Азотсодержащие органические биомолекулы
Вариант 01.
Задания: 3, 20, 27, 44, 66, 72, 77, 88.
Тема: Азотсодержащие органические биомолекулы
3. Классификация α-аминокислот, входящих в состав белков. Особенности строения α-аминокислот. Заменимые и незаменимые α- аминокислоты. Привести структурные формулы.
Ответ:
Все встречающиеся в природе аминокислоты обладают общим свойством – амфотерностью (от греч. amphoteros – двусторонний), т.е. каждая аминокислота содержит как минимум одну кислотную и одну основную группы. Общий тип строения α-аминокислот может быть представлен в следующем виде:
Как видно из общей формулы, аминокислоты будут отличаться друг от друга химической природой радикала R, представляющего группу атомов в молекуле аминокислоты, связанную с α-углеродным атомом и не участвующую в образовании пептидной связи при синтезе белка. Почти все α-амино- и α-карбоксильные группы участвуют в образовании пептидных связей белковой молекулы, теряя при этом свои специфические для свободных аминокислот кислотно-основные свойства. Поэтому все разнообразие особенностей структуры и функции белковых молекул связано с химической природой и физико-химическими свойствами радикалов аминокислот. Именно благодаря им белки наделены рядом уникальных функций, не свойственных другим биополимерам, и обладают химической индивидуальностью.
Классификация аминокислот разработана на основе химического строения радикалов, хотя были предложены и другие принципы. Различают ароматические и алифатические аминокислоты, а также аминокислоты, содержащие серу или гидроксильные группы. Часто классификация основана на природе заряда аминокислоты. Если радикал нейтральный (такие аминокислоты содержат только одну амино- и одну карбоксильную группы), то они называются нейтральными аминокислотами. Если аминокислота содержит избыток амино- или карбоксильных групп, то она называется соответственно основной или кислой аминокислотой.
Современная рациональная классификация аминокислот основана на полярности радикалов (R-групп), т.е. способности их к взаимодействию с водой при физиологических значениях рН (близких к рН 7,0). Различают 5 классов аминокислот, содержащих следующие радикалы: 1) неполярные (гидрофобные); 2) полярные (гидрофильные); 3) ароматические (большей частью неполярные); 4) отрицательно заряженные и 5) положительно заряженные. В представленной классификации аминокислот (табл. 1.3) приведены наименования, сокращенные английские и русские обозначения и однобуквенные символы аминокислот, принятые в отечественной и иностранной литературе, а также значения изоэлектрической точки (рI) и молекулярной массы (М). Отдельно даются структурные формулы всех 20 аминокислот белковой молекулы.
Полярные, незаряженные R-группы
Отрицательно заряженные R-группы
Положительно заряженные R-группы
Ароматические R-группы
Перечисленные аминокислоты присутствуют в разных количественных соотношениях и последовательностях в тысячах белков, хотя отдельные индивидуальные белки не содержат полного набора всех этих аминокислот. Помимо наличия в большинстве природных белков 20 аминокислот, в некоторых белках обнаружены производные аминокислот: оксипролин, оксилизин, дийодтирозин, фосфосерин и фосфотреонин.
Помимо указанных, ряд α-аминокислот выполняет важные функции в обмене веществ, хотя и не входит в состав белков, в частности орнитин, цитруллин, гомосерин, гомоцистеин, цистеинсульфиновая кислота, диоксифенилаланин и др.
Заменимые аминокислоты – это такие аминокислоты, которые могут поступать в наш организм с белковой пищей либо же образовываться в организме из других аминокислот. К заменимым аминокислотам относятся: аргинин, глютаминовая кислота, глицин, аспарагиновая кислота, гистидин, серин, цистеин, тирозин, аланин, пролин.
Незаменимые аминокислоты – это такие аминокислоты, которые наш организм не может самостоятельно вырабатывать, они обязательно должны поступать с белковой пищей. К незаменимым аминокислотам относятся: валин, метионин, лейцин, изолейцин, фенилаланин, лизин, триптофан, треонин.
Таблица заменимых / незаменимых аминокислот
Тема: Ферменты.
20. Какие ферменты относятся к оксидоредуктазам? Их участие в обменных процессах в организме. Роль коферментов НАД+ и НАДФ+.
