Элективный курс

Вид материала

Содержание

2. Напишите уравнение реакции гидролиза трипептида, содержащего остатки глицина, валина, серина. Решение.

Подобный материал:

1 2 3 4 5 6 7

В бесконечном мире органических веществ есть соединения, о которых можно сказать, что они состоят из углерода и воды, т.е. имеют формулу С_n(Н₂О)_m. Они так и называются углеводы, которые делятся на классы: моносахариды, дисахариды, полисахариды. Макромолекулы полисахаридов состоят из связанных друг с другом остатков глюкозы и отличаются строением мономерного звена. У крахмала мономерным звеном служит  - глюкоза, а у целлюлозы  - глюкоза. (Таблица: «Фрагмент молекулы крахмала и клетчатки»). Крахмал образуется в растениях из глюкозы. Он накапливается в семенах зерновых культур и клубнях картофеля в виде крупинок размером 2 – 180мкм. По составу это вещество неоднородно: на 20% состоит из амилазы (соединённых в длинную цепь 1000 – 6000 остатков

 - глюкозы), а на 80% - из амилопектина (разветвлённого полимера, содержащего до 6000 остатков  - глюкозы). У амилазы макромолекулы закручены в спираль, а у амилопектина – имеют шаровидную форму. Полимер сходный по строению с крахмалом, но с ещё более разветвлённой структурой – гликоген, он содержится в печени животных и человека. Гликоген хорошо растворяется в горячей воде и не образует клейстер. При недостатке питания организм начинает использовать гликоген, расщепляя его до глюкозы.

Макромолекулы целлюлозы, или клетчатки состоят из 2000 – 3000 остатков

 - глюкозы, связанных друг с другом в волокна слабыми водородными связями. Целлюлоза – основной компонент стенок растительных клеток. Целлюлоза труднее, чем крахмал, подвергается гидролизу. Его проводят в кислой среде, при этом сначала образуется дисахарид – целлобиоза, а затем глюкоза. При гидролизе крахмала постепенно разрушаются связи между отдельными фрагментами макромолекулы: сначала образуются декстрины, представляющие собой осколки макромолекул крахмала, которые содержат несколько десятков остатков глюкозы, затем дисахарид – мальтоза, а конечный продукт этой реакции – глюкоза. При окислении 1г. глюкозы выделяется примерно 16 кДж. энергии. Ежедневная потребность человека в сахарах составляет около 500г., но она пополняется в основном за счёт крахмала, содержащегося в хлебе, картофеле, макаронных изделиях. При рациональном питании суточная доза сахарозы не должна превышать 75г.

В начале 40г.г. 20в. американскому микробиологу О. Эйвери удалось выделить из бактерий вещество – носитель наследственности. Эксперименты показали: данное вещество не что иное, как открытая швейцарским биологом Мишером нуклеиновая кислота. Учёные установили, что молекула нуклеиновой кислоты очень велика по размерам, на много больше любой другой известной молекулы. Она состоит из огромного числа звеньев, соединённых между собой химическими связями в длинную цепочку. Молекулу можно разобрать на отдельные мономеры, если провести реакцию гидролиза. В результате образуются нуклеотиды, которые имеют сложную структуру. Нуклеотид содержит остаток фосфорной кислоты, остаток молекулы углевода и остаток азотистого основания. ( Таблица: «Цепь ДНК и РНК»). Углеводные остатки бывают двух типов: дезоксирибоза и рибоза. Остатки азотистых оснований принадлежат к пяти различным типам: тимин (Т), урацил (У), аденин (А), гуанин (Г), цитозин (Ц). Существует две разновидности нуклеиновых кислот. Одна содержит остаток дезоксирибозы и оснований: А, Г, Ц, Т – это ДНК. Нуклеиновая кислота другого типа содержит остаток рибозы и основания: А, Г, Ц, У. Она называется РНК. В молекулах ДНК и РНК нуклеотиды соединены в длинные цепи ковалентными химическими связями. Связи образуются между гидроксильной группой углеводного остатка одного нуклеотида и фосфатной группой другого нуклеотида. Молекула ДНК представляет собой двойную спираль, образовавшуюся при закручивании двух цепочек ДНК вокруг общей оси. Спираль закручена по часовой стрелке. На каждый виток спирали приходится ровно десять нуклеотидных пар. Остатки дезоксирибозы и фосфорной кислоты расположены на внешней стороне спирали. Основания, находящиеся друг напротив друга в разных цепях, сильно сближены и между ними возникают водородные связи: А = Т и Г ≡ Ц. Аденин с тимином образуют две водородные связи , а гуанин с цитозином – три. За хранение и передачу генетической информации отвечает ДНК. РНК выполняет различные функции. Например, и – РНК - информационная РНК считывает информацию с участка ДНК; т – РНК – транспортная РНК подносит аминокислоты к месту синтеза белка и т.д.

