Амины, аминоспирты, аминокислоты, белки

1) определение аминокислотного состава;

2) определение аминокислотной последовательности.

3.3 Конформация белков

Анализ структуры белка не сводится к установлению его аминокислотной последовательности (первичной структуры). Белок обладает сложной «макроструктурой», которая контролируется более разнообразными и многочисленными взаимодействиями, чем пептидные связи, составляющие его первичную структуру.

Линейные пептидные цепи индивидуальных белков за счет взаимодействия функциональных групп аминокислот приобретают определенную пространственную трехмерную структуру, называемую конформацией. Было показано, что все молекулы индивидуальных белков (то есть имеющих одинаковую первичную структуру), образуют одинаковую конформацию. Следовательно, вся информация, необходимая для формирования пространственных структур, находится в первичной структуре белков. В белках различают два основных типа конформаций полипептидных цепей: вторичную и третичную структуру.

Вторичная структура

Вторичная структура белков это пространственная структура, образующаяся в результате взаимодействий между функциональными группами, входящими в состав пептидного остова. При этом пептидные цепи могут приобретать регулярные структуры двух типов: б-спираль и в-складчатая структура.

1. б-Спираль.

Спираль определяется пространственным расположением следующих атомов аминокислот:

1) атомом углерода карбонильной группы;

2) б-углеродным атомом;

3) атомом азота б-аминогруппы.

Наиболее устойчивой из различных типов спиралей является правовращающая б-спираль, которая была впервые предложена в 1950 году Полингом и Кори на основании теоретических расчетов.

б-Спираль может образоваться как из L-аминокислот, так и из D-кислот, но все аминокислоты спирали должны быть одного стереохимического ряда. Если исходить из L-природных аминокислот, то можно построить как правую, так и левую спираль, однако правая спираль, как показали Полинг и Кори, более стабильна. Во всех изученных природных белках б-спираль, состоящая из L-аминокислот, относится к правому типу.

В данном типе структуры пептидный остов закручивается в виде спирали за счет образования водородных связей между атомами кислорода карбонильных групп и атомами водорода аминогрупп, входящих в состав пептидных связей через четыре аминокислотных остатка. Водородные связи ориентированы вдоль оси спирали. На один виток б-спирали приходится 3,6 аминокислотных остатка. В образовании водородных связей участвуют практически все атомы кислорода и атомы водорода пептидных групп. В результате б-спираль стягивается множеством водородных связей. Несмотря на то, что водородные связи относят к числу слабых связей, их количество обеспечивает максимально возможную стабильность б-спирали. Так как все карбонильные группы пептидного остова обычно участвуют в образовании водородных связей, гидрофильность (т.е. способность образовывать водородные связи с водой) б-спирали уменьшается, а её гидрофобность растет.

В результате образования б-спирали полипептидная цепь укорачивается, но если создать условия для разрыва водородных связей, полипептидная цепь вновь удлинится. Поскольку б-спираль образована только из одного вида повторяющихся звеньев, её размеры довольно постоянны.

Радикалы аминокислот находятся на наружной стороне б-спирали и направлены от пептидного остова в стороны. Они не участвуют в образовании водородных связей, но некоторые из них могут нарушать образование б-спирали. К ним относятся:

1) Пролин.

Его атом азота входит в состав жесткого кольца, что исключает возможность вращения вокруг связи N СН. Кроме того, у атома азота пролина, образующего пептидную связь с другой аминокислотой, нет атома водорода. В результате пролин не способен образовывать водородную связь и б-спиральная структура нарушается. Обычно в этом месте пептидной цепи возникает петля или изгиб.

2) Одинаково заряженные радикалы.

Формирование б-спирали нарушается, если имеются участки, где последовательно расположены несколько радикалов, несущих одинаковый заряд. Между этими радикалами возникают электростатические силы отталкивания.

3) Объёмные радикалы.

Участки с близко расположенными объёмными группами, например, изопропильная группа валина, изобутильная группа лейцина и др., по-видимому, ослабляют б-спираль из-за стерического отталкивания.

Если бы б-спираль была единственным типом вторичной структуры белков, то все они были бы жесткими, палочковидными образованиями. Поскольку это не так, следует заключить, что б-спираль составляет лишь отдельные участки полипептидных цепей.

2. в-складчатая структура.

