ХИМИЯ 1 Лечебный факультет / Методические указания для студентов / занятие 14

Занятие №14

Методические указания для студентов

ТЕМА: α-Аминокислоты, пептиды

ЦЕЛЬ: Сформировать знания о строении и свойствах важнейших -аминокислот как химических основ структурной организации белковых молекул для дальнейшего изучения биологических функций белков на молекулярном уровне.

Теоретические вопросы

1. Строение аминокислот. Классификация. Основы стереоизомерии.

2. Кислотно-основные свойства аминокислот. Биполярный ион, катионная, анионная формы. Изоэлектрическая точка. рК аминокислот.

3. Химические свойства аминокислот:

а) реакции по аминогруппе;

б) реакции по карбоксильной группе;

в) специфические и биологически важные реакции аминокислот;

г) реакции в радикалах, в других характеристических группах.

4. Образование, строение и свойства пептидной связи. Дипептиды, трипептиды, первичная структура белка.

5. Важнейшие пептиды: глутатион, карнозин, 6-аминопенициллонвая кислота, инсулин, окситоцин, вазопрессин, метионин - энкефалин, лейцин - энкефалин.

6. Первичная, вторичная, третичная, четвертичная структура белков. Функции белков в организме. Денатурация белков. Протеиды и протеины.

7. Свойства растворов высокомолекулярных соединений (ВМС).

Обучающие упражнения

Задание 1. Один из стереоизомеров 2-амино-3-гидроксибутановой кислоты (треонин) входит в состав белков. Какие стереоизомеры возможны для треонина?

Ответ: в молекуле треонина два центра хиральности

Изобразим возможные стереоизомеры в виде проекционной формулы Фишера

I	II	III	IV
L-алло-треонин	D-алло-треонин	D-треонин	L-треонин

Для отнесения амино- и гидроксикислот к стереохимическим рядам, используется так называемый “гидроксильный ключ”, когда рассматривается конфигурация хирального центра с наименьшим номером.

По этому правилу стереоизомеры I и IV относятся к L ряду, а II и III к D-ряду. В состав белков входит L-треонин IV. Соединения I и II имеют эритроконфигурацию, т.е. заместители находятся в проекции Фишера по одну сторону углеродной цепи, в этом случае еще используется приставка алло-.

Заключение: I и II, III и IV - энантиомеры; I и III; I и IV; II и III; II и IV; диастереомеры.

Задание 2. На примере -аланина и триптофана опишите схему образования биполярной структуры. Получите дипептиды образованные этими аминокислотами. Каковы особенности строения пептидной связи?

Ответ:

катионная форма

биполярный ион

анионная форма

В кислой среде -аминокислоты существуют в виде катионной формы, в щелочной в виде анионной и в изоэлектрической точке в виде биполярного иона, т.е. одинаковое количество катионной и анионной форм.

,это формула для определения изоэлектрической точки

катионная форма рКа1=2,4

биполярный ион pJтри=5,9

анионная форма рКа2=9,4

При взаимодействии триптофана и -аланина могут образовываться четыре дипептида: Три-Ала, Ала-Три, Ала-Ала, Три-Три.

аланилтриптофан Ала-Три

аланилаланин Ала-Ала

триптофанилтриптофан Три-Три

Строение пептидной связи

В составе пептидной (амидной) группы -СО-NH- атом углерода в sp² гибридном состоянии, атом азота тоже в sp² состоянии, неподеленная пара электронов атома азота вступает в сопряжение с  - электронами двойной связи С=О. Пептидная группа представляет собой трехцентровую  - р сопряженную систему, в которой электронная плотность смещена к кислороду, атомы С,О,N находятся в одной плоскости.

Вращение вокруг связи С-N затруднено, поэтому пептидная группа имеет плоскую, жесткую структуру.

Задание 3. Написать реакции внутри- и межмолекулярной конденсации ,  и  аминокислот.

Ответ:

а) -аминокислоты при нагревании претерпевают межмолекулярную дегидратацию, при этом от двух молекул кислоты отщепляются две молекулы воды:

б) -аминокислоты при нагревании отщепляют аммиак с образованием непредельных кислот:

β-аминомасляная кислота кротоновая кислота

в)  - аминокислоты претерпевают внутримолекулярную дегидратацию:

γ-аминомасляная кислота γ-бутиролактон или пирралидон-2

Задания для самостоятельной работы

Задание 1. Напишите основные реакции превращения гистидина в организме человека. Назовите продукты.