Ответ:
Оксидоредукта́зы — отдельный класс ферментов, катализирующих лежащие в основе биологического окисления реакции, сопровождающиеся переносом электронов с одной молекулы (восстановителя — акцептора протонов или донора электронов) на другую (окислитель — донора протонов или акцептора электронов).
Реакции, катализируемые оксидоредуктазами, в общем виде выглядят так:
A− + B → A + B−
Где A — восстановитель (донор электронов),
B — окислитель (акцептор электронов).
В биохимических превращениях окислительно-восстановительные реакции иногда выглядят сложнее. Вот, например, одна из реакций гликолиза:
Pн + глицеральдегид-3-фосфат + НАД+ → НАД · H + H+ + 1,3-дифосфоглицерат
Здесь в качестве окислителя выступает НАД+, а глицеральдегид-3-фосфат является восстановителем.
Подклассы оксидоредуктаз (их 17) сформированы
по типу окисляемого в-ва (восстановителя), подподклассы - по типу окислителя (акцептора восстановит. эквивалента).
Оксидоредуктазы всех подподклассов,
для которых акцептором служит не О2, а любое другое соединение, называется дегидрогеназами, или редуктазами, если акцептор О2- оксидазами. В тех случаях, когда атом О включается в состав субстрата, ферменты наз
К оксидоредуктазам относится большая
группа ферментов (ок. 20% от общего их числа). Многие оксидоредуктазы
(ок. 170 ферментов) в качестве акцепторов используют никотинамидные
коферменты -
Считается, что восстановит. эквиваленты
от восстановленного НАД (т. е. от НАДН)
переносятся в клетке на О2 через дыхат. цепь переносаэлектронов (см. Окисли
Ряд дегидрогеназ в качестве акцептора содержит химически
прочно связанный с ферментом флавинмононуклеотид или флавинадениндинуклеотид
(соответственно ФМН и ФАД). В таких флавопротеидах
ФМН или ФАД восстанавливаются в результате окисления НАДН или НАДФН, а затем передают восстановительные
эквиваленты другим компонентам цепи
переноса электронов при дыхани
Тема: Липиды.
27. Строение, свойства и функции сложных липидов (фосфатиды, гликолипиды).
Ответ:
Липи́ды (от греч. lípos — жир) — обширная группа природных органических соединений, включающая жиры и жироподобные вещества. Молекулы простых липидов состоят из спирта и жирных кислот, сложных — из спирта, высокомолекулярных жирных кислот и других компонентов. Содержатся во всех живых клетках. Будучи одним из основных компонентов биологических мембран, липиды влияют на проницаемость клеток и активность многих ферментов, участвуют в передаче нервного импульса, в мышечном сокращении, создании межклеточных контактов, в иммунохимических процессах. Также липиды образуют энергетический резерв организма, участвуют в создании водоотталкивающих и термоизоляционных покровов, защищают различные органы от механических воздействий и другое. К липидам относят некоторые жирорастворимые вещества, в молекулы которых не входят жирные кислоты, например, терпены, стерины. Многие липиды — продукты питания, используются в промышленности и медицине.
Согласно нестрогому определению, липид
— это гидрофобное органическое вещество, растворимое
в органических растворителях; согласно
строгому химическому определению, это
гидрофобная или амфифильная молекула, полученная путём конденсации тиоэфиров или изоп
Сложные липиды — липиды, включающие в свою структуру помимо углерода(С), водорода(H) и кислорода(О) другие химические элементы. Чаще всего: фосфор(Р), серу(S), азот(N).
Общее строение фосфолипидов.
Заместители R1 и R² — остатки жирных кислот, X зависит
от типа фосфолипида.
- Полярные
- Фосфолипиды — сложные эфиры многоатомных спиртов и высших жирных кислот, содержащие остаток фосфорной кислоты и соединённую с ней добавочную группу атомов различной химической природы.
- Гликолипиды — сложные липиды, образующиеся в результате соединения липидов с углеводами.
- Фосфогликолипиды
- Сфинголипиды — класс липидов, относящихся к производным алифатических аминоспиртов.
