Какими свойствами будет обладать полипептид
Подпишись на наш Instagram, если хочешь сдать экзамены на отлично!
@shpory_2020_
1. Запишите формулу дипептида, образованного двумя молекулами аминокислот.
2. В состав полипептида входят следующие аминокислоты: аланин, лизин, глутаминовая кислота. Какими свойствами будет обладать полипептид — гидрофильными или гидрофобными? Ответ поясните. Формулы данных аминокислот приведены в учебнике (с. 19, рис. 6).
Полипептид будет гидрофильным.
3. Альбумин сыворотки крови человека имеет относительную молекулярную массу 68 400. Определите количество аминокислотных остатков в молекуле этого белка, принимая во внимание, что средняя относительная молекулярная масса одной аминокислоты равна 120.
$dfrac{68400}{120} = 570$ (аминокислотных остатков).
4. Определите, сколько остатков глюкозы содержится в моле- куле гликогена, если его относительная молекулярная масса составляет примерно $1.62 · 10^6.$
$1.62 · dfrac{10^6}{162} = 10 000$ (остатков глюкозы).
5. Рассчитайте, сколько граммов глицерина было израсходовано клетками организма на синтез жира, если известно, что при этом было затрачено 21 моль высших карбоновых кислот.
На 1 моль глицерина приходится 3 моль кислот. Было использовано 7 моль глицерина. $M(mathrm{C_3H_8O_3}) = 92$ г/моль.
6. В молекуле ДНК на долю цитидиловых нуклеотидов приходится 20 %. Определите процентное содержание остальных нуклеотидов в этой ДНК.
Гуаниловых кислот — 20 %; адениловых — 30 %; тимидиловых — 30 %.
7. Фрагмент молекулы ДНК содержит 280 остатков цитидиловых нуклеотидов, что составляет 14 % от общего количества нуклеотидов. Определите длину данного фрагмента молекулы ДНК.
Ц + Г = $560;$ А + Т = $72 % = 1440;$ $dfrac{560 + 1440}{2} = 1000;$ длина фрагмента равна $340$ нм.
8. Фрагмент молекулы ДНК состоит из 5760 нуклеотидов, из них 1125 тимидиловых нуклеотидов. Определите количество адениловых, гуаниловых и цитидиловых нуклеотидов в данном фрагменте молекулы ДНК.
А = Т = $1125;$ $5760 — 1125 — 1125 = 3510;$ Г = Ц = $dfrac{3510}{2} = 1755.$
9. Длина фрагмента молекулы ДНК равна 68 нм, что составляет 10 % от длины всей молекулы. На долю адениловых нуклеотидов в данной молекуле ДНК приходится 12 %. Определите относительную молекулярную массу фрагмента молекулы ДНК, принимая во внимание, что относительная молекулярная масса одного нуклеотида равна 354, и число всех видов нуклеотидов в данной молекуле ДНК.
$dfrac{68,нм}{0.34,нм} = 200;$ $200 · 354 = 70 800.$
10. У исследователя есть три молекулы ДНК одинаковой длины. Известно, что содержание тимидиловых нуклеотидов (Т) в первом образце составляет 20 % от общего числа нуклеотидов, во втором — 36 %, в третьем — 8 %. Исследователь начал нагревать данные молекулы ДНК, постепенно повышая температуру. При этом происходило отделение комплементарных цепей друг от друга — так называемое плавление ДНК. Какой образец начал плавиться первым, а какой расплавился в последнюю очередь? Почему?
Поскольку во втором образце содержится меньше Г–Ц (потому как больше тимидиловых нуклеотидов), он начал плавится первым, а в последнюю очередь расплавился третий, где содержание Г–Ц наибольшее (тимидиловых нуклеотидов наименьшее).
Именно пептидная связь является основой построения всех белковых молекул, из которых, в конечном счете, образуется вся живая материя. Особенности строения пептидной связи, ее структура оказали огромное влияние на саму возможность существования жизни на нашей планете. О том, что такое пептидная связь, как она образуется и какими свойствами обладает, читайте дальше.
Что такое пептидная связь?
Пептидная связь это связь, возникающая между аминокислотами при взаимодействии аминогруппы (-NH2) и карбоксильной группы (-COOH). Две соединенные одна с другой кислоты образуют дипептид, три – трипепетид и так далее. Длинные цепи подобного рода зовутся полипептидами и белками.
