теория к занятию №1 аминокислоты

Методические рекомендации

к лабораторным занятиям по дисциплине «Биохимия»

для студентов специальности «Биология»

Рассмотрены и рекомендованы на заседании кафедры химии

протокол №7 от 25.01.2012

Занятие №1

АМИНОКИСЛОТЫ И ПЕПТИДЫ

Цель занятия: изучить классификацию, номенклатуру, физико-химические свойства и биологическую роль аминокислот, основные биохимические реакции аминокислот.

Теоретическая часть:

1. Какие соединения называются аминокислотами? Назвать их функциональные группы. На чем основана классификация аминокислот?

2. Привести структурные формулы наиболее часто встречающихся в живых организмах аминокислот, укажите характер их радикалов.

3. Какие виды изомерии характерны для аминокислот? Рассмотрите стереоизомерию аминокислот на примере аланина и треонина. Укажите число ассиметричных атомов, запишите возможные изомерные формы.

4. Чем обусловлены особенности свойств аминокислот: кристалличность, высокие температуры плавления, нелетучесть, которые отличают их от карбоновых кислот?

5. Запишите строение цвиттер-ионов для аминокислот валина, серина. Укажите, как изменится их заряд в сильнокислой и сильнощелочной среде.

6. Рассмотрите основные физико-химические свойства аминокислот: амфотерность, буферные свойства, изоэлектрическое состояние.

7. Как образуются ди-, три-, тетра-, ... и полипептиды и как они называются?

8. Характеристика пептидной связи.

9. Написать формулы и дать названия трипептидам, которые можно получить из следующих аминокислот: а) аланина, глицина, триптофана; б) лейцина, лизина, аланина; в) гистидина, цистеина, аргинина; г) метионина, валина, тирозина; д) фенилаланина, треонина, серина; е) аспарагина, изолейцина, метионина.

10. Основные биохимические реакции аминокислот: переаминирование, дезаминирование, декарбоксилирование и их биологическая роль.

Задания и упражнения: 1. Вычислите значения рН, для анализа, серина, глутаминовой кислоты, гистидина, исходя из величин рК аминокислот.

2. Сколько граммов NaOH нужно добавить к 500 мл гистидина (0,01 моль/л) в полностью протонированной форме, чтобы получить буфер с рН 7,0.

3. Вычислите значение рН; для глицина, лизина, треонина (табл. 1).

4. К 1 л раствора глицина (1,0 моль/л) в изоэлектрической точке добавлено 0,3 моля НС 1. Укажите рН полученного раствора.

5. К 1 л раствора глицина (1,0 моль/л) в изоэлектрической точке добавлено 0,3 моля NaOH. Укажите рН полученного раствора.

6. Раствор L-аланина (400 мл) был доведен до рН 8,0. Затем в этот раствор был добавлен избыток формальдегида. Для обратного титрования полученного раствора до рН 8,0 потребовалось 250 мл NaOH (0,2 моль/л). Сколько граммов L-аланина содержалось в исходном растворе?

7. Укажите суммарный заряд для глицина, аспарагиновой кислоты, лизина и гистидина при следующих рН: а) 1,0; б) 2,1; в) 4,0; г) 10 (—, 0 или +), исходя из данных табл. 1.

8. Укажите суммарный заряд для аланина, цистеина, глутаминовой кислоты, глицина при следующих рН: а) 1,0; б) 2,5; в) 4,2; г) 10 (—, 0 или +), исходя из данных табл. 1.

9. Укажите суммарный заряд (+, 0 или —) для лейцина, треонина, цистеина и лизина при следующих рН: а) 1,5; б) 6,0; в) 8,5; г) 11, исходя из данных табл. 1.

10. Вычислите значение рН (для лейцина, триптофана, аспарагиновой кислоты и аргинина, исходя из величин рК аминокислот (табл. 1)).

11. Смесь глицина, аланина, глутаминовой кислоты, лизина, аргинина и серина разделяли методом электрофореза на бумаге при рН 6,0. Укажите, какие соединения двигались к аноду — А (а), к катоду — К (б), оставались на старте — С (в).

12. Каково направление движения пептидов (остаются на старте, движутся к аноду или катоду) в процессе электрофореза при рН 2,0; 3,5; 6,5; 10: а) лиз-гли-ала-глу; б) глу-гли-ала-глу; в) гли-гли-ала-лиз?

13. Укажите направление движения пептида лиз-гли-ала-гли в процессе электрофореза на бумаге при рН 1,9; 3,0; 6,5; 10,0.