- Мышьяколипиды
- Нейтральные
- Ацилглицериды
- Триглицериды (Жиры)
- Диглицериды
- Моноглицериды
- Церамиды
- Эфиры стеринов
- N-ацетилэтаноламиды
Фосфолипиды. Представляют собой триглицериды жирных кислот, так же как и жиры. Отличием является то, что один из гидроксилов глицерина этерифицирован фосфорной кислотой, в свою очередь связанной с азотистыми основаниями, чаще всего холином (фосфатидилхолины). Фосфатиды, содержащие холин, называются еще лецитинами.
Лецитин встречается во всех тканях растительного и животного происхождения. В семенах масличных растений количество его может достигать 1-1,5%, в некоторых тканях животного организма - 46-10% (мозг быка, яичный желток). При оценке пищевых жиров наиболее высоко ценятся жиры, содержащие лецитин. Это суждение можно полностью перенести и на фармацевтические жиры. Лецитины представляют для фармации ценность и как вещества, обладающие высокой эмульгирующей способностью. Для промышленных целей лецитин и другой фосфатид - кефалин (фосфатидилэтаноламины) получают из соевых бобов. Они используются при производстве шоколада, маргарина и как антиоксиданты в жирах.
Гликолипиды. Являются глицеридами, в которых один из гидроксилов глицерина связан с сахаристым остатком(например, галактозилглицерид). В связи с большим значением этой группы липоидов для фармации они в настоящее время создаются синтетически с целью использования в качестве эмульгаторов.
Тема: Витамины.
44. Витамин В6 и его биологическое значение.
Ответ:
Витамин В6 (пиридоксин, пиридоксаль, пиридоксамин) - антидерматитный витаминВитамин В6 был открыт П. Дьерди в 1934 году, а через четыре года выделен в кристаллическом состоянии.
Синтезирован впервые этот витамин в
1939 году.
Витаминным действием обладают 3 витамера
- пиридоксин, пиридоксаль и пиридоксамин. В организме
они переходят друг в друга. Кристаллы
пиридоксамина бесцветные, с температурой
плавления 160°С, хорошо растворимы в воде
и некоторых органических растворителях.
Кристаллы пиридоксина плавятся при температуре 195°С и почти не растворяются в органических растворителях. Витамин Вб синтезируется растительными и микробными клетками. Наибольшее количество его в печени, яйцах, дрожжах, моркови. Суточная потребность:
взрослого человека 3-4 мг,
новорожденного - 0,3-0,5 мг,
детей и подростков- 0,6-1,5 мг.
Витамин
Вб поступает в организм с пищей всасывается
в тонком кишечнике методом простой диффузии.
С током крови он транспортируется к тканям
и достаточно легко проникает внутрь клеток.
В клетке
он фосфорилируется при помощи пиридоксалькиназы,
превращаясь в коферменты - пиридоксаль-5-фосфат
и пиридоксаминфосфат. Интересно, что
для синтеза этих В6б-зависимых, коферментов
в организме человека в свою очередь необходимы
флавиновые (В2-зависимые) ферменты.Катаболизм
фосфопиридоксаля начинается с дефосфорилирования,
которое катализируется различными фосфатазами.
Далее происходит окисление и образуется
4-пиридоксиловая кислота, которая выводится
из организма с мочой.
Биохимические функции
Пиридоксальфосфат является коферментом
т.н. пиридоксалевых ферментов, которые
катализируют многочисленные биохимические
реакции превращения аминокислот. Среди
этих реакций наиболее изученными и имеющими
важное биологическое значение являются:
переаминирование, декарбоксилирование,
изомеризация аминокислот, а также реакции
дегидрирования, гидролитическое расщепление
субстратов, синтез сфингозина, реакции
β-замещения. Пиридоксаль-5-фосфат входит
в состав ферментов почти всех классов:
оксидоредуктаз, трансфераз, гидролаз,
лиаз, изомераз.
Гиповитаминоз В6 проявляется в поражении
кожи (дерматит, отсюда название витамина
- антидерматитный), расстройствах нервной
и кроветворной систем. Эти расстройства
сопровождаются повышенной возбудимостью
центральной нервной системы, возможны
судороги. Установлено, что при дефиците
витамина Вб в головном мозгу недостаточно
образуется тормозного медиатора γ-аминомасляной
кислоты (ГАМК). Нарушение кроветворной
системы проявляется в развитии малокровия.