Также академическое определение пептидной связи звучит так: пептидная связь – это вид химической связи, возникающей вследствие взаимодействия α-аминогруппы одной аминокислоты и α-карбоксигруппы другой аминокислоты.
Само же слово «пептид» происходит от греческого «питательный» и означает семейство веществ, молекулы которых построены из двух или более остатков аминокислот, соединенных в цепь пептидными связями —C(O)NH—.
Образование пептидной связи
Как образуется пептидная связь? Образование пептидной связи происходит внутри клеток на рибосомах при активном участии ферментов с затратой энергии. Аминокислоты при этом, будучи мономерами, играют роль таких себе строительных блоков белков. Для синтеза белка живыми организмами используется 20 видов различных аминокислот.
Что же касается самого процесса образования пептидной связи между аминокислотами, то она образуется при оттягивании электронной плотности с атома водорода аминогруппы одной аминокислоты и атомом кислорода карбоксильной группы другой аминокислоты.
Вот так процесс образования пептидной связи в молекуле выглядит схематически.
Как следствие разрываются соединения между N и H в аминогруппе и между C и OH в карбоксильной группе. Соединение протона и гидроксильной группы в результате образует воду, а два аминокислотных остатка – дипептид.
Свойства пептидной связи
Пептидная связь, которая имеет место при первичной структуре белков, не является полностью одинарной. Длина ее равна 0,132 нм. Это среднее значение между истинной двойной и одинарной связями.
Важными свойствами пептидной связи являются копланарность и трансположение, далее подробно их поясним.
Копланарность означает, что все атомы, входящие в пептидную группу находятся на одной плоскости, а атомы H и О располагаются по разные стороны от пептидной связи. Но стоит заметить, что радикальные группы аминокислот и водорода при α-углеродах лежат за пределами плоскости.
Трансположение означает, что кислород и водород пептидной связи находятся в транс-ориентации. Также в транс-ориентации ориентированы аминокислотные R-группы во всех белковых и пептидных молекулах естественного происхождения.
Строение пептидной связи
В чем особенности строения пептидной связи? В амидной группе –CO-NH- углеродный атом существует в форме sp2-гибридизации. К примеру, электронная пара атома азота сопрягается с π-электронами двойной связи между углеродом и кислородом. Тогда электронная плотность пептидной группы сместится к кислороду. В результате подобного сопряжения выровняются длины связей внутри радикала.
Структура подобной пептидной связи и формула отражена на картинке.
Методы определения пептидных связей
Наилучшим методом для определения пептидных связей является биуретовая реакция. Такое название она имеет потому, что впервые эта реакция была использована для получения биурета, который хотя и не является аминокислотой, но обладает при этом двумя пептидными связями.
Сам механизм определения сводится к тому, что аминокислоты, способные образовать как минимум две пептидные связи в щелочной среде при добавлении сульфата меди образуют медьсодержащее комплексное соединение фиолетового цвета.
Рекомендованная литература и полезные ссылки
- Nomenclature and Symbolism for Amino Acids and Peptides. Recommendations 1983″. European Journal of Biochemistry. 138 (1): 9–37. 1984. doi:10.1111/j.1432-1033.1984.tb07877.x. ISSN 0014-2956.
- Muller, P (1994-01-01). “Glossary of terms used in physical organic chemistry (IUPAC Recommendations 1994)”. Pure and Applied Chemistry. 66 (5): 1077–1184. doi:10.1351/pac199466051077. ISSN 1365-3075.
- Watson J, Hopkins N, Roberts J, Agetsinger Steitz J, Weiner A (1987) [1965]. Molecualar Biology of the Gene (hardcover) (Fourth ed.). Menlo Park, CA: The Benjamin/Cummings Publishing Company, Inc. p. 168. ISBN 978-0805396140.
- Miller BR, Gulick AM (2016). “Structural Biology of Nonribosomal Peptide Synthetases”. Methods in Molecular Biology. 1401: 3–29. doi:10.1007/978-1-4939-3375-4_1. ISBN 978-1-4939-3373-0. PMC 4760355. PMID 26831698.
- Griffiths AJ, Miller JH, Suzuki DT, Lewontin RC, Gelbart WM (2000). Protein synthesis. An Introduction to Genetic Analysis (7th ed.). New York: W. H. Freeman. ISBN 978-0716735205.
Пептидная связь, видео
Автор: Павел Чайка, главный редактор журнала Познавайка
При написании статьи старался сделать ее максимально интересной, полезной и качественной. Буду благодарен за любую обратную связь и конструктивную критику в виде комментариев к статье. Также Ваше пожелание/вопрос/предложение можете написать на мою почту pavelchaika1983@gmail.com или в Фейсбук, с уважением автор.
