще сахара). По химической природе аспартам представляет собой метиловый эфир дипептида L-аспартил-L-фенилаланина. Напишите его структуру и схему образования метилового эфира из соответствующего дипептида. Укажите механизм реакции.

5. Глутатион защищает SH-группы белков в организме от окисления. Трипептид глутатион (g-глутамилцистеинилглицин) отличается по строению от других пептидов тем, что глутаминовая кислота в его составе представляет для образования пептидной связи не a-карбоксильную, а g-карбоксильную группу. Напишите его структуру, предположите за счет какой функциональной группы он может проявлять окислительно-восстановительные свойства, напишите схему окислительно-восстановительной реакции.

6. Тетрапептид тафцин является регулятором иммунной системы, обладает противоопухолевым и антибактериальным действием. Он имеет следующее строение: Тир-Лиз-Про-Арг. Определите область рН в изоэлектрической точке данного тетрапептида и его заряд в крови (рН 7,3-7,5).

7. Напишите продукты гидролиза пептида в присутствие ВrCN и трипсина:

Гли–Мет–Гли–Фен–Ала–Вал–Арг–Мет–Лей–Тир–Лиз–Гли–Ала.

Поясните роль частичного гидролиза в определении первичной структуры пептидов и белков.

8. В автоматическом приборе секвенаторе для определения аминокислотной последовательности пептидов используется метод Эдмана. Полученное на каждой стадии расщепления фенилтиогидантоиновое (ФТГ) производное идентифицируется методом хроматографии. Напишите схемы реакций, протекающих при расщеплении трипептида Лиз-Асп-Вал по методу Эдмана. Чем различаются ФТГ-производные аминокислот?

9. Пентапептид при полном гидролизе образует аргинин, аспарагиновую кислоту, лейцин, серин и тирозин. Для определения аминокислотной последовательности провели три последовательных расщепления по Эдману. После первого расщепления в составе пептида остались Арг, Асп, Лей, Сер, после второго-Арг, Асп, Сер, после третьего-Арг и Сер. Какова последовательность пентапептида? Напишите его структуру и приведите схему определения N-концевой аминокислоты по Эдману.

10. В 1995 году открыта группа пептидов, которые оказывают влияние на передачу нервных импульсов (энкефалины, опиатные пептиды). Первыми в этой группе открыты два пентапептида, оказывающих сильный обезболивающий эффект. Напишите структуру этих пептидов по указанной последовательности аминокислот. Определите рН среды в их растворе и изоэлектрическую точку пептидов.

а) Тир-Гли-Гли-Фен-Мет

б) Тир-Гли-Гли-Фен-Лей.

11. Гормон гипофиза вазопрессин имеет следующую последовательность аминокислот: Цис-Тир-Фен-Глн-Асн-Цис-Про-Арг-Глу. Прогнозируйте связи, которые могут фиксировать вторичную и третичную структуры данного пептида. Изобразите их схематично.

12. В фиброине шелка полипептидные цепи имеют вторичную структуру в виде антипараллельной b-структуры. Изобразите схематично ее строение, укажите типы связи, фиксирующие b-структуру.

13. a-спиральная вторичная структура полипептидной цепи полностью характерна для a-кератина шерсти; в белках миоглобине и гемоглобине содержание a-спирали составляет 75% вторичной структуры, в сывороточном альбумине 50%. Изобразите схематично строение a-спирали, укажите типы связей, фиксирующие ее.

14. Опишите, что вы знаете о природе различных типов связей и их роли в структуре белков:

а) пептидной связи;

б) дисульфидной связи;

в) водородной связи;

г) электростатических взаимодействий;

д) гидрофобных взаимодействий.

15. Схематично изобразите взаимодействия, фиксирующие третичную структуру белковой молекулы на участке полипептидной цепи:

а) – Цис-Асп-Вал-Цис-Лиз-Вал-

б) – Тир-Арг-Лей-Асп-Глу-Лей-

 

 

ЗАНЯТИЕ 16

НУКЛЕИНОВЫЕ КИСЛОТЫ.

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПОДГОТОВКИ К ЗАНЯТИЮ

1. Нуклеиновые основания, входящие в состав нуклеиновых кислот. Пиримидиновые (урацил, тимин, цитозин) и пуриновые (аденин, гуанин), азотистые основания. Лактам-лактимная таутомерия. Реакции дезаминирования.

