Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Органическая химия. Учебное пособие для СПО
.pdf
Относительные молекулярные массы белков могут достигать не-
скольких миллионов.
Один из первых белков (1954 г.) – гормон инсулин, регулирует
содержание сахара в крови. К распространенным белкам относятся
альбумин (в курином яйце), гемоглобин (в крови человека), казеин
(в коровьем молоке), миоглобин и миозин (в мышцах).
Вторичная структура белка – для большинства белков это
α-спираль, которая образуется в результате скручивания полипептидной цепи за счет водородных связей между группами:
─С─ и ─N─
║ │
О Н
Третичная структура белка – пространственная конфигурация
спирали. Полипептидные цепи свернуты особым образом в «клубок» – компактную «глобулу». Эта структура поддерживается за счет
гидрофобных взаимодействий, а также водородных, дисульфидных,
ионных и других связей.
Четвертичная структура белка – способ совместной укладки
нескольких полипептидных цепей. Образующиеся структуры называются ассоциатами.
Физические свойства белков многообразны, как и их функции;
одни белки растворяются в воде, другие – в разбавленных растворах
солей, третьи нерастворимы.
Химические свойства
Из-за содержания различных функциональных групп белки всту-
пают в реакции окисления-восстановления, этерификации, алкилирования, нитрования, образуют соли с кислотами и основаниями (белки
амфотерны).
1. Гидролиз:
Белки + Н2О
→
Олигопептиды + Н2О
→
α-аминокислоты.
+
t,Н
→
Полипептиды + Н2О
+
t,Н
→
Дипептиды + Н2О
121
+
t,Н
→
+
t,Н
→
2. Осаждение белков:
а) обратимое (высаливание):
+++
NH,K,Na соли спирт,
4
→
белок в растворе
H
2
←
O
осадок белка.
б) необратимое (необратимая денатурация):
щелочиМе, тяжелых соли
белок в растворе
→
−−
белок с измененной
tлучи, γлучи,УФкислоты,
вторичной
и третичной
структурой
Например, альбумин – яичный белок – при температуре 60-70 оС
осаждается из раствора (свертывается), теряя способность растворяться в воде.
3. Качественные (цветные) реакции на белки:
а) ксантопротеиновая реакция (на остатки аминокислот, содер-
жащих бензольные кольца):
Белок + HNO3конц. → желтое окрашивание
б) биуретовая реакция (на пептидные связи):
Белок + CuSO4 + NaOH → ярко-фиолетовое окрашивание
в) цистеиновая реакция (на остатки аминокислот, содержащих
серу):
Белок + NaOH + Pb(CH3COO)2→ черное окрашивание
ацетат свинца (II)
Превращение белков в организме
Белки
пищи
Ферменты
(желудок)
Полипептиды
Ферменты
(кишечник)
α-
аминокислоты
Ферменты, энергия
Белки организма
(клетки)
CO2, NH3, H2O
энергия
122
Белки – основа всего живого на Земле, необходимая составная
в орг
а
низме
часть пищи человека. Выполняют в организмах многообразные
функции.
Пластическая
Являются
строитель-
ным материа-
лом клетки
Коллаген
(мембранные
белки)
Функции белков
Защитная Каталитическая
Обезврежи-
вают чуже-
родные ве-
щества
γ-
глобулин
сыворотки
крови
Ускоряют про-
текание химиче-
ских реакций
в организме
Рибонуклеаза
и др.
Регуляторная
Регулируют
обменные
процессы
Инсулин
(обмен
глюкозы)
Транспортная Энергетическая
Переносят
различные
вещества
гемоглобин
(О2, О3)
Транспортная
Снабжают
организм
энергией
Выполняют все виды движений, к ко-
торым способны
клетки и организм
1 г белка
→17,6 кДж
миозин – белок
мышц
123
5.4. ПОНЯТИЕ ОБ АЗОТСОДЕРЖАЩИХ ГЕТЕРОЦИКЛИЧЕСКИХ
СОЕДИНЕНИЯХ НА ПРИМЕРЕ ПИРИДИНА И ПИРРОЛА
Гетероциклическими называются органические соединения, содержащие в цикле не только атомы углерода, но и атомы других элементов (N, О, S, …) – гетероатомы.
..
N
|
Н
пиррол
Устойчивыми являются пяти- и шестичленные гетероциклы. Они
имеют плоское строение и единую π-систему из 6 электронов (по одному от четырех атомов углерода и пару электронов от азота (кислорода, серы…)). Пятичленные гетероциклы носят ароматический характер и склонны к реакциям замещения.
