Аминокислоты. Занятие2_Строение и классиф.амк.Структура пептидов. Занятие строение и классификация аминокислот. Структура пептидов
 Скачать 0.79 Mb.
|
|
Страница 1 из 10 Занятие 2. СТРОЕНИЕ И КЛАССИФИКАЦИЯ АМИНОКИСЛОТ. СТРУКТУРА ПЕПТИДОВ Мотивация: Знание химического строения аминокислот и их свойств необ- ходимо для изучения химического состава и свойств белков. Цель занятия: Изучить свойства аминокислот, образование пептидной свя- зи, функции белков в организме. Студент должен: Знать Уметь 1. Общую характеристику химиче- ского состава белков. 2. Функции белков в организме. 3. Структуру и свойства аминокис- лот. 4. Принцип классификации амино- кислот. 5. Принцип образования пептидной связи. Номенклатуру пептидов. 1. Объяснять классификацию, струк- туру, физико-химические свойства аминокислот. 2. Написать пептид, назвать его, ука- зать его свойства. 3. Доказать белковую природу веще- ства. 4. Провести анализ аминокислотного состава белка с помощью цветных реакций. Вопросы, изученные ранее и необходимые для данного занятия: Вопросы Где изучались 1. Классификация и номенклатура аминокис- лот. 2. Физико-химические свойства аминокислот. 3. Элементарный состав белков. Кафедра общей и биологи- ческой химии (курс химии) Там же Там же Вопросы к теоретической части занятия: 1. Принципы классификации аминокислот. 1. Структурные формулы протеиногенных аминокислот. 2. Физико-химические свойства аминокислот, роль их функциональных групп. 3. Изоэлектрическая точка аминокислот и пептидов. 4. Влияние изменения рН на заряд аминокислот. 5. Аминокислоты как лекарственные препараты. 6. Пептидная связь, реакция образования. 7. Свойства пептидной связи. 8. Влияние изменения рН на заряд и растворимость пептидов. 9. Биологическая роль пептидов. Пептиды, как лекарственные вещества Страница 2 из 10 Задания для самоподготовки: 1. Зарисуйте схему 2. Перепишите в протокол таблицу 1, дополнив ее названиями аминокислот (эмпирическими и рациональными). Таблица 1. Классификация аминокислот Неполярные (гидрофобные) Полярные (гидрофильные) Незаряженные Отрицательно заряженные Положительно заряженные Заменимые Условно заменимые Незаменимые 3. Зарисуйте в протокол рис.1, дополнив его формулами катиона, аниона и цвиттер-иона. Страница 3 из 10 Рисунок 1. Кислотно-основное равновесие в растворе α-аминокислот 4. Выясните, что обозначает понятие «изоэлектрическая точка белка», как влияет химический состав белка на изоэлектрическую точку. 5. Решите ситуационные задачи: Ситуационные задачи 1) Напишите структурные формулы нижеперечисленных соединений: а) (Н)лей-тре-глу-три-арг-фен(ОН) б) (Н)иле-ала-тир-фен-мет-асп-лиз(ОН) в) Пептидов, образующихся при действии на каждое из указанных выше соединений трипсина и химотрипсина. 2) Смесь глицина, лизина и глутаминовой кислоты разделяли методом элек- трофореза на бумаге при рН 6,0. Изоэлектрическая точка глицина дости- гается при рН 5,97, лизина – при рН 9,74, глутаминовой кислоты – при рН 3,22. Какая из аминокислот: а) Перемещалась к аноду? б) Перемещалась к катоду? в) Оставалась на старте? ? ? ? Страница 4 из 10 Лабораторная работа 2. Качественные (цветные) реакции на функциональные группы белков и аминокислот Присутствие веществ белковой природы в биологическом материале и лекарственных препаратах можно обнаружить с помощью качественных ре- акций на структурные компоненты белка и его функциональные группы. Все известные реакции выявления белков и пептидов можно разделить на три ти- па. 1. Реакция на пептидную группу, характерную для полипетидной цепи и нетипичную для прочих биологических веществ. Она специфична для бел- ков и пептидов. 