У детей
синдром дефицита витамина В6 развивается
при кормлении их молочными смесями, содержащими
недостаточное количество пиридоксина.
Типичными проявлениями при этом являются
периодические судороги, гипотрофия, анемия,
повышенная возбудимость центральной
нервной системы.
В последнее
время обнаружено, что В6-авитаминоз сопровождается
нарушением обмена липидов, что ведет
к развитию атеросклероза. У взрослых
людей признаки пиридоксиновой недостаточности
наблюдается при длительном лечении противотуберкулёзным
препаратам изониазидом, который является
антагонистом пиридоксаля, а также при
приеме оральных контрацептивов, содержащих
эстрогены.
У беременных
при недостатке витамина В6 развивается
токсикоз, кариес зубов, у новорожденных
отмечается повышенная возбудимость,
судороги.
Проявления
гиповитаминоза В6 в полости рта сопровождаются
ангулярным стоматитом, хейлитом, десквамативным
глосситом, парестезиями слизистой оболочки
рта, себорейным дерматитом в области
носогубной складки, над бровями и вокруг
глаз.Практическое применение
В медицинской практике используют как
витамин В6, так и его коферментные формы.
Пиридоксин применяют при токсикозах
у беременных, атеросклерозе, нервных
и кожных заболеваниях, нарушениях функции
печени, пиридоксинзависимой врожденной
анемии у детей, невритах тройничного
нерва.
В стоматологии
его используют для лечения глоссита,
парестезии слизистой оболочки, медикаментозного
стоматита.
Тема: Метаболизм углеводов, липидов и белков
66. Метаболизм липидов в организме. Напишите общую схему и дайте пояснения.
Ответ:
Липиды попадают в организм главным образом в форме триглицеридов жирных кислот. В кишечнике под действием ферментов поджелудочной железы они подвергаются гидролизу, продукты которого всасываются клетками стенки кишечника. Здесь из них вновь синтезируются нейтральные жиры, которые через лимфатическую систему поступают в кровь и либо транспортируются в печень, либо отлагаются в жировой ткани. Выше уже указывалось, что жирные кислоты могут также синтезироваться заново из углеводных предшественников. Следует отметить, что, хотя в клетках млекопитающих может происходить включение одной двойной связи в молекулы длинноцепочечных жирных кислот (между С–9 и С–10), включать вторую и третью двойную связь эти клетки неспособны.
Поскольку жирные кислоты с двумя и тремя двойными связями играют важную роль в метаболизме млекопитающих, они в сущности являются витаминами. Поэтому линолевую и линоленовую кислоты называют незаменимыми жирными кислотами. В то же время в клетках млекопитающих в линоленовую кислоту может включаться четвертая двойная связь и путем удлинения углеродной цепи может образоваться арахидоновая кислота, также необходимый участник метаболических процессов.В процессе синтеза липидов остатки жирных кислот, связанные с коферментом А, переносятся на глицерофосфат – эфир фосфорной кислоты и глицерина. В результате образуется фосфатидная кислота – соединение, в котором одна гидроксильная группа глицерина этерифицирована фосфорной кислотой, а две группы – жирными кислотами. При образовании нейтральных жиров фосфорная кислота удаляется путем гидролиза, и ее место занимает третья жирная кислота в результате реакции с ацил- коферментом А. Кофермент А образуется из пантотеновой кислоты (одного из витаминов). В его молекуле имеется сульфгидрильная (– SH) группа, способная реагировать с кислотами с образованием тиоэфиров. При образовании фосфолипидов фосфатидная кислота реагирует непосредственно с активированным производным одного из азотистых оснований, таких, как холин, этаноламин или серин.
За исключением витамина D, все встречающиеся в организме животных стероиды (производные сложных спиртов) легко синтезируются самим организмом. Сюда относятся холестерин (холестерол), желчные кислоты, мужские и женские половые гормоны и гормоны надпочечников. В каждом случае исходным материалом для синтеза служит ацетил-кофермент А: из ацетильных групп путем многократно повторяющейся конденсации строится углеродный скелет синтезируемого соединения.
|
|
72. Динамическое состояние α –аминокислот в организме: пути
биосинтеза и распада α –аминокислот.
