![]() Главная страница Случайная страница КАТЕГОРИИ: АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника |
Химия и жизнь ⇐ ПредыдущаяСтр 5 из 5
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 и Y4 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.
|