Пиррол – бесцветная жидкость (tк = 130 оС), плохо растворим
в воде, имеет характерный запах.
Пиррол проявляет слабые амфотерные свойства, причем основные очень ослаблены. Взаимодействует со щелочными металлами.
2 + 2K
N N
→
2 + H2↑
│ │
H K
Производные пиррола – это природные красящие вещества животного и растительного происхождения – порфирины. Порфирин
крови – гем (система из четырех пиррольных ядер, связанных атомом
Fе). Порфирин растений – хлорофилл (связаны атомом Mg). Порфирин желчи – билирубин.
124
Шестичленный гетероцикл – пиридин. Это бесцветная жидкость
2
(t
=115 оС) с сильным неприятным запахом.
кип.
..
N
Неподеленная электронная пара атома азота не
участвует в образовании единой π-электронной системы. Поэтому пиридин проявляет основные свойства.
+
+ Hδ+Clδ-
→
Cl
N
–
N
.. │
H
Пиридин и его гомологи представляют собой пиридиновые основания.
Задача 5.1. Какой объем азота образуется при сгорании этилами-
на массой 9,00 г? Объем рассчитайте при нормальных условиях.
Решение
1. Запишем уравнение реакции:
4С2Н5NH2 + 15O2
→
2N2 + 8СО2 + 14 Н2О
2. Найдем количество вещества этиламина:
n ===
(C
NH
H
5
2
)
2
m
(C
M(C
NH
H
5
2
NH
H
5
2
)
2
2
9
0,2
45
)
моль.
3. По уравнению реакции
1
n =
(N
)
2
n
(C
2
NH
H
5
2
)
2
4. Найдем объем азота:
n =⋅=
;
(N
V =⋅=⋅=
(N
2
)
1
0,10,2
)
2
n
(N
V
M
)
2
моль.
2,2422,40,1
л.
Ответ: 2,24 л.
125
Задача 5.2. Имеется раствор анилина в органическом раствори-
330
=
=
2
5H6
теле массой 50 г. К раствору добавили избыток брома, при этом выпал осадок массой 33 г. Определите массовую долю анилина в исходном растворе.
Решение
1. Запишем уравнение реакции:
NH
2
NH2
│ │
Br─ ─Br
+ 3Br2
→
+ 3HBr
анилин │
Br
2,4,6-триброманилин
2. Найдем количество вещества 2,4,6-триброманилина (ТВА):
n =
(TBA)
m
M
(TBA)
(TBA)
;
n ==
33
0,1
моль.
3. По уравнению реакции
n
(C
NH
H
5
6
n
)
2
(C
H
6
NH
Br
3
2
n
;
(C
)
2
NH
H
5
6
0,1
)
2
моль.
4. Найдем массу анилина:
m =⋅=⋅=
(C
H
5
6
NH
)
2
n
(C
NH
H
5
6
M
)
2
(C
NH
)
9,3930,1
г.
5. Найдем массовую долю анилина:
m
ω =⋅=⋅
=
(C
m
H
5
6
рар
−
NH
)
2
100
9,3
50
18,6100
%.
Ответ: 18,6 %.
Задача 5.3. Из уксусной кислоты массой 36 г получили хлорук-
сусную кислоту, выход которой составил 60 %. Через раствор хло-
126
руксусной кислоты пропустили аммиак объемом 9,0 л (н.у.). Какое
60
=
=⋅=
=
=
количество вещества аминоуксусной кислоты получили при этом?
Решение
1. Запишем уравнение реакции:
СН3СООН + Сl2
→
Cl─CН2СООН + НСl
2. Найдем количество вещества уксусной кислоты:
n =
COOH)(CH
3
m
M
COOH)(CH
3
;
COOH)(CH
3
n ==
36
0,6
моль
3. Исходя из уравнения реакции и учитывая выход 60 %, найдем
количество вещества хлоруксусной кислоты:
(ClCH
nn
2
(CHCOOH)
COOH)
3
;
(ClCH
COOH)
2
0,36ηnn
4. Запишем уравнение реакции получения аминоуксусной кислоты:
Сl─CH2CООН + NH3
→
H2N─CH2─COOH + HCl
5. Найдем количество вещества аммиака:
n
(NH
V
)
3
(NH
V
M
)
3
9
22,4
0,4
===
моль.