2. Реакции на концевые α-амино- или α-карбоксильные группы. Эти ре- акции дают также свободные α-аминокислоты и некоторые другие соедине- ния. 3. Реакции на отдельные боковые радикалы или группы аминокислот, входящих в полипептиды. Эти реакции специфичны также и для свободных α-аминокислот и других веществ, содержащих соответствующую функцио- нальную группу в молекуле. Материалы для исследования: 1% раствор яичного белка, 1% раствор желатина. Работа 1. Биуретовая реакция на пептидную группу (реакция Пиотровского) Принцип. В щелочной среде в присутствии солей меди пептидная группа белков образует окрашенное комплексное соединение. Биуретовая ре- акция положительна с белками и пептидами, имеющими не менее двух пеп- тидных связей (H 2 N — СО —NH —СО – NH 2 ). С ди- и трипептидами она не- устойчива. Биуретовую реакцию дают небелковые вещества, содержащие не менее двух пептидных групп, например, производное мочевины — биурет давший название этой реакции, и некоторые другие. В сильнощелочной среде пептидные группы полипептидов переходят в енольную форму, в которой и взаимодействуют с ионом Cu 2+ , образуя окра- шенный биуретовый комплекс примерно следующего строения: Страница 5 из 10 На свободные аминокислоты биуретовая реакция обычно отрицательна. Исключение составляют гистидин, серин, треонин, аспарагин, которые при больших концентрациях в растворе могут образовывать окрашенный биуре- товый комплекс с Cu 2+ Ход работы (алгоритм приведён в таблице): № Реактивы, последовательность добавления Пробирка № 1 № 2 1. 1% раствор белка, мл 1 - 2. 1% раствор желатина, мл - 1 3. 10% раствор NaOH, капли 5 5 4. 1% раствор CuSO 4 , капли 1-2 1-2 Регистрация окраски (указать цвет) Вывод: __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ Работа 2. Нингидриновая реакция на α-аминогруппу Принцип. Реакция обусловлена наличием α-аминогрупп у аминокис- лот в молекуле белка. При нагревании в присутствии нингидрина происходит окислительное дезаминирование α-аминогрупп аминокислот и пептидов, при этом происходит восстановление молекулы нингидрина и выделение СО 2 , NH 3 и соответствующего альдегида. Восстановленный нингидрин конденсируется с аммиаком и молекулой Страница 6 из 10 окисленного нингидрина, образуя окрашенное соединение (сине-фиолетовый комплекс Руэмана): Пролин и оксипролин дают с нингидрином окрашенный продукт жел- того цвета. Нингидриновая реакция может быть положительна с некоторыми аминами, амидами кислот и некоторыми другими соединениями. Ход работы (алгоритм приведён в таблице): № Реактивы, последовательность добавления Пробирка № 1 № 2 1. 1% раствор белка, капли 5 - 2. 1% раствор желатина, капли - 5 3. 0,1% раствор нингидрина, капли 2 2 Нагреть до кипения Регистрация окраски (указать цвет) Вывод: __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ Работа 3. Реакция Паули (диазореакция) Принцип. При добавлении к раствору белка диазореактива (сульфани- ловая кислота, растворённая в концентрированной соляной кислоте) проис- ходит взаимодействие последнего с аминокислотами тирозином, триптофа- ном, гистидином с образованием окрашенных азосоединений. Ход работы (алгоритм приведён в таблице): № Реактивы, последовательность добавления Пробирка № 1 № 2 1. Диазосмесь, капли 1 1 2. 0,5% NaNO 2 , капли 2 2 Перемешать 3. 1% раствор белка, капли 2 - 4. 1% раствор желатина, капли - 2 5. 10% раствор Na 2 CO 3 , капли 6 6 Регистрация окраски через 10 минут Страница 7 из 10 Вывод: __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ Работа 4. Реакция Фоля на аминокислоты, содержащие слабосвязанную серу Принцип. При добавлении к раствору белка, который содержит серо- содержащие аминокислоты (цистеин, метионин), гидроксида натрия и ацета- та свинца (II) с последующим кипячением, образуется сульфид свинца (РbS), который выпадает в осадок. Ход работы (алгоритм приведён в таблице): № Реактивы, последовательность добавления Пробирка № 1 № 2 1 1% раствор белка, капли 2 - 2 1% раствор желатина, капли - 2 3 5% раствор ацетата свинца, капли 2 2 4 30% раствор NаОН По каплям до полного растворения осадка Нагреть до кипения Регистрация окраски осадка Вывод: __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ Работа 5. Ксантопротеиновая реакция на ароматическое кольцо циклических аминокислот (реакция Мульдера) Принцип. При добавлении к раствору белка, который содержит арома- тические аминокислоты (фенилаланин, тирозин, триптофан), концентриро- ванной азотной кислоты образуются нитропроизводные аминокислот, кото- рые в щелочной среде образуют окрашенные соли хиноидной структуры. Страница 8 из 10 Ксантопротеиновая реакция характерна для фенилаланина, тирозина и триптофана, имеющих ароматическое (бензольное) кольцо. Эти аминокисло- ты или содержащие их белки при нагревании с концентрированной