Другим типом организации полипептидной цепи является, так называемый, в-складчатый листок. Эта конформация белка стабилизируется водородными связями между развернутыми полипептидными цепями (межцепочечные связи). Но водородные связи могут возникнуть и между линейными участками внутри одной полипептидной цепи. Такие связи называют «внутрицепочечными».

	в-складчатый листок
б-спираль

В в-структурах водородные связи расположены перпендикулярно полипептидной цепи. Если N- и С-концы полипептидных цепей совпадают (т.е. цепи направлены параллельно друг другу) в этом случае образовавшуюся структуру называют параллельным в-складчатым листком. Если же С-концы полипептидной цепи не совпадают с N-концами возникает антипараллельная в-структура.

В отличие от б-спиралей, разрыв водородных связей, формирующих в-структуры, не вызывает удлинения полипептидных цепей. Как б-спираль, так и в-складчатый листок встречаются и в глобулярных, и в фибриллярных белках.

Третичная структура

Это трехмерная пространственная структура, образующаяся за счет взаимодействий между радикалами аминокислот, которые могут располагаться на значительном расстоянии друг от друга в полипептидной цепи.

При укладке полипептидная цепь белка стремится принять энергетически выгодную конформацию. Если белок растворим в воде, гидрофобные радикалы аминокислот объединяются внутри глобулы. Между ними возникают, так называемые, гидрофобные взаимодействия. Если эти радикалы близко прилегают друг к другу,

между ними дополнительно возникают силы притяжения Ван-дер-Ваальса. В результате внутри молекулы формируется гидрофобное ядро. Гидрофильные радикалы стремятся образовать водородные связи с водой, и поэтому, в основном, располагаются на поверхности белковой молекулы.

Но внутри гидрофобного ядра могут оказаться и гидрофильные группы пептидного остова. Эти гидрофильные группы взаимодействуют друг с другом с помощью ионных и водородных связей. Множество водородных связей, которые формировались ещё в момент образования вторичной структуры, исключают связывание гидрофильными группами молекул воды и препятствуют разрушению внутренней плотной структуры белка.

Если белок функционирует в неполярном (липидном) окружении (например, белки мембран), он имеет обратное устройство: гидрофильные радикалы аминокислот расположены внутри белка, а гидрофобные локализованы на поверхности и контактируют с неполярной средой. Но во всех случаях радикалы аминокислот занимают энергетически наиболее выгодное положение.

В формировании третичной структуры белка участвуют связи:

1) Ионные возникают между отрицательно заряженными карбоксильными группами радикалов аспарагиновой и глутаминовой кислот и положительно заряженными группами радикалов лизина, аргинина и гистидина.

2) Водородные возникают между гидрофильными незаряженными группами (такими как ОН, СОNH₂, SH.)

3) Дисульфидные связи образуются за счет взаимодействия SH-групп двух остатков цистеина, которые могут находиться далеко друг от друга в линейной первичной структуре белка. Но при формировании третичной структуры они сближаются и образуют прочное связывание радикалов ковалентной S S связью. Большинство внутриклеточных белков не имеют дисульфидных связей. Однако в белках, секретируемых клеткой во внеклеточное пространство, эти связи распространены и, возможно, именно они стабилизируют конформацию белков вне клетки, и предотвращают их денатурацию. К таким белкам относят инсулин и иммуноглобулины.

4) Слабые гидрофобные взаимодействия. Одна из причин гидрофобных взаимодействий заключается в проявлении слабых сил притяжения Ван-дер-Ваальса, которые действуют между неполярными боковыми цепями аминокислотных остатков.

Четвертичная структура белков

Ассоциация двух или большего числа белковых глобул с образованием комплекса создает сложную пространственную конфигурацию четвертичную структуру белка. В этой структуре молекула белка состоит из субъединиц, каждая из которых имеет третичную структуру. Такие белковые комплексы часто обладают важными биологическими свойствами. Эти комплексы представляют собой единое целое и выполняют биологическую функцию, не свойственную отдельно взятым субъединицам. Примерами белков, имеющих четвертичную структуру, являются гемоглобин, который состоит из четырех субъединиц, и миозин, состоящий из двух субъединиц. Ассоциация миозина и актина приводит к образованию ещё более сложного комплекса актомиозина, являющегося сократительным белковым комплексом мышц. Ассоциация молекул фибриноген-мономера приводит к образованию фибрина-полимера, что имеет большое значение в процессах свертывания крови. Этапы формирования конформаций белков - образование первичной, вторичной, третичной и четвертичной структур представлены на следующем рисунке:

1. Первичная структура	2. Вторичная структура
3. Третичная структура	4. Четвертичная структура

3.4 Кислотно-основные свойства белков. Изоэлектрическая точка

Белковая молекула содержит некоторое количество свободных амино- и карбоксильных групп, и поэтому, подобно аминокислотам и пептидам, белки являются амфотерными соединениями. В щелочной среде белок диссоциирует как кислота, а в кислой - как основание. Отсюда следует, что в щелочной среде молекулы белка заряжаются отрицательно, а в кислой - положительно, и в электрическом поле будут перемещаться соответственно к катоду или к аноду. Для белков, так же как для аминокислот и пептидов, при определенном значении рН среды число положительных зарядов будет равно числу отрицательных, и в электрическом поле такая белковая молекула перемещаться не будет. Это значение рН среды называют изоэлектрической точкой белка.

В изоэлектрической точке белки в наименьшей степени гидрати-рованы и они легко выпадают в осадок, особенно при добавлении к ним водоотнимающих средств.

Оптические свойства белков

Белки способны вращать плоскость плоскополяризованного света, так как в состав пептидных цепей входят б-аминокислоты, содержащие асимметрический атом углерода. Но оптическое вращение белковых молекул не является простой суммой величин оптического вращения отдельных аминокислотных остатков. Для белков характерна большая степень правого вращения, чем та, которая получается, если просто суммировать величины оптического вращения, обусловленные каждым асимметрическим центром. Способность вращать плоскость поляризации света свойственна асимметричным молекулам. В белках асимметрия молекул обусловлена двумя факторами: присутствием асимметрического атома углерода и наличием асимметрии, присущей б-спиральной структуре как таковой (поскольку она может существовать как в правой, так и в левой форме).

Коллоидные свойства белков

Благодаря своему большому молекулярному весу и размерам, молекулы белка в растворе находятся в коллоидном состоянии. Белки являются гидрофильными коллоидами. При растворении белка вокруг каждой его молекулы образуется водная оболочка, в которой молекулы воды ориентированы в пространстве определенным образом. Вещества, разрушающие водные оболочки растворенных белков, вызывают выпадение их в осадок. К таким веществам относятся спирт, ацетон, нейтральные растворы солей щелочных металлов, растворы сульфата аммония. Процесс выпадения белка в осадок называется высаливанием. После удаления водоотнимающих веществ, при добавлении воды осадки белков вновь растворяются.

Одним из важнейших свойств белков, как лиофильных коллоидов, является их способность образовывать гели. При этом коллоидные частицы склеиваются друг с другом, образуя своеобразный каркас, в ячейки которого включается значительное количество молекул воды. Если гель высушить, а затем вновь поместить в воду, то он сильно набухает. Отделение воды от геля носит название синерезиса. При синерезисе гель уменьшается в объёме и сморщивается.

Денатурация белков

Большая часть белковых молекул сохраняет биологическую активность только в пределах очень узкой области температур и рН. Макроструктура белка определяется весьма хрупким равновесием между различными силами притяжения и отталкивания, которые действуют между этим биополимером и окружающей его водной средой. Стоит только нарушить это равновесие, как вся структурная организация белка, кроме первичной структуры, исчезнет.

Разрыв большого количества слабых связей в молекуле белка приводит к разрушению её природной конформации. Этот процесс называется денатурацией белка.

Денатурация утрата белком природной (нативной) конформации, обычно сопровождающаяся потерей его биологической функции.

Денатурацию может вызвать:

1) повышение температуры;

2) изменение рН среды;

3) добавление окислителей или восстановителей, которые разрушают дисульфидные связи;

4) добавление солей тяжелых металлов;

5) внесение детергентов, нарушающих гидрофобные взаимодействия;

6) добавление сильных акцепторов водорода (например мочевины), которые разрушают водородные связи,

7) действие ультразвука, ультрафиолетовых и рентгеновских лучей,

8) добавление органических веществ, способных реагировать с функциональными группами, которые имеются в радикалах аминокислотных остатков.