На данном уроке мы продолжим расширять и углублять знания о важнейших органических веществах клетки. На нем мы познакомимся с белками и аминокислотами. Рассмотрим уровни организации белковой молекулы, ее строение, сформируем знания о важной роли белков в органическом мире.
Белки
Среди органических соединений клетки белки являются наиболее важными. Содержание белков в клетке колеблется от 50 % до 80 %.
Белки – это высокомолекулярные органические соединения, которые состоят из углерода, водорода, кислорода, серы и азота. В состав некоторых белков входит фосфор, а также катионы металлов.
Белки являются биополимерами, которые состоят из мономеров аминокислот. Их молекулярная масса варьируется от нескольких тысяч до нескольких миллионов, в зависимости от количества аминокислотных остатков.
В состав белков входит всего 20 типов аминокислот из 170, найденных в живых организмах.
Аминокислоты
Аминокислоты (см. Рис. 1) – органические соединения, в молекулах которых одновременно присутствует аминогруппа () с основными свойствами и карбоксильная группа () с кислотными свойствами. Часть молекулы, называемая радикалом (R), у разных аминокислот имеет различное строение.
Рис. 1. Аминокислота
В зависимости от радикала аминокислоты делят на (см. Рис. 2):
1. кислые (в радикале карбоксильная группа);
2. основные (в радикале аминогруппа);
3. нейтральные (не имеют заряженных радикалов).
Рис. 2. Классификация аминокислот
Аминокислоты соединяются друг с другом посредством пептидной связи. Эта связь образуется путем выделения молекулы воды при взаимодействии аминогруппы одной аминокислоты с карбоксильной группой другой аминокислоты. Реакция, идущая с выделением воды, называется реакцией конденсации, а возникающая ковалентная азот-углеродная связь – пептидной связью.
Рис. 3. Дипептид
Соединения, образующиеся в результате конденсации двух аминокислот, представляют собой дипептид (см. Рис. 3). На одном конце его молекулы находится аминогруппа, а на другом – свободная карбоксильная группа. Благодаря этому дипептид может присоединять к себе другие молекулы. Если таким образом соединяется много аминокислот, то образуется полипептид (см. Рис. 4).
Рис. 4. Полипептид
Полипептидные цепи бывают очень длинными и могут состоять из различных аминокислот. В состав белковой молекулы может входить как одна полипептидная цепь, так и несколько таких цепей.
Многие животные, включая человека, в отличие от бактерий и растений не могут синтезировать все аминокислоты, которые составляют белковые молекулы. То есть существует ряд незаменимых аминокислот, которые должны поступать с пищей.
К незаменимым аминокислотам относятся: лизин, валин, лейцин, изолейцин, треонин, фенилаланин, триптофан, тирозин, метионин.
Значение свободных аминокислот
Ежегодно в мире производится более двухсот тысяч тонн аминокислот, которые используются в практической деятельности человека. Они применяются в медицине, парфюмерии, косметике, сельском хозяйстве.
В большей степени производят глутаминовую кислоту и лизин, а также глицин и метионин.
Назначение аминокислот
1. Глутаминовая кислота
Используется в психиатрии (при эпилепсии, для лечения слабоумия и последствий родовых травм), в комплексной терапии язвенной болезни и при гипоксии. Также она улучшает вкус мясных продуктов.
2. Аспарагиновая кислота
Аспарагиновая кислота способствует повышению потребления кислорода сердечной мышцей. В кардиологии применяют панангин – препарат, содержащий аспартат калия и аспартат магния. Панангин применяют для лечения различного рода аритмий, а также ишемической болезни сердца.
3. Метионин
Защищает организм при отравлениях бактериальными эндотоксинами и некоторыми другими ядами, в связи с этим используется для защиты организма от токсикантов окружающей среды. Обладает радиопротекторными свойствами.
4. Глицин
Является медиатором торможения в центральной нервной системе. Используется как успокаивающее средство, применяется при лечении хронического алкоголизма.
5. Лизин
Основная пищевая и кормовая добавка. Используется в качестве антиоксидантов в пищевой промышленности (предотвращает порчу пищевых продуктов).
Пептиды
Отличие между белками и пептидами заключается в количестве аминокислотных остатков. В белках их более 50, а в пептидах менее 50.