азотной кислотой дают нитросоединения желтого цвета. Например, в реакции с тирозином образуется динитротирозин; добав- ление гидроксида натрия приводит к образованию натриевой соли хиноидной структуры динитротирозина: Ксантопротеиновая реакция положительна со многими ароматическими соединениями (бензол, фенол и др.). Ход работы (алгоритм приведён в таблице): № Реактивы, последовательность добавления Пробирка № 1 № 2 1 1% раствор белка, капли 5 - 2 1% раствор желатина, капли - 5 3 Концентрированная HNO 3 , капли 3 3 Осторожно!!! нагреть до кипения, после чего пробирку охладить 4 Конц. раствор NH 3 ОН (или 30% NaOH) По каплям до изменения окраски Регистрация окраски Вывод: __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ Работа 6. Реакция Адамкевича на триптофан Принцип. Реакция обусловлена присутствием триптофана, который взаимодействует с глиоксиловой кислотой, присутствующей в виде примеси в концентрированной уксусной кислоте, и дает окрашенные продукты кон- денсации. При нагревании две молекулы триптофана взаимодействуют с глиок- силовой кислотой с образованием окрашенного соединения: Страница 9 из 10 В качестве водоотнимающего средства используется концентрирован- ная серная кислота. Ход работы (алгоритм приведён в таблице): № Реактивы, последовательность добавления Пробирка № 1 № 2 1 Свежий яичный белок, неразбавлен- ный, капли 2 - 2 1% раствор желатина, капли - 5 3 Концентрированная уксусная кислота, капли 10 10 Слегка нагреть до растворения осадка, охладить 4 Концентрированная H 2 SO 4 По каплям по стенке, не сме- шивая Регистрация окраски Вывод: __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ «____» _______________ 20___ г. Подпись преподавателя:_____________ Практическое значение Состав аминокислот определяет не только свойства белка, но и его пи- тательную и лекарственную ценность. Биологически полноценными счита- ются белки, содержащие все незаменимые аминокислоты. Поэтому представ- ляет интерес наличие именно этих аминокислот в белковых гидролизатах. Гидролизаты белков различной природы используются в медицине как ле- карственные препараты для парентерального питания. В лечебных целях применяются различные белки плазмы крови, желатин и др. Качественные реакции (или, как их часто называют, цветные реакции) используются в клинико-биохимических лабораториях, фармацевтической практике и биохимических исследованиях для обнаружения присутствия Страница 10 из 10 белка и аминокислот в биологических средах, качественного анализа белко- вых лекарственных средств, препаратов гидролизатов белков и аминокислот, пептидов и белков на хроматограммах и электрофореграммах. Многие каче- ственные реакции положены в основу методов количественного определения белков и аминокислот. В практике контроль качества и количественный анализ таких лекарст- венных средств, как гидролизаты белков и препаратов, содержащих смеси аминокислот или отдельные аминокислоты, основываются на качественном и количественном анализе конкретных аминокислот. Так, одним из основных показателей качества гидролизатов белков является содержание триптофана, которое составляет в аминопептиде и в фибриносоле около 0,5 г/л, а в рас- творах гидролизина и гидролизата казеина не менее 0,15 г/л. Задания для контроля усвоения темы 1. Укажите, какие аминокислоты можно получить, замещая один из атомов водорода в метильной группе аланина различными группировками. 2. Назовите продукты замещения аминогруппой гидроксила в карбоксиль- ной группе дикарбоновых аминокислот. 3. Перечислите полярные не имеющие заряда группировки аминокислот. Приведите примеры аминокислот, содержащих такие группировки. 4. Приведите примеры полярных отрицательно заряженных аминокислот. 5. Перечислите аминокислоты, обладающие основными свойствами. 6. Укажите, какие аминогруппы аминокислот лизина и аргинина могут уча- ствовать в образовании пептидных связей. 7. Поясните, какие цветные реакции универсальны для белков. 8. Назовите, какой компонент белка выявляется с помощью реакции нитро- вания (ксантопротеиновой). 9. Поясните механизм образования пептидной связи. 10. Поясните, что общего в структуре различных пептидов (независимо от их аминокислотного состава). |