Опыт 5. Реакция глицина с нингидрином.
В пробирку поместите 4 капли 0,2н раствора глицина и 2 капли 0,1% раствора нингидрина. Содержимое пробирки осторожно нагрейте до появления сине-красной окраски.
Схемы реакций:
Вопросы:
1. Какие аминокислоты могут быть обнаружены реакцией с нингидрином?
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.