2. Нуклеозиды: рибозиды и дезоксирибозиды. Характер связи нуклеинового основания с углеводными остатками: конфигурация гликозидного центра. Гидролиз нуклеозидов.

3. Нуклеотиды: рибонуклеотиды и дезоксирибонуклеотиды. Строение мононуклеотидов, образующих нуклеиновые кислоты. Номенклатура. Гидролиз нуклеотидов.

4. Первичная структура нуклеиновых кислот. Фосфодиэфирная связь. Рибонуклеиновые и дезоксирибонуклеиновые кислоты. Нуклеотидный состав РНК и ДНК. Гидролиз нуклеиновых кислот.

5. Вторичная структура РНК и ДНК. Нуклеозидмоно- и полифосфаты. АМФ, АДФ, АТФ. Нуклеозидциклофосфаты (ц-АМФ). Никотинамидные коферменты. Строение НАД⁺ и его фосфата НАДФ⁺. Система НАД⁺-НАД.Н, гидридный перенос.

6. Лекарственные средства на основе модифицированных нуклеиновых оснований (фторурацил, 6-меркаптопурин) и нуклеозиды-антибиотики.

7. Изменение структуры нуклеиновых кислот под действием химических веществ и радиации. Мутагенное действие азотистой кислоты.

ЛИТЕРАТУРА:

[1]. Тюкавкина Н.А., Биоорганическая химия. / Н.А.Тюкавкина, Ю.И. Бауков– М.: Медицина, 1991.– С. 431-457.

[2]. Гидранович Л.Г. Биоорганическая химия: Учеб. пособие. /Л.Г.Гидранович. – Витебск: ВГМУ, 2009.– С. 263-282.

[3]. Гидранович Л.Г. Лабораторные занятия по биоорганической химии.: Учеб. пособие / Л.Г.Гидранович. – Витебск: ВГМУ, 2012.– С.113-119.

[4]. Гидранович Л.Г. Курс лекций по биоорганической химии.– Витебск.– 2003.– С. 211-225.

ЗАДАНИЯ ДЛЯ КОНТРОЛЯ САМОПОДГОТОВКИ К ЗАНЯТИЮ.

1. Подготовить теоретический материал по вопросам для самоподготовки к занятиям.

2. Оформить протокол лабораторной работы.

3. Решить задачи 4-6,8,11,12,16, представленные на страницах 116-119 и сводные вопросы коллоквиума №2 на страницах 119-121 данного лабораторного практикума.

СОДЕРЖАНИЕ ЛАБОРАТОРНОГО ПРАКТИКУМА.

ЗАДАЧИ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОГО РЕШЕНИЯ

1. Реакции алкилирования азотистых оснований используются для изучения структуры нуклеиновых кислот. Сравните силу нуклеофильных реакционных центров гуанина и напишите схему реакции метилирования гуанина диметилфосфатом в нейтральной среде.

2. При изучении структуры нуклеиновых кислот проводят реакции ацилирования продуктов гидролиза. Например, при действии на цитидин бензоилхлорида в безводном пиридине при 100^°С образуется петтаацилированное производное.

В мягких щелочных условиях избирательно снимаются бензоильные группы, связанные с гидроксильными группами углевода и атомом N₃, но сохраняется бензоильная группировка у экзоциклического атома азота. Укажите реакционные центры, по которым протекают данные реакции, напишите схемы реакций, укажите их тип и механизм.

3. Для анализа структуры нуклеиновых кислот используются реакции аминогрупп нуклеиновых оснований с формальдегидом. Напишите схему такой реакции на примере гуанозин-5-монофосфата, укажите ее тип и механизм.

4. Напишите строение участков цепи и-РНК, полученных в процессе транскрипции смысловой цепи ДНК с последовательностью нуклеотидов ГТЦ и АГТ.

5. Напишите строение участка смысловой цепи ДНК, если известно, что в комплементарной цепи им соответствует последовательность АТЦ и ЦТГ.

6. Напишите строение участка цепи т-РНК комплементарной последовательности нуклеотидов ГУЦ в составе и-РНК.

7. Приведите строение пар комплементарных азотистых оснований, входящих в состав ДНК, укажите водородные связи между ними.

8. Щелочной гидролиз до мононуклеотидов применяется для определения мононуклеотидного состава РНК. Напишите возможные продукты гидролиза в щелочной среде динуклеотида А-Ц.