Природа создаёт собственные произведения искусства. Это вирусы и бактерии, растения и животные, это, наконец, человек. Замысел своих творений, или, говоря научным языком наследственную информацию о живых организмах, природа хранит с помощью ДНК, в которой в виде последовательности нуклеотидов зашифрована информация о белках.

Молекула ДНК – это чудесное изобретение природы.

Расчётные задачи по теме:

«Макромолекулы жиизни».

1. При обработке продуктов гидролиза 1,655г нуклеотида мономера ДНК, содержащего 21,15% азота, избытком известковой воды выпало 0,775г осадка. Установите структурную формулу нуклеотида, назовите его и напишите уравнения реакций.

Решение.

Уравнение реакции гидролиза нуклеотида:

В О СН₂О – P(OH)₂ HO O CH₂OH

H H || + 2H₂O H H + H₃PO₄ + ВН

H H O H H фосфорная азотистое

X OH X OH кислота основание

нуклеотид рибоза (Х = ОН)

[дезоксирибоза (Х = Н)]

Фосфорная кислота – продукт гидролиза нуклеотида – реагирует с известковой водой:

3Сa(OH)₂ + 2H₃PO₄ = Ca₃(PO₄)₂ + 6H₂O

M = 310 г/моль

Количество вещества фосфорсодержащих соединений:

n(H₃PO₄) = 2n[Ca₃(PO₄)₂] = n (нуклеотида).

По условию m[Ca₃(PO₄)₂] = 0,775г, откуда

n[Ca₃(PO₄)₂] = m/M = 0,775/310 = 0,0025моль, соответственно

n(нуклеотида) = 0,005моль.

Поскольку навеска m(нуклеотида) = 1,655г.

M(нуклеотида) = m/n = 1,655/0,005 = 331 г/моль.

Фрагмент В нуклеотида принадлежит к пуриновым основаниям и содержит 5 атомов азота в молекуле:

(N) =⁵^A^r⁽^N^{) ٠}^100%= ^{5 ٠}^{14 ٠}^100% = 21,15%

^M^r^{(нуклеотида) 331}

Углеводная компонента – рибоза или дезоксирибоза.

В нуклеотиде возможны четыре комбинации составляющих:

1) аденин (А) – дезоксирибоза (Д) – фосфорная кислота (Ф) (брутто-формула С₁₀Н₁₄N₅O₆P, M = 331г/моль)

2) гуанин (Г) – Д – Ф (С₁₀Н₁₄N₅O₇P, М = 347г/моль)

3) А – рибоза (Р) – Ф (С₁₀Н₁₄N₅O₇P, M = 347г/моль)

4) Г – Р – Ф (С₁₀H₁₄N₅O₈P, M = 363 г/моль)

Соединение 1, молярная масса которого М = 331г/моль, отвечает условию задачи.

Структурная формула нуклеотида:

NH₂

N N

О СН₂О – P(OH)₂ 9--D-дезоксирибозиладенин-5^/-фосфорная

H H || кислота

H H O

H ОH

2. При обработке продуктов гидролиза 3,63 г рибонуклеотида мономера РНК, содержащего 19,28% азота, избытком известковой воды выпало 1,55 г осадка. Установите структурную формулу рибонуклеотида и напишите уравнения реакций.

Решение.

Уравнение реакции гидролиза нуклеотида:

В О СН₂О – P(OH)₂ HO O CH₂OH

H H || + 2H₂O H H + H₃PO₄ + ВН

H H O H H фосфорная азотистое

X OH HO OH кислота основание

нуклеотид рибоза

Фосфорная кислота – продукт гидролиза нуклеотида – реагирует с известковой водой:

3Сa(OH)₂ + 2H₃PO₄ = Ca₃(PO₄)₂ + 6H₂O

M = 310 г/моль

n[Ca₃(PO₄)₂] = m/M = 1,55/310 = 0,005моль, соответственно

n(нуклеотида) = 0,01моль.

