Студопедия

Главная страница Случайная страница

КАТЕГОРИИ:

АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника






Химия и жизнь




Задача 1 (автор Гарифуллин Б. С.)

1. Молекулярная масса тирозина (C9H11NO3) составляет 181 г/моль. Однако использовать ее в расчетах нельзя, так как в состав тиреоглобулина входит не свободная аминокислота, а ее остаток, образующийся при формировании пептидных связей, то есть нужно вычесть массу одной молекулы воды. Следовательно, на один остаток тирозина приходится 163 г/моль, поэтому:

2. Как уже говорилось в условии, единственным источником иода для щитовидной железы может быть иодид-ион I, который ею аккумулируется для последующего синтеза гормонов. Поэтому протекает следующая реакция:

I + H2O2 + 2H+ → I+ + 2H2O

3. Рассчитаем состав Т4:

Нетто-формула – С15Н11I4NO4, причем она совпадает с истинной, так как формально тироксин образуется после четырех реакций иодирования. Также можно заметить, что индекс 3 в обозначение трииодтиронина – Т3 обозначает число атомов иода в молекуле; по аналогии, Т4 содержит четыре атома иода.

Так как тироксин является α-аминокислотой, то он должен содержать группу –СH2–CH(NH2)–COOH, то есть C3H6NO2. Наличие интактной (немодифицированной) метиленовой группы можно предположить из-за крайне выраженных стерических препятствий для взаимодействия с крупной функциональной группой на этапе трансферазной реакции (реакции синтеза идут в белке!). Остаток – С12Н5I4O2. С учетом схемы синтеза Т4, все 12 атомов углерода должны находиться в составе двух бензольных фрагментов. При этом на остаток С12Н5I4O2 приходится три типа атомов водорода и 2 типа атомов иода.

Рассмотрим реакции иодирования остатков тирозина. Понятно, что иодирование протекает по бензольному кольцу с образованием в конечном итоге остатка аминокислоты Y – дииодтиронина. Теоретически возможны четыре продукта иодирования:

Варианты Y3 иY4 при соединении двух таких фрагментов дают большее, чем требуется для Т4 число типов атомов водорода и иода. Остаются варианты Y1 и Y2, которые с учетом симметрии молекулы и наличия одной фенольной группы предполагают возможность следующих структур Т4:

Так как тироксин является субстратом 5'-деиодиназы, и нумерация атомов углерода нижнего бензольного кольца начинается с атома, соединенного с кислородом, который связывает два кольца, то единственно верными вариантами являются структуры Y1 и (T4)1. Стереохимия определяется тем, что все аминокислоты, участвующие в построении белков являются L-изомерами (в том числе тирозин), а пептидная цепь Tgb в ходе синтеза аминокислотных остатков гормонов остается интактной.

4. Последней реакцией синтеза свободного Т4 (в виде аминокислоты, а не ее остатка) является реакция гидролиза обеих пептидных связей, формируемых аминогруппой и карбоксильной группой Т4 в составе тиреоглобулина:



5. Возможны два продукта монодеиодирования тироксина:

Однако только А1 может образовываться при переносе фрагмента соединения X на аминокислотный остаток Y в составе Tgb (для А2 все ровно наоборот – оно образуется при переносе фрагмента Y на аминокислотный остаток X). Для специалистов по номенклатуре подсказкой опять может служить название фермента 5'-деиодиназы.

6. Рассчитаем состав соединения Z. Соотношение атомов иода и углерода для него составляет:

Тем самым, по сравнению с тироксином, Z содержит на один атом углерода и три атома иода меньше. Остаток (за вычетом иода и углерода) имеет молекулярную массу 60 г/моль. Нетрудно видеть, что имеется только одно осмысленное решение неопределенного уравнения

14·k + 16·m + 1·n = 60.

Это k=1, m=2, n=14.

Отсюда формула Z – С14Н14INO2.

Тремя этапами образования Z из Т3 служат две реакции деиодирования (формально замена 2I на 2Н) и декарбоксилирования (–СО2). Поэтому возможны две структуры Z:

7. Проникать через цитоплазматическую мембрану пептидные гормоны не могут вследствие своих размеров (для кальцитонина – 32 аминокислотных остатка) и гидрофильности, поэтому они опосредуют свое действие, связываясь с рецепторами, расположенными в мембране. Тироксин и трииодтиронин относительно небольшие молекулы, обладающие достаточной липофильностью, чтобы проходить через внешнюю мембрану и достигать рецепторов, находящихся внутри клетки.

 

Система оценивания



1.2 балла при расчете на остаток тирозина, в случае расчета на тирозин – 1 балл

2. 2 балла

3. 7 баллов: 4 балла за Y, 2 балла за тироксин, 1 балл за стереохимию

4. 2 балла

5. 5 баллов

6. 5 баллов

7. 2 балла

Итого 25 баллов

Задача 2 (автор Бачева А. В.)