Так как при денатурации не происходит разрыв пептидных связей, а разрываются ионные, гидрофобные и водородные, которые стабилизировали конформацию белка, был сделан вывод о том, что причиной денатурации является развертывание полипептидных цепей, которые в нативном белке были характерным образом свернуты. В денатурированном состоянии полипептидные цепи образуют случайные и беспорядочные клубки и петли, которые с течением времени могут изменяться.

Гидрофобные радикалы, которые в нативной структуре молекулы были спрятаны внутри гидрофобного ядра, оказываются на поверхности. Молекулы могут объединяться друг с другом гидрофобными взаимодействиями, при этом растворимость белка снижается и происходит выделение осадка. Компактная, плотная структура нативного белка при денатурации резко увеличивается в размерах и становится легко доступной для расщепления пептидных связей протеолитическими ферментами. Например, кислая среда желудка вызывает денатурацию белков, попавших в желудок с пищей, и облегчает её ферментативное переваривание в пищеварительном тракте.

При денатурации значительно повышается вязкость глобулярных белков. Объясняется это тем, что глобулы выпрямляются и, приобретая нитевидную форму, достигают больших размеров.

Денатурация фибриллярных белков вызывает уменьшение их вязкости, что, по-видимому, связано со скручиванием пептидных цепей и частичным уничтожением фибрилл.

В зависимости от степени нарушения структуры и от природы белка денатурация может быть либо обратимой, либо необратимой.

Обратимая денатурация, её называют ренатурация, приводит к легко восстанавливаемым изменениям в структуре. Например, если денатурированный белок является ферментом, то в процессе ренатурации его каталитическая активность также может восстановиться и притом без изменения специфичности катализируемой реакции. Следовательно, при ренатурации белка восстанавливается его исходная биологическая активность. Никакой новой биологической активности, которая отсутствовала бы в исходном белке, при этом не возникает.

Необратимая денатурация это процесс, при котором происходят глубокие изменения в структуре белка, которые со временем не дают возможности восстановить исходную конфор-мацию белковой молекулы. Известным примером необратимой денатурации является свертывание яичного белка при варке яиц.

Качественные реакции на аминокислоты, пептиды и белки.

1) Реакция с нингидрином.

В присутствии нингидрина раствор аминокислоты окрашивается в сине-фиолетовый цвет.

2) Биуретовая реакция.

Эта реакция используется для обнаружения пептидных связей в белках и пептидах. При нагревании пептидов или белков в щелочном растворе с сульфатом меди появляется сине-фиолетовая окраска.

3) Ксантопротеиновая реакция

Используется для обнаружения ароматических и гетеро-циклических аминокислотных остатков Исследуемые соединения с концентрированной азотной кислотой образуют нитросоединения, окрашенные в желтый цвет.

4) Реакция с ацетатом свинца.

Используется для обнаружения белков, содержащих цистеин. В щелочной среде образуется черный осадок сульфида свинца.

5) Реакция с диметиламинобензальдегидом (реакция Эрлиха).

Используется для качественного и количественного определения триптофана. В растворе, подкисленном серной кислотой, появляется красно-фиолетовое окрашивание.

4. Эталонные решения задач

Задача 1

Гидролитическое расщепление L-аспарагина до L-аспарагиновой кислоты, при участии фермента аспарагиназы, используется в медицине при лечении лейкозов. Лейкозные клетки не могут синтезировать аспарагин и получают его из плазмы крови. Если аспарагин, содержащейся в плазме крови, разрушить реакцией гидролиза, происходит нарушение метаболизма в лейкозных клетках. Напишите реакцию гидролитического превращения L-аспарагина в L-аспарагиновую кислоту проекционными формулами Фишера.

Решение.

Задача 2

Смесь глицина, аланина, лизина, аргинина, серина и глутаминовой кислоты разделяли методом электрофореза при рН = 6.

Определите направление движения аминокислот при электрофорезе, если изоэлектрические точки этих аминокислот соответственно равны значениям pH: 6,0; 6,0; 9,8; 10,8; 5,7 и 3,2.

Решение.

В изоэлектрической точке (pI рН) суммарный заряд б-аминокислоты равен нулю. В данных условиях такое соотношение выполняется для аланина, глицина и серина и эти аминокислоты в электрическом поле перемещаться не будут.

При рН > pI преобладает анионная форма и аминокислота (в данном случае глутаминовая кислота) будет перемещаться к аноду.