Ответ:
В организме человека возможен синтез
восьми заменимых аминокислот: Ала, Асп,
Асн, Сер, Гли, Глу, Глн, Про. Углеродный скелет этих аминокислот образуется
из глюкозы. α-Аминогруппа вводится в соответствующие
α-кетокислоты в результате реакций трансаминирования.
Путём трансаминирования α-кетокислот, образующихся из глюкозы, синтезируются аминокислоты (схема А).
Глутамат также образуется при восстановительном аминировании α-кетоглутарата глутаматдегидрогеназой.
Эти реакции обратимы и играют большую роль как в процессе синтеза аминокислот, так и при их катаболизме. Такие реакции, выполняющие двойную функцию, называют амфиболическими.
Пути биосинтеза заменимых аминокислот.
Схема А
492
Амиды глутамин и аспарагин синтезируются из соответствующих дикарбоновых аминокислот Глу и Асп (схема А).
- Серин образуется из 3-фосфоглицерата - промежуточного продукта гликолиза, который окисляется до 3-фосфопирувата и затем трансаминируется с образованием серина (схема Б).
- Существует 2 пути синтеза глицина:
1) из серина с участием
2) в результате действия
- Пролин синтезируется из глутамата в цепи обратимых реакций. Эти же реакции используются и при катаболизме пролита (схема В).
Кроме восьми перечисленных заменимых аминокислот, в организме человека могут синтезироваться ещё четыре аминокислоты.
Частично заменимые аминокислоты Apr и Гис синтезируются сложным путём в небольших количествах. Большая их часть должна поступать с пищей.
- Синтез аргинина происходит в реакциях орнитинового цикла (см. выше подраздел IV);
- Гистидин синтезируется из АТФ и рибозы. Часть имидазольного цикла гистидина - N=CH-NH- образуется из пуринового ядра аденина, источником которого служит АТФ, остальная часть молекулы - из атомов рибозы. При этом образуется 5-фосфорибозиламин, который кроме синтеза гистидина необходим для синтеза пуринов.
Для синтеза условно заменимых аминокислот тирозина и цистеина требуются незаменимые аминокислоты фенилаланин и метионин соответственно.
Образование других аминокислот также возможно при наличии соответствующих α-кетокислот,
Схема А
Схема Б
Схема В
которые могут трансаминироваться с глутаматом. Таким образом, незаменимой частью молекулы аминокислот является их углеродный скелет. Источником таких незаменимых ос-кетокислот служат только белки пищи. Исключение составляют лизин и треонин, которые не подвергаются трансаминированию, их а-кетоаналоги с пищей практически не поступают и в организме не синтезируются. Единственный источник этих аминокислот - пищевые белки.
77. Составьте схему синтеза и распада ДНК в организме и поясните ее.
Ответ:
Структура ДНК очень сложна и своеобразна. Каждый
нуклеотид, из которого состоит ДНК, состоит
из остатков сахара дезоксирибозы, остатка
фосфорной кислоты и азотистого основания.
Азотистых оснований четыре разновидности: аденин,
гуанин, цитозин, и тимин. Нуклеотиды соединены
в длинные цепи с помощью фосфорно-диэфирных
связей.
В 1953 году исследователи Джеймс Уотсон
и Френсис Крик предложили модель, которая
объясняла строение молекулы ДНК. Согласно
их теории ДНК состоит из двух спиральных
цепей, соединенных водородными связями.
Азотистые основания обеих цепей находятся
внутри спирали и образуют водородные
связи. Эти связи соединяют цепи ДНК не
случайным образом, а по принципукомплементарности
или соответствия. Суть этого принципа
в следующем, если в одной цепи стоит тимин, то в противоположной
цепи, ему соответствует аденин, а против гуанина всегда стоитцитозин. Это значит, что
при удвоении ДНК на каждой из её цепей
может быть достроена другая, и вместо
одной молекулы получатся сразу две.
Принцип комплементарности лежит в основе
всех процессов связанных с реализацией
генетической информации: репликации ДНК
(удвоения ДНК), транскрипции(синтеза РНК
на ДНК матрицах), итрансляции (биосинтеза
белка на основе матриц РНК).
На схемах
ниже продемонстрирована структура ДНК
и принцип комплементарности.
Структура ДНК
Принцип комплементарности.