M(нуклеотида) = m/n = 3,63/0,01 = 363 г/моль.

Фрагмент В нуклеотида принадлежит к пуриновым основаниям и содержит 5 атомов азота в молекуле:

(N) =⁵^A^r⁽^N^{) ٠}^100%= ^{5 ٠}^{14 ٠}^100% = 19,28%

^M^r^{(нуклеотида) 363}

Г(гуанин) – Р – Ф (С₁₀H₁₄N₅O₈P, M = 363 г/моль

O

N N

NH₂

О СН₂О – P(OH)₂ 9--D-рибозилгуанил-5^/-фосфорная

H H || кислота

H H O

HO OH

3. Содержание азота в рибонуклеотиде (N) = 8,65%. Определите его структурную формулу.

Решение.

На примере задачи 1 (см. выше) видно, что наличию в составе нуклеотида пуринового основания (пяти атомов азота) соответствует (N) ≈ 20%. Так как заданная величина (N) = 8,65%, рибонуклеотид содержит пиримидиновый фрагмент.

Возможное строение нуклеотида:

1) урацил (У) – Р – Ф (С₉Н₁₂N₂O₉P, M = 324г/моль);

2) цитозин (Ц) – Р – Ф (С₉Н₁₄N₃O₈P, M = 323г/моль).

Структурная формула рибонуклеотида:

O

N

O

О СН₂О – P(OH)₂ 3--D-рибозилурацил-5^/-фосфорная

H H || кислота

H H O

HO OH

4. Фрагмент молекулы содержит 10 остатков пуриновых оснований. Этот полинуклеотид гидролизуют, хроматографическими методами выделяют отдельно пиримидиновые и пуриновые основания. Массовая доля кислорода во фракции пуринов (О) = 6,64%. Определите число остатков гетероциклических соединений (аденина, гуанина, тимина, цитозина), входящих в состав этого фрагмента и его молярную массу.

Решение.

Обозначим у – число остатков гуанина в фрагменте. Так как молекулярная формула аденина С₅Н₅N₅, а гуанина С₅Н₅N₅O, их молярные массы различаются на М(О).

Масса пуриновых оснований

m(п.о.) = 10М(А) + у ٠ M(O),

В свою очередь, из формулы

(N) =^m^{(вещества)}^٠^100%;

^m^(смеси)

^{m(п.о.) = (у ٠ M(O) ٠ 100%) : 6,64%.}

Если две величины порознь равны третьей [m(п.о.)], то они равны между собой:

10M(A) + у ٠ M(O) = [ y ٠ M(O) ٠ 100] : 6,64;

10 ٠ 135 ٠ 6,64 = 16у ٠ (100 – 6,64);

у = 6.

Итак, фрагмент содержит 6 остатков гуанина, 4 остатка аденина и, по правилу Чаргаффа, такое же число сопряжённых пиримидиновых оснований: 6 остатков цитозина и 4 остатка тимина. Молярная масса этого полинуклеотида складывается из 20 молярных масс мононуклеотидов, каждый из которых включает: М(основания) + М(дезоксирибозы) + + М(фосфорной кислоты – 2М(воды).

Зная М(тимина) = 126г/моль;

М(цитозина) = 111г/моль,

вычислим М(полинуклеотида):

М(полинуклеотида) = 6[М(гуанина) + М(цитозина)] + 4[М(аденина) + + М(тимина)] + 20М(дезоксирибозы С₅Н₁₀О₄) + 20М(H₃PO₄) – 40M(H₂O) = = 6(151 + 111) + 4(135 + 126) + 20٠134 + 20 ٠98 – 40 ٠18 = 6536г/.моль.

Ответ: М(полинуклеотида) = 6536г/моль.

5. В одном из белков содержится 0,32% серы. Определите относительную молекулярную массу данного белка, если предположить, что в молекуле содержится один атом серы.

Решение.

 =^m^{(элемента)}^٠^100%;

^M

0,32% =³²^٠^100%; М_r(белка) = 1000

^М

Ответ: M_r = 1000.

6. 1,62 г дипептида сожгли в избытке кислорода. Смесь газообразных веществ пропустили через трубку с оксидом фосфора (IV), а из полученной смеси удалили кислород и измерили объём оставшегося газа, который оказался равным 224 мл (н.у.). Масса трубки с оксидом фосфора (V) увеличилась на 0,9 г. Определите формулу дипептида, если известно, что одна из аминокислот – глицин.

Решение.