моль
6. По уравнению реакции
n
(ClCH
COOH)
2
n
(NH
.
)
3
Следовательно, хлоруксусная кислота находится в недостатке.
7. Находим количество вещества аминоуксусной кислоты:
36,0n
(NH
2
CH
nn
2
(ClCHCOOH)
COOH)
2
;
(NH
2
CH
COOH)
2
=
моль.
Ответ: 0,36 моль.
Задача 5.4. Как можно получить полимер капрон?
Решение
Полимер капрон получают при поликонденсации
ε-аминокапроновой кислоты (аминокислоты нормального строения):
127
Н
Н
СН
СН
O O O
// // //
…NH–(CH2)5–C–OH + NH–(CH2)5–C–OH + NH–(CH2)5–C–OH..→
| | |
H ε-капроновая H H
O H O H O
|| | || | ||
→ –NH–(CH2)5–C–NH–(CH2)5–C–NH–(CH2)5–C– + nH2O
структурное звено
капрона
5.5. НУКЛЕИНОВЫЕ КИСЛОТЫ
Нуклеиновые кислоты – природные высокомолекулярные соеди-
нения (биополимеры), макромолекулы которых состоят из мононук-
леотидов.
Обнаружены в 1868 г. швейцарским ученым Мишером в клеточ-
ном ядре [10].
Компоненты мононуклеотида
Пиримидино-
вые основания
Пуриновые
основания
Углеводные
компоненты
Ортофосфорная
кислота
ОН
│
N
НО – Р = О
│
НС
N
OH
СН
N
НС
N
N
N
НОН2С
СН
Н
O
ОН
ОН
Н
Х
пиримидин пурин Х=Н в дезоксирибозе (С6Н10О4)
урацил (У) аданин (А)
цитозин (Ц) гуанин (Г)
тимин (Т)
Х=ОН в рибозе (С6Н10О5)
128
Р
Р
Р
Р
Р
Р
Схема образования полинуклеотида
1. +
гидролиз
У
N
яконденсаци
→←
У
+ Н2О
N
углеводы азотистое нуклеозид
основание
Нуклеозиды – это двухкомпонентные системы, состоящие из уг-
леводных остатков и азотистых оснований, связанных β-гликозидной
связью.
N
У
2. +
гидролиз
N
яконденсаци
→←
+ Н2О
У
нуклеозид ортофосфорная нуклеотид
кислота
Нуклеотиды – это фосфаты нуклеозидов, т.е. сложные эфиры
нуклеозидов и фосфорной кислоты. Разные нуклеотиды отличаются
природой углеводов и азотистых оснований.
3.
N
N
сацияполиконден
… + + …
гидролиз
У
мононуклеотиды
У
→←
N
N
→←
…+ nH2O
У
полинуклеотид
У
129
Дезоксирибонуклеино-
Нуклеиновые кислоты
Рибонуклеиновые
вые кислоты (ДНК)
1) Cодержат остатки дезоксирибозы;
2) содержат остатки азотистых оснований А, Г, Ц, Т;
3) представляют собой
двухцепочечные молекулы.
1) Cодержат остатки рибозы;
2) содержат остатки азотистых
оснований А, Г, Ц, У;
3) представляют собой одноце-
почечные молекулы.
кислоты (РНК)
Хранят и передают
генетическую
информацию
Копируют генетическую ин-
формацию, переносят к месту
синтеза белка, участвуют
в процессе синтеза белка
Нуклеиновые кислоты, как и белки, обладают первичной структу-
рой и трехмерной структурой (вторичной, третичной, четвертичной).
5.6. ТРЕХМЕРНАЯ СТРУКТУРА МОЛЕКУЛЫ ДНК
Макромолекула ДНК представляет собой спираль, состоящую из
двух полинуклеотидных цепей, закрученных вокруг общей оси
(Д. Уотсон и Ф. Крик, 1953 г.).
Азотистые основания располагаются внутри спирали. На один
виток спирали приходится, как правило, 10 нуклеотидов. Цепи выстраиваются в противоположных направлениях и удерживаются водородными связями (ВС), образующимися между пуриновыми и пиримидиновыми основаниями. Водородные связи образуются лишь
между определенными основаниями: А=Т (две ВС); Г=Ц (три ВС).
Такие пары оснований называются комплементарными парами.
Вторичная структура ДНК – это двойная спираль (рис. 5.1), обра-
зующаяся за счет ВС между комплементарными парами гетероциклических оснований.
130
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]