В случае, когда рН < pI в растворе преобладает катионная форма, поэтому лизин и аргинин будут перемещаться к катоду.

Задача 3

Даны три аминокислоты: аспарагиновая, лизин и глицин. Определить, в какой среде кислой, нейтральной или щелочной будут находиться изоэлектрические точки (И.Э.Т) этих кислот по сравнению с глицином, для которого рI = 6.

Решение.

У аспарагиновой кислоты И.Э.Т. будет находиться в более кислой среде, чем у глицина, так как для подавления диссоциации второй карбоксильной группы требуется дополнительное количество ионов H⁺.

У лизина И.Э.Т. будет находиться в более щелочной среде, чем у глицина, так как для предотвращения образования второй NH₃⁺ группы требуется дополнительное количество ионов OH.

Задача 4

Написать уравнения реакций аланина:

а) с водным раствором щелочи;

б) с водным раствором соляной кислоты;

в) с бензоилхлоридом в щелочной среде.

Решение.



Задача 5

Написать уравнения реакций лейцина:

а) с уксусным ангидридом;

б) с нитритом натрия в среде соляной кислоты;

в) с этиловым спиртом в среде серной кислоты;

г) с карбобензоксихлоридом.

Решение.



Задача 6

В сильнощелочном растворе аминокислота существует в виде аниона и содержит две основные группы: NH₂ и СОО. Учитывая тот факт, что константы основности для NH₂-группы и карбоксилат-аниона R СОО соответственно равны 6,3•10⁵ и 2,5•10¹², определите, какая из этих групп будет более основной и к какой группе будет предпочтительно присоединяться протон при прибавлении к раствору кислоты. Какое соединение при этом образуется?

Решение.

Из приведенных констант основности следует, что аминогруппа является более сильным основанием, чем карбоксильный ион (6,3•10⁵ > 2,5•10¹²), поэтому при добавлении кислоты протон будет присоединяться к аминогруппе, образуя биполярный ион:

Задача 7

В сильнокислом растворе аминокислота существует в виде катиона и содержит две кислотые группы: NH₃⁺ и СООН. Учитывая, что константы кислотности для NH₃⁺ и СООН групп соответственно равны 1,6•10¹⁰ и 4•10³, определите, какая из этих групп будет более кислой и какая из них будет легче отдавать протон при прибавлении к исходному раствору щелочи. Какое соединение при этом образуется?

Решение.

Из приведенных констант кислотности следует, что карбоксильная группа является более сильной кислотой, чем NH₃⁺ ион, так как K_а( NH₃⁺) = 1,6•10¹⁰ < K_а( СООН) = 4•10³, поэтому при добавлении щелочи карбоксильная группа будет отдавать протон, образуя биполярный ион:

Задача 8

При взаимодействии первичной аминогруппы с азотистой кислотой выделяется азот, по объёму которого по методу Ван-Слайка определяют число аминогрупп в кислоте.

При обработке равных количеств (по 0,001 моль) трех различных аминокислот получили (при н.у.):

а) в первом случае 22,4 мл азота;

б) во втором случае 44,8 мл азота;

в) в третьем случае азот не выделялся вообще.

Какие возможные аминокислоты были взяты для этих экспериментов?

Решение.

Рассчитаем количество азота, выделившихся в первом и втором опытах:

а)

Таким образом, из 0,001 моль аминокислоты выделилось 0,001 моль азота. Следовательно, это может быть любая моноамино-карбоновая кислота (одно- или двухосновная).



б)

В этом опыте количество выделившегося азота вдвое больше количества исходной кислоты. Следовательно, аминокислота содержит две аминогруппы (это может быть, в частности, лизин или орнитин).

в) В этом опыте азот не выделился вообще, следовательно, аминокислота не содержала свободной первичной аминогруппы. Например, это может быть иминокислота пролин.

Задача 9

Напишите все возможные стереоизомеры треонина в проекциях Фишера. Укажите конфигурацию каждого асимметрического центра. Какие структуры являются энантиомерами, а какие диастереомерами? Есть ли среди приведенных структур мезоформа?

Решение.

Молекула треонина содержит два асимметрических центра:

следовательно, число оптических изомеров равно 2ⁿ = 2² = 4.