9. Характерной особенностью поведения РНК в кислой среде является изомеризация природной 3^/®5^/-фосфодиэфирной связи в 2^/®5^/-фосфодиэфирную. Этот процесс конкурирует с реакцией гидролиза в кислой среде. Напишите схемы обоих процессов, укажите типы связей, которые подвергаются гидролизу в кислой среде на примере динуклеотида Г-У.

10.При лечении злокачественных новообразований используют антиметаболиты пиримидинового и пуринового рядов 5-фторурацил и 6-меркаптопурин. Напишите их структуру и объясните механизм их действия.

11.При катаболизме гуанозин-5 монофосфата в организме человека происходят последовательные превращения:

12.При катаболизме аденозин-5`–монофосфата происходит последовательносе превращение его в ксантин Напшите схемы реакций.

13.На первых стадиях катаболизма пиримидиновых азотистых оснований происходит восстановление урацила и тимина с образованием полностью гидрированного гетероциклического кольца, затем происходит гидролиз амидной связи между N₃-C₄. Напишите схемы реакций этих превращений.

Расщепление цитозина происходит по той же схеме после предварительного его дезаминирования. Напишите схему реакции дезаминирования цитозина.

14.Одним из механизмов токсического действия нитритов является взаимодействие их со вторичными аминами с образованием N-нитрозодиалкиламинов. Нитрозосоединения повреждают структуру ДНК путем алкилирования азотистых оснований. Таким путем из гуанина образуется N₇-метилгуанин. Алкилирование дестабилизирует гликозидную связь и приводит к потере из структуры ДНК соответствующих оснований, вызывая мутации.

Напишите схемы реакций образования N-нитрозодиметиламина и алкилирования с его участием гуанина в положение N₇.

15. Из мицеллия Cordyceps militaries выделен нуклеозид-антибиотик кордицепин, который отличается от аденозина только отсутствием атома кислорода в положении 3` остатка рибозы. Напишите его структуру и объясните, с чем связана его антибиотическая активность.

16. Нуклеозид-антибиотик пуромицин может быть гидролизован по положениям (1) и (2). Какие связи по химической природе подвергаются гидролизу, в каких условиях протекает гидролиз? Напишите схемы реакций гидролиза пуромицина.

 

17. В результате кислотного гидролиза нуклеотида получены аденин D-рибоза и фосфорная кислота в эквимолярном соотношении. Можно ли на основании этих данных однозначно определить структуру исходного нуклеотида? Приведите структуры нуклеотидов, которым соответствует такой результат гидролиза.

18. Фермент алкоголь дегидрогеназа катализирует обратимую реакцию превращения этанола в этаналь при участии кофермента НАД⁺. Напишите схему реакции переноса гидридного иона, протекающем в процессе окисления этанола в организме человека.

19. С участием АТФ в организме человека осуществляется перенос фосфатных групп-фосфорилирование. Реакции фосфорилирования, идущие с образованием сложноэфирной связи, имеют место в метаболизме углеводов. Напишите схемы реакций фосфорилирования глюкозы с участием АТФ.

21. Реакции фосфорилирования с участием АТФ, идущие с образованием ангидридных связей, имеют место при активации аминокислот в процессе биосинтеза белка. Напишите схему образования лейциладенилата при взаимодействии лейцина с АТФ. Укажите реакционные центры, по которым протекает реакция.

Сводные вопросы коллоквиума №2 (Модуль №3).

Билет состоит из трех вопросов:

1-е вопросы содержат теоретический материал по разделам

- Моносахариды;

- Ди- и полисахариды;

- Природные a-аминокислоты;

- Пептиды и белки;

- Нуклеиновые кислоты

(с.171-282 конспекта лекций)

2-е вопросы предлагаются для проверки знания структуры отдельных представителей:

- оксо- и циклические формы биологически важных моносахаридов;

- ионные формы аминокислот при различных значениях рН растворов;

-структуру дипептидов по названиям;

- структуру нуклеозидов, нуклеотидов и динуклеотидов.

3-и вопросы выявляют умения написать схемы реакций, обозначить графически реакционные центры, указать тип и механизм отдельных реакций:

 

______________________________________________________________

______________________________________________________________

______________________________________________________________

 

______________________________________________________________