14. Укажите направление движения пептида гис-гли-ала-глу в процессе электрофореза на бумаге при рН 1,9; 3,0; 6,5; 10,0.

15. Укажите направление движения пептида арг-вал-ала-асп в процессе электрофореза на бумаге при рН 1,9; 3,0; 6,5; 10,0.

16. Укажите, каким образом действует отдельно трипсин (а) и пепсин (б) на пептид лиз-ала-гли-асп-ала-глу-сер-арг-гли.

17. Укажите, каким образом действует трипсин (а) и химотрипсин (б) на следующий пептид: тир-цис-лиз-ала-арг-арг-гли.

18. Укажите, каким образом действует трипсин (а) и пепсин (б) на следующий пептид: ала-фен-лиз-ала-глу-гли.

19. Какие пептиды образуются при обработке трипсином полипептида еал-лиз-глу-глу-фен-мет-арг-цис-глу-три-мет-гли?

20. Какие пептиды образуются при обработке химотрипсином полипептида ала-вал-лиз-глу-глу-фен-вал-мет-тир-цис-глу-три-мет-ели-глц-фен?

Образование пептидов и их номенклатура

Схема В. Номенклатура пептидов

При написании формул пептидов необходимо:

• выделять пептидные связи,

• указывать N- и С-концы пептида,

• уметь строить полное и краткое название пептида

• указывать характер среды в водном растворе данного пептида.

Расчет изоэлектрической точки моноаминомонокарбоновых кислот осуществляется по формуле:

рI = (pK_coo^- + pK_NH3⁺) / 2

Значения pK карбоксильной и аминогруппы, а также дополнительных ионогенных групп, содержащихся в радикале, представлены в таблице 1.2

Таблица 1.2 Величины рК ионизированных групп некоторых аминокислот (25⁰С)

Аминокислота	рК1, α-СООН	рК2, α-NH	рК3, R-группа
Аланин	2,34	9,69	–
Аргинин	2,17	9,04	12,48 (гуанидин)
Аспарагин	2,02	8,80	–
Аспарагиновая кислота	2,09	9,82 (NH)	3,86 (СООН)
Валин	2,32	9,62	–
Гистидин	1,82	9,17 (NH)	6,0 (имидазол)
Глицин	2,34	9,60	–
Глутамин	2,17	9,13	–
Глутаминовая кислота	2,19	9,67 (NH)	4,25 (СООН)
Изолейцин	2,36	9,68	–
Лейцин	2,36	9,60	–
Лизин	2,18	8,95	10,53 (ε- NH)
Метионин	2,28	9,21	–
Оксипролин	1,92	9,73	–
Пролин	1,99	10,96	–
Серин	2,21	9,15	–
Тирозин	2,20	9,11	10,07 (ОН)
Треонин	2,71	9,62	–
Триптофан	2,38	9,39	–
Цистеин	1,71	8,33	10,28 (SH)

Пример 1: рассчитайте значение ИЭТ аминокислоты аланина.

Используя данные таблицы 1.2 находим, что значения pK_coo^- и pK_NH3⁺ составляют соответственно 2,34 и 9,69

Отсюда рI_{аланина} = (pK_coo^- + pK_NH3⁺) / 2 = (2,34+9,69) / 2= 6,21

Пример 2: рассчитайте суммарный заряд аланина при рН равном 1,5 7,0 и 11,0. Определите направление перемещения аминокислоты под действием электрического поля в указанных условиях.

При значении рН<< рI аминокислоты превращаются в катион, имеют положительный заряд и под действием электрического поля перемещаются в сторону катода.

При значении рН>> рI аминокислоты превращаются в анион, имеют отрицательный заряд и под действием электрического поля перемещаются в сторону анода.

Следовательно, при рН 1,5 аланин является катионом и под действием электрического поля перемещаются в сторону катода. При рН 7,0, близком к значению рI данной аминокислоты, суммарный заряд равен 0. Аминокислота электрофоретически неподвижна. При рН 11,0 аланин является анионом и под действием электрического поля перемещаются в сторону анода.

В случае аминокислот, имеющих дополнительные ионогенные группы в радикале, для расчета суммарного заряда молекулы при данных условиях, значения рК каждой ионогенной группы сопоставляются со значением рН раствора:

- для групп, диссоциирующих по кислотному типу, диссоциацией практически пренебрегают, если рН < рК

- для групп, диссоциирующих по основному типу, диссоциацией практически пренебрегают, если рН > рК