Помимо ДНК в клетках встречаются три
разновидности РНК: информационные
(и-РНК), транспортные (т-РНК)
и рибосомные (р-РНК). Все они отличаются
от ДНК рядом особенностей. Во-первых,
вместо азотистого основания тимина они
содержат урацил. Во-вторых, вместо сахара дезоксирибозы они
содержат рибозу. В-третьих, они, как правило, односпиральные.
Тема: Водный мир и минеральный обмен.
88. Вода как реагент и продукт реакции в биохимических процессах в организме. Приведите примеры реакций и дайте объяснения.
Ответ:
Вода участвует во множестве химических реакций в качестве растворителя, реагента либо продукта. Выше мы уже обсудили свойства воды как растворителя. Вода является продуктом многих неорганических и органических химический реакций. Например, она образуется при нейтрализации кислот и оснований. В органической химии многие реакции конденсации сопровождаются отщеплением (элиминированием) молекул воды.
Кислотно-основные реакции. Вода обладает амфотерными свойствами. Это означает, что она может выступать как в роли кислоты, так и в роли основания. Ее амфотерные свойства обусловлены способностью воды к самоионизации:
Это позволяет воде быть, с одной стороны, акцептором протона:
а с другой стороны - донором протона:
Окисление и восстановление. Вода обладает способностью выступать как в роли окислителя, так и в роли восстановителя.
Вода действует как окислитель в процессах коррозии (см. разд. 10.4). Например, один из процессов, протекающих при ржавлении железа, заключается в следующем:
Вода является важным восстановителем в биохимических процессах. Например, некоторые стадии цикла лимонной кислоты включают окисление воды:
Этот процесс электронного переноса имеет также большое значение в восстановлении органических фосфатных соединений при фотосинтезе. Цикл лимонной кислоты и фотосинтез представляют собой сложные процессы, включающие ряд последовательно протекающих химических реакций. В обоих случаях процессы электронного переноса, происходящие в них, еще не полностью выяснены.
Гидратация.
Выше уже указывалось, что молекулы воды способны сольватировать как катионы, так и анионы. Этот процесс называется гидратацией. Гидратная вода в кристаллах солей называется кристаллизационной водой. Молекулы воды обычно связаны с сольватируемым ими катионом координационными связями.
Гидролиз.
Гидролиз представляет собой реакцию какого-либо иона или молекулы с водой. Примером реакций этого типа может быть реакция между хлороводородом и водой с образованием соляной кислоты (см. выше). Другой пример - гидролиз хлорида
Гидролиз органических соединений также широко распространен. Один из наиболее известных примеров - гидролиз этилацетата (этилатаноата, этилового эфира уксусной кислоты):
Список литературы:
- Биохимия: учебник для вузов под ред. Е.С. Северина.- М.: ГЭОТАР-Медиа, 2011 .
- Биологическая химия :учебник/ А. Я. Николаев- М.:
Медицинское информационное агентство, 2007.
- Биологическая химия: учебное пособие /Ю. Б. Филиппович, Н. И.
Ковалевская, под ред. Н. Ковалевской.- М.: Академия, 2009.
- Биохимия. Метаболизм веществ и энергии в клетке:
Учебное пособие / У. И. Терах Новосибирск: СибУПК, 2010.
- Пищевая химия : учебник А. П. Нечаев, С. Е. Траубенберг, А. А. Кочеткова под ред. А. П. Нечаева.- СПб.: ГИОРД, 2007 .
- Химический состав российских продуктов питания под ред. И. М. Скурихина, В. А. Тутельяна.- М.: ДеЛи принт, 2002.

- АИС в области статистики
- АИС для аудиторов
- АИС муниципальных служб г. Омска и Омской области
- А.И. Солженицын «В круге первом»: нравственный выбор героев и писателя
- А.И.Солженицын и его книга «Архипелаг ГУЛАГ»
- А.И.Солженицын о сталинском «ГУЛАГе»
- АИТ в управлении налоговой и бюджетной системой
- Азимут и румб. Ориентирование линии. Шкаловый микроскоп. Отсчет по рейке
- Азия кредит банк отчет по преддипломной практике
- Азия мен Африка елдерін отарлау
- Азовские походы
- Азовские походы и Великое посольство Петра 1
- Азовские походы и Великое посольство.Прутский поход. Восточная политика России
- Азотобактерин (ризофил)