1) Вещество Х, получающееся при превращении пирофосфата, это H3PO4, фосфорная кислота

Схема реакции фосфорной кислоты с молибденовой жидкостью:

H3PO4 + (NH4)6Mo7O24 → (NH4)3[P(OMo3O9)4]x2H2O↓ или (NH4)3[PMo12O40]x2H2O

2) Вещество А – аминокислота, ее общая формула в незаряженном виде NH2–CHR–COOH. В водном растворе при нейтральных значениях рН формула аминокислоты выглядит следующим образом: NH3+–CHR–COO

Схема реакции получения аминокислоты аминолизом альфа-галоид-карбоновых кислот в водном растворе:

3) В реакции (1) участвует карбоксильная группа аминокислоты, затем в реакции (2) участвует гидроксильная группа тРНК и в реакции (3) аминогруппа одной аминоацил-тРНК атакует карбонильный углерод другой аминоацил-тРНК.

4) В реакции (1) получается смешанный ангидрид, затем в реакции (2) получается сложный эфир, и в реакции (3) – амид (пептид).

В реакции (1) карбоксильная группа аминокислоты реагирует с первой (альфа) пирофосфатной связью в АТФ, образуя смешанный ангидрид, который называется аминоациладенилат и пирофосфат:

 

Эту реакцию «активации» аминокислоты катализирует фермент, который называется аминоацил-тРНК-синтетаза.

 

 

В реакции 2 свободная 3’-гидроксильная группа рибозы последнего нуклеотида тРНК атакует карбонильный атом аминоациладенилата, «активированной» аминокислоты. В результате получается аминоацил-тРНК и АМР.

Поскольку в реакции участвует только гидроксильная группа рибозы последнего рибонуклеотида, то достаточно изобразить только эту рибозу, указав, куда продолжается сахарофосфатный остов молекулы тРНК. Полученная таким образом аминоацил-тРНК транспортирует аминокислоту в рибосому.

 

Реакция 3, которая происходит уже на рибосоме, заключается в атаке аминогруппой второй аминокислоты по карбонильному углероду первой аминокислоты:

 

Таким образом, N- концевая аминогруппа синтезирующегося белка остается нетронутой, и растущим является С-конец белковой молекулы.

5) Гетероциклические основания тРНК нужны для 1) формирования структуры РНК и 2) для комплементарного взаимодействия участка из трех нуклеотидов тРНК, который называется антикодон, с тремя нуклеотидами мРНК (кодоном); при этом выбирается, какая аминокислота будет встроена в пептидную цепь.

6) Рассчитаем количество аминокислот, входящих в состав пепсиногена:

40400/110 = 367 аминокислот.

Поскольку известно, что одну аминокислоту кодирует так называемый кодон, состоящий из трех нуклеотидов, то длина мРНК составляет

367·3 = 1101 нуклеотид, 1101·0,34 = 374,34 нм. То есть почти полмикрона!

Зная скорость синтеза, можно посчитать время, за которое идет синтез пепсиногена на рибосоме: 1101нуклеотид/20 нукл/сек = 55,05 секунд.

Таким образом, клетке требуется примерно одна минута, чтобы синтезировать средний по размеру белок.

7) Фермент 1 – синтаза, катализирует образование новых связей с использованием АТР. Этот фермент называется аминоацил-тРНК-синтетаза. Можно также сказать, что фермент 1 каждый раз (реакции 1 и в реакции 2) работает как трансфераза, но суммарно он конечно синтетаза, катализирующая образование сложноэфирной связи за счет энергии гидролиза АТР. Фермент 2 – гидролаза, катализирует гидролиз пирофосфата. Этот фермент называется пирофосфатаза. Он необходим, чтобы сдвигать равновесие реакции (1), убирая один из ее продуктов. Рибосома в данном случае выступает как трансфераза, катализируя перенос аминокислоты с аминоацил-тРНК1 на аминоацил-тРНК2.

 

Система оценивания:

1. Вещество Х – 1 балл, схема реакции – 1 балл, всего 2 балла.

2. Название вещества А – 1 балл, общая формула в незаряженном виде 1 балл, общая формула в водном растворе при нейтральных значениях рН – 1 балл, схема реакции – 1 балл, всего 4 балла

3. По 1 баллу за каждую правильно указанную реагирующую группу, всего 3 балла

4. Всего 7 баллов, по 1 баллу за каждую стадию и за каждый класс соединений. И 1 балл за растущий С-конец белка.

5. 1 балл если указано только участие оснований в формировании структуры либо только участие в кодон-антикодоновом взаимодействии, и 2 балла, если указано и то и другое.

6. Правильный расчет 4 балла. Правильно рассчитанное число аминокислот в белке – 1 балл, правильно рассчитанное число нуклеотидов мРНК - 1 балл, правильно рассчитанная длина мРНК – 1 балл, правильно рассчитанное время – 1 балл.

7. По 1 баллу за каждый класс ферментов, всего 3 балла.

Итого 25 баллов.


mylektsii.ru - Мои Лекции - 2015-2018 год. (0.013 сек.)Пожаловаться на материал