P₂O₅ + 3H₂O = 2H₃PO₄

Сa(OH)₂ + CO₂ = CaCO₃ + H₂O

Оставшийся газ азот (N₂); m(Н₂О) = 0,9г; V(N₂) = 224мл; m(CaCO₃) = 5г.

n(H₂O) = 0,9/18 = 0,05моль; n(H) = 0,1моль; m(Н) = 0,1г.

n(N₂) = 224/22400 = 0,01моль; n(N) = 0,02моль; m(N) = 0,28г.

n(CaCO₃) = 5/100 = 0,05моль; n(C) = 0,05 моль; m(C) = 0,6г.

m(O) = 1,62 – 0,1 – 0,28 – 0,6 = 0,64г.

n(O) = 0,04моль.

С : Н : N : О = 0,05 : 0,1 : 0,02 : 0,04

С : Н : N : О = 5 : 10 : 2 : 4

Это формула дипептида – С₅H₁₀N₂O₄

Если один из остатков аминокислоты глицин: NH₂ – CH₂ – COOH, то второй остаток аминокислоты – серин/

NH₂ – CH₂ – CO – NH – CH – COOH

|

CH₂OH

глицилсерин

Упражнения по теме:

«Свойства белков и углеводов».

1. Напишите формулу дипептидов, которые можно получить из аланина и серина.

Решение.

NH₂ – CH – CO – NH – CH – COOH аланилаланин

| |

CH₃ CH₃

NH₂ – CH – CO – NH – CH – COOH серилсерин

| |

СН₂ОН СН₂ОН

NH₂ – CH – CO – NH – CH – COOH аланилсерин

| |

CH₃ CH₂OH

NH₂ – CH – CO – NH – CH – COOH серилаланин

| |

СН₂ОН СН₃

2. Напишите уравнение реакции гидролиза трипептида, содержащего остатки глицина, валина, серина.

Решение.

H⁺

NH₂ – CH₂ – CO – NH – CH – CO – NH – CH – COOH + 2H₂O →

| |

CH – CH₃ CH₂OH

|

CH₃

→ NH₂ – CH₂ – COOH + NH₂ – CH – COOH + NH – CH – COOH

| |

CH – CH₃ CH₂OH

|

CH₃

3. Глюкозу получают гидролизом древесных опилок в присутствии соляной кислоты, которую в последствии нейтрализуют гидрокарбонатом натрия. Напишите уравнения реакции о которых идёт речь.

Решение.

H⁺

(С₆Н₁₀О₅)_n + nH₂O → nC₆H₁₂O₆

клетчатка глюкоза

HCl + NaHCO₃ → NaCl + H₂O + CO₂↑

4. Ценным заместителем сахара для людей, страдающих диабетом является сорбит, который можно получить из глюкозы в кислой среде (соляная кислоты)т при взаимодействии на неё цинком. Напишите уравнения соответствующих химических реакций.

Решение.

СН₂ – СН – СН – СН – СН – СОН + Н₂ → СН₂ – СН – СН – СН – СН – СН₂

| | | | | | | | | | |

OH OH OH OH OH OH OH OH OH OH OH

глюкоза сорбит

Zn + 2HCl = ZnCl₂+ H₂↑

5. Ксилит – пятиатомный спирт с холодящим сладким вкусом – заменитель сахара для больных диабетом. Составьте уравнение реакции получения ксилита из рибозы.

Решение.

СН₂ – СН – СН – СН – СОН + Н₂ → СН₂ – СН – СН – СН – СН₂

| | | | | | | | |

OH OH OH OH OH OH OH OH OH

рибоза ксилит

Тестовые задания по теме:

«Биополимеры».

1. Вещество, которое не гидролизуется -

а) целлюлоза; в) фруктоза;

б) сахароза; г) лактоза.

2. Число изомерных трипептидов, содержащих по одному остатку фенилаланина, серина, аланина –

а) 3; б) 6; в) 9; г) 12.

3. Денатурация это –

а) связывание белками молекул воды;

б) частичное и полное разрушение пространственной структуры белков при сохранении первичной структуры;

в) расщепление полипептидной цепи под действием ферментов;

г) потеря белковой молекулы электрического заряда при определённой кислотности среды.

4. Реакция, лежащая в основе усвоения белка в желудочно-кишечном тракте:

а) окисления; в) этерификации;

б) дегидратации; г) гидролиза.

Blog

Элективный курс

Содержание