В настоящее время выделено несколько сотен различных пептидов, которые выполняют в организме самостоятельную физиологическую роль.
К пептидам относятся:
1. Пептидные антибиотики (грамицидин S).
2. Регуляторные пептиды – вещества, регулирующие многие химические реакции в клетках и тканях организма. К ним относятся: пептидные гормоны (инсулин), окситоцин, стимулирующий сокращение гладкой мускулатуры.
3. Нейропептиды.
Классификация белков
В зависимости от строения различают простые и сложные белки.
1. Простые белки состоят только из белковой части.
2. Сложные имеют небелковую часть.
Если в качестве небелковой части используется углевод, то это гликопротеиды.
Если в качестве небелковой части используются липиды, то это липопротеиды.
Если в качестве небелковой части используются нуклеиновые кислоты, то это нуклеопротеиды.
Структуры белка
Белки имеют 4 основных структуры: первичную, вторичную, третичную, четвертичную (см. Рис. 5).
Рис. 5. Структура белка
1. Под первичной структурой понимают последовательность аминокислотных остатков в полипептидной цепи. Она уникальна для любого белка и определяет его форму, свойства и функции.
Значительное совпадение первичной структуры характерно для белков, выполняющих сходные функции. Замена всего лишь одной аминокислоты в одной из цепей может изменить функцию молекулы белка. Например, замена глутаминовой кислоты на валин приводит к образованию аномального гемоглобина и к заболеванию, которое называется серповидноклеточная анемия.
2. Вторичная структура – упорядоченное свертывание полипептидной цепи в спираль (имеет вид растянутой пружины). Витки спирали укрепляются водородными связями, возникающими между карбоксильными группами и аминогруппами. Практически все СО- и NН-группы принимают участие в образовании водородных связей.
3. Третичная структура – укладка полипептидных цепей в глобулы, возникающая в результате возникновения химических связей (водородных, ионных, дисульфидных) и установления гидрофобных взаимодействий между радикалами аминокислотных остатков.
4. Четвертичная структура характерна для сложных белков, молекулы которых образованы двумя и более глобулами.
Утрата белковой молекулой своей природной структуры называется денатурацией. Она может возникнуть при воздействии температуры, химических веществ, при нагревании и облучении.
Если при денатурации не нарушены первичные структуры, то при восстановлении нормальных условий белок способен воссоздать свою структуру. Этот процесс носит название ренатурация (см. Рис. 6). Следовательно, все особенности строения белка определяются первичной структурой.
Рис. 6. Денатурация и ренатурация
Серповидноклеточная анемия
Серповидноклеточная анемия – это наследственная болезнь, при которой эритроциты, участвующие в переносе кислорода, выглядят не в виде диска, а принимают форму серпа (см. Рис. 7). Непосредственной причиной изменения формы является небольшое изменение химической структуры гемоглобина (основного компонента эритроцита).
Рис. 7. Внешний вид нормального и серповидного эритроцита
Симптомы: потеря трудоспособности, постоянная отдышка, учащенное сердцебиение, пониженный иммунитет.
Одним из признаков серповидноклеточной анемии является желтизна кожных покровов.
Заключение
Существуют различные формы заболевания. В самой тяжелой форме у человека происходит задержка развития, такие люди не доживают до подросткового возраста.
Список литературы
- Каменский А.А., Криксунов Е.А., Пасечник В.В. Общая биология 10-11 класс Дрофа, 2005.
- Биология. 10 класс. Общая биология. Базовый уровень / П.В. Ижевский, О.А. Корнилова, Т.Е. Лощилина и др. – 2-е изд., переработанное. – Вентана-Граф, 2010. – 224 стр.
- Беляев Д.К. Биология 10-11 класс. Общая биология. Базовый уровень. – 11-е изд., стереотип. – М.: Просвещение, 2012. – 304 с.
- Агафонова И.Б., Захарова Е.Т., Сивоглазов В.И. Биология 10-11 класс. Общая биология. Базовый уровень. – 6-е изд., доп. – Дрофа, 2010. – 384 с.
Дополнительные рекомендованные ссылки на ресурсы сети Интернет
- Vmede.org (Источник).
- Youtube.com (Источник).
- Bio-faq.ru (Источник).
Домашнее задание
- Вопросы 1-6 в конце параграфа 11 (стр. 46) – Каменский А.А., Криксунов Е.А., Пасечник В.В. «Общая биология», 10-11 класс (Источник)
- Какие функциональные группы входят в состав аминокислот?