I и II, III и IV энантиомеры;

I и III, I и IV, II и III, II и IV диастереомеры.

Среди приведенных структур мезоформы нет, так как каждый стереоизомер имеет свой энантиомер.

Задача 10

Укажите, какие исходные вещества надо взять для синтеза фенилаланина методом прямого аммонолиза и методом циангидринного синтеза. Напишите уравнения всех реакций.

Решение.

Для синтезов необходимо иметь фенилэтаналь, 2-хлор-3-фенил-пропановую кислоту, аммиак и синильную кислоту.

а) аммонолиз:

б) циангидринный синтез:



Задача 11

Фрагментом гормона окситоцина является трипептид цис-тир-иле. Напишите строение этого пептида, выделите пептидные связи и дайте полное название данного пептида.

Решение.

Задача 12

Проведите синтез дипептида с аминокислотной последовательностью цистир, с предварительной защитой аминогруппы и активацией карбоксильной группы. Укажите все стадии процесса и назовите этот дипептид.

Решение.

Аминогруппа тирозина будет участвовать в образовании пептидной связи, а аминогруппа цистеина должна быть свободной, поэтому надо проводить «защиту» аминогруппы цистеина карбобензоксихлоридом:



Для того чтобы провести реакцию с тирозином, надо «активировать» карбоксильную группу цистеина:

Тирозин следует «защитить» со стороны карбоксильной группы. Для этого проводят реакцию этерификации:

Полученный сложный эфир тирозина вступает в реакцию нуклеофильного замещения с карбобензоксихлоридом цистеина, защищенного по аминогруппе.



Последняя стадия процесса снятие «защиты» аминогруппы гидрогенолизом и гидролиз сложноэфирной группы в щелочной среде:

Задача 13

Напишите формулу трипептида гис-лиз-три. Дайте полное название этого трипептида, укажите пептидные связи, N- и С-концевые аминокислоты. Определите, в какой области рН находится изоэлектрическая точка данного пептида.

Решение.

Изоэлектрическая точка этого пептида находится в щелочной среде, так как в данном пептиде число основных групп преобладает над числом карбоксильных групп.

Задача 14

Напишите тетрапептид со следующей последовательностью аминокислот: лизин-аланин-валин-глутаминовая кислота. Отметьте незаменимые аминокислоты, нейтральные и кислые. Выделите пептидную связь и объясните, почему она имеет плоское строение и вокруг каких связей возможно свободное вращение.

Решение.



Незаменимые кислоты лизин и валин. Кислая кислота глутаминовая, нейтральные валин и аланин.

Плоское строение пептидной связи обусловлено sp²-гибридизацией атома углерода карбонильной группы. Сопряжение неподеленной пары электронов атома азота с двойной связью С = О (р-р сопряжение) приводит к частичной двоесвязанности связи С N, что и объясняет плоское строение всей группы СО NH.

Свободное вращение возможно вокруг одинарной связи азота с б-углеродным атомом и вокруг связи б-углеродного атома с атомом углерода карбонильной группы.

Задача 15

В пептидном гидролизате обнаружено четыре аминокислоты в молярном соотношении: гли:ала:фен:сер = 2:1:1:3. Молярная масса этого пептида равна 1438 г/моль. Определите аминокислотный состав данного пептида.

Решение.

Рассчитаем суммарную массу двух моль глицина, одного моль аланина, одного моль фенилаланина и 3 моль серина:

m=2M(глицина) + 1M(аланина) + 1M(фенилаланина) + 2M(серина)

m = 275 + 89 + 165 + 1053 = 719 г.

Измеренная молярная масса пептида составляет 1438 г/моль, следовательно, число всех аминокислот в пептиде должно быть в два раза больше и тогда состав пептида будет следующим: 4 молекулы глицина, 2 молекулы аланина, 2 молекулы фенилаланина и 6 молекул серина.

В данном случае можно лишь установить количественный состав пептида, но нет возможности установить, в каком порядке эти аминокислоты связаны в пептид.

Задача 16

Как известно, атом галогена прочно привязан к бензольному кольцу, и поэтому ароматические галогениды не склонны реагировать с нуклеофилами. Объясните, почему 2,4-динитро-фторбензол легко реагирует со свободной аминогруппой N-концевой аминокислоты пептида и не реагирует с атомом азота пептидной группы NН С = О, хотя атом азота этой амидной группы тоже содержит неподеленную пару электронов.