Задание 2. Напишите схему метаболизма триптофана в организме человека (окислительное дезаминирование, декарбоксилирование, гидроксилирование), приводящие к образованию -индолилпировиноградной кислоты, -индолилуксусной кислоты, триптамина, серотонина и мелатонина.

Задание 4. На примере фенилаланина напишите уравнения реакций аминокислот с гидроксидом меди, азотной кислотой, формальдегидом. Получите дипептиды фенилаланина с глицином, назовите их.

Задание 5. Напишите реакции, образования дикетопиперазина и дипептида α-аланина.

Задание 6. Реакции гидроксилирования, как способ окисления непредельных и ароматических углеводородов. Продукты гидроксилирования фенилаланина, триптамина. Названия продуктов гидроксилирования.

Задание 7. Приведите уравнение реакции, по которой можно определить наличие в белке остатков аминокислот (цистеина, метионина), содержащих атомы серы.

Задание 8. Напишите структурные формулы цистеинилаланина.

Задание 9. Напишите строение трипептидного фрагмента - валил-глицил-аланина. Изобразите электронное строение пептидной группы.

Задание 10. Приведите строение дипептида гистидилаланина.

Задание 11. Напишите схему образования биполярной структуры аминокислот на примере триптофана и -аланина. Получите дипептиды, образованные этими аминокислотами.

Задание 12. На пример -аланина напишите уравнения реакций аминокислот с уксусным ангидридом, йодистым метилом, формальдегидом, метанолом(Н⁺).

Тестовые вопросы

1.Укажите формулу цистеина (2-амино3-меркаптопропановая кислота):

А) HSH₂C–(NH₂)HC–COOH; Б) (H₃C)₂HC–(NH₂)HC–COOH;

В) HОH₂C–(NH₂)HC–COOH; Г) H₂N–CH₂–COOH

2. Какие из перечисленных аминокислот относят к ароматическим:

А) метионин (2-амино-3-метилтиопропановая кислота);

Б) лейцин (2-амино-5-метилпентановая кислота);

В) тирозин (2-амино-3-гидроксифенилпропановая кислота;

Г) пролин (2-карбоксипирролидин)

3. Изоэлектрическая точка белка рI=4,8. Какой заряд имеет этот белок в растворе с рН=6,7?

А) положительный -;

Б) отрицательный - ;

В) нулевой

Г) не имеет заряда

4.Какое соединение образуется при декарбоксилировании серина

HO–H₂C–(NH₂)HC–COOH

А) 2-аминопропановая кислота; Б) пропановая кислота;

В) 3-гидроксипропановая кислота; Г) 2-аминоэтанол

5.По аминогруппе глицин H₂N–CH₂–COOH взаимодействует:

А) с метиламином Н₂N - СН₃; Б) с уксусным ангидридом (СН₃СОО)₂О;

В) с пентахлоридом фосфора РCI₅; Г) с этанолом С₂Н₅ОН

6. В результате окислительного дезаминирования α-аланина образуется:

А) молочная кислота (2-гидроксипропановая кислота);

Б) этанол;

В) пропановая кислота;

Г) пировиноградная кислота (2-оксопропановая кислота)

7. Качественной реакцией обнаружения белков является:

А) реакция с нингидрином; Б) биуретовая реакция;

В) ксантопротеиновая реакция; Г) реакция серебрянного зеркала

8. Молекулы природных аминокислот являются:

А) L-стереоизомерами; Б) D- стереоизомерами;

В) рацемической смесью D и L-стереоизомеров Г) оптически неактивными

9. Какая аминокислота не участвует в образовании трипептида глутатион:

А) α-аланин; Б) глицин;

В) цистеин; Г) глутаминовая кислота

10. Название дипептида карнозин (содержится в мышечной ткани животных и человека) соответствует:

А) α-аланилгистидин; Б) гистидилаланин;

В) глицилгистидин; Г) β-аланилгистидин

Методические указания составлены профессором Сторожок Н.М. 8.11.2011

Зав. кафедрой общей и

биоорганической химии, профессор Н.М.Сторожок