Решение.

Наличие сильно электроноакцепторных нитрогрупп в орто- и параположениях бензольного кольца и атома фтора, имеющего наибольшую электроотрицательность из всех известных элементов, резко уменьшают электронную плотность у атома углерода бензольного кольца, связанного со фтором, делая тем самым молекулу более восприимчивой к атаке нуклеофилом. В качестве нуклеофила выступает атом азота аминогруппы, содержащий неподеленную пару электронов.

Атом азота амидной группы в этой реакции в роли нуклеофила не может конкурировать со свободной аминогруппой, так как в результате сопряжения неподеленной пары электронов атома азота с двойной связью карбонильной группы, амиды становятся значительно более слабыми нуклеофилами, чем амины.

сопряжение пары электронов азота с двойной связью С = О

Задача 17

Напишите формулу тетрапептид фен-цис-три-глу. С помощью каких цветных реакций можно доказать наличие в этом пептиде бензольного кольца, пептидной связи, серусодержащей аминокислоты и триптофана?

Решение.

Ароматическое кольцо в пептиде можно обнаружить реакцией с концентрированной азотной кислотой (ксантопротеиновая реакция).

Для качественного и количественного определения триптофана можно использовать реакцию Эрлиха в среде серной кислоты появляется красно-фиолетовое окрашивание.

Наличие пептидной связи доказывается с помощью биуретовой реакции.

Для обнаружения цистеина используют реакцию с ацетатом свинца в щелочной среде.



Задача 18

Укажите направления движения (движутся к катоду или к аноду, не перемещаются в электрическом поле) в процессе электрофореза при рН = 1,9; 3; 6,5 и 13 следующих пептидов:

а) лиз-гли-ала-гли;

б) лиз-гли-ала-глу.

Решение.

Изоэлектрическая точка этого пептида находится в щелочной среде, так как число аминогрупп превышает число карбоксильных групп.

В сильнокислой среде при рН = 1,9 и при рН = 3 за счет протони-рования аминогрупп образуются катионы R NH₃⁺ и пептид будет перемещаться к катоду. При рН = 6,5 (среда почти нейтральная) пептид будет перемещаться к катоду, так как его изоэлектрическая точка находится в щелочной среде. В сильнощелочной среде при рН = 13 образуется карбоксилат-ион и пептид будет перемещаться к аноду.

Изоэлектрическая точка этого пептида находится в среде близкой к нейтральной, так как число аминогрупп этого пептида равно числу карбоксильных групп. Поэтому в сильнокислой среде (при рН = 1,9 и рН = 3) диссоциация карбоксильных групп подавлена, а аминогруппы будут протонированы и пептид будет перемещаться к катоду. При рН = 6,5 (среда близкая к нейтральной) пептид в электрическом поле перемещаться не будет, так как он практически находится в изоэлектрическом состоянии. В сильнощелочной среде (при рН = 13) будут преобладать анионы (карбоксилат-ионы), и пептид начнет перемещаться к аноду.

Литература

1. Тюкавкина Н.А., Бауков Ю.И. Биоорганическая химия. М.; Медицина, 1991.

2. «Руководство к лабораторным занятиям по биоорганической химии» под редакцией Тюкавкиной Н.А., М.; Медицина 1991.

3. Грандберг И.И. Органическая химия. Дрофа М.; 2001.

4. «Органическая химия» под редакцией Тюкавкиной Н.А. Дрофа М. 2003.

5. Моррисон Р, Бойд Р Органическая химия. Мир М. 1974.

6. Биохимия под редакцией Е.С. Северина ГЭОТАР-Медиа М. 2005.

7. Афонский С.И. Биохимия животных. Высшая школа. М. 1970.

8. Травень В. Ф. Органическая химия. Академкнига, М. 2008.

9. Овчинников Ю.А. Биоорганическая химия. М.; Просвещение 1987.

10. Терней А. Современная органическая химия. М.; Мир 1984.

11. Райлс А., Смит К., Уорд Р. Основы органической химии (для студентов биологических и медицинских специальностей). М. Мир 1983.

12. Фердман Д.Л. Биохимия. Высшая школа. М. 1966.

13. Ленинджер А. Биохимия. М. Мир. 1976.

Размещено на Allbest.ru

...