Файл: Перечень вопросов для подготовки к экзамену по дисциплине Основы молекулярной биомедицины.pdf

Водные растворы аминокислот в кислой и щелочной среде проводят электрический ток.
Молекулы аминокислот существуют в виде внутренних солей, которые образуются за счет переноса протона от карбоксильной к аминогруппе.
Карбоксильная группа аминокислоты отщепляет ион водорода, который затем присоединяется к аминогруппе той же молекулы по месту неподеленной электронной пары азота. В результате действие функциональных групп нейтрализуется, образуется так называемая внутренняя соль.
Водные растворы аминокислот в зависимости от количества функциональных групп имеют нейтральную, кислую или щелочную среду.
Аминокислоты с одной карбоксильной группой и одной аминогруппой имеют нейтральную реакцию.
Аминокислоты как амфотерные соединения образуют соли как с кислотами
(по группе NH
2
), так и со щелочами (по группе СООН).
Как кислота (участвует карбоксильная группа)
Как карбоновые кислоты α-аминокислоты образуют функциональные производные: соли, сложные эфиры, амиды. а) взаимодействие с основаниями
Образуются соли б) взаимодействие со спиртами
Аминокислоты могут реагировать со спиртами в присутствии газообразного хлороводорода, превращаясь в сложный эфир. Сложные эфиры аминокислот не имеют биполярной структуры и являются летучими соединениями.
в) взаимодействие с аммиаком
Образуются амиды
Как основание (участвует аминогруппа) а) взаимодействие с сильными кислотами
Подобно аминам, аминокислоты реагируют с сильными кислотами с образованием солей аммония б) взаимодействие с азотистой кислотой
Подобно первичным аминам, аминокислоты реагируют с азотистой кислотой, при этом аминогруппа превращается в гидроксогруппу, а аминокислота – в гидроксикислоту. Измерение объёма выделившегося азота позволяет определить количество аминокислоты.
27. Функции и классификация белков
Белки можно классифицировать:
-по форме молекул (глобулярные или фибриллярные);
-по молекулярной массе (низкомолекулярные, высокомолекулярные и др.);
-по химическому строению (наличие или отсутствие небелковой части);
-по выполняемым функциям (транспортные, защитные, структурные белки и др.);

-по локализации в клетке (ядерные, цито-плазматические, лизосомальные и др.);
-по локализации в организме (белки крови, печени, сердца и др.);
-по возможности адаптивно регулировать количество данных белков: белки, синтезирующиеся с постоянной скоростью (конститутивные), и белки, синтез которых может усиливаться при воздействии факторов среды
(индуцибельные);
-по продолжительности жизни в клетке (от очень быстро обновляющихся белков, с Т
1/2
менее 1 ч, до очень медленно обновляющихся белков,
Т
1/2
которых исчисляют неделями и месяцами);
-по схожим участкам первичной структуры и родственным функциям
(семейства белков).
Классификация белков по химическому строению
1. Простые белки
Некоторые белки содержат в своём составе только полипептидные цепи, состоящие из аминокислотных остатков. Примером простых белков - гистоны; в их составе содержится много аминокислотных остатков лизина и аргинина, радикалы которых имеют положительный заряд.
2. Сложные белки
Очень многие белки, кроме полипептидных цепей, содержат в своём составе небелковую часть, присоединённую к белку слабыми или ковалентными связями. Небелковая часть может быть представлена ионами металлов, какими-либо органическими молекулами с низкой или высокой молекулярной массой. Прочно связанная с белком небелковая часть носит название простетической группы.
Простетическая группа может быть представлена веществами разной природы. Например, белки, соединённые с гемом, носят название гемопротеины. В состав гемопротеинов, кроме уже рассмотренных выше белков гемоглобинов и миоглобина, входят ферменты - цитохромы, каталаза и пероксидаза. Гем, присоединённый к разным белковым структурам, выполняет в них характерные для каждого из белков функции (например, в составе гемоглобина переносит О
2
, а в составе цитохромов - электроны).
Белки, соединённые с остатком фосфорной кислоты, называют фосфопротеинами. Фосфорные остатки присоединяются сложноэфирной связью к гидроксильным группам серина, треонина или тирозина при участии ферментов, называемых протеинкиназами.
В состав белков часто входят углеводные остатки, придающие белкам дополнительную специфичность и часто уменьшающие скорость их ферментативного протеолиза. Такие белки носят название гликопротеинов.
Многие белки крови, а также рецепторные белки клеточной поверхности относят к гликопротеинам.
Белки, функционирующие в комплексе с липидами, называют липопротеинами, а в комплексе с металлами - металлопротеинами.
Сложный белок, состоящий из белковой части (апопротеин) и небелковой части (простетическая группа), называют "холопротеин".

Классификация белков по функциям
1. Ферменты - специализированные белки, ускоряющие течение химических реакций. Благодаря ферментам в клетке скорости химических реакций возрастают в миллионы раз. Так как ферменты, как и любые белки, имеют активный центр, они специфически связывают определённый лиганд (или группу похожих лигандов) и катализируют определённый тип химического превращения данной молекулы. Например, протеолитический фермент трипсин разрушает в белках пептидные связи, образованные карбоксильной группой основных аминокислот - аргинина или лизина. Фермент рибонуклеаза расщепляет фосфоэфирную связь между нуклеотидами в полинуклеотидной цепи.
2. Регуляторные белки - большую группу белковых гормонов, участвующих в поддержании постоянства внутренней среды организма, которые воздействуют на специфические клетки-мишени. Например, гормон инсулин выделяется в кровь при повышении концентрации глюкозы в крови после еды и, стимулируя использование глюкозы клетками, снижает концентрацию глюкозы до нормы, т.е. восстанавливает гомеостаз.
Кроме того, к регуляторным относят белки, присоединение которых к другим белкам или иным структурам клетки регулирует их функцию. Например, белок кальмодулин в комплексе с четырьмя ионами Са
2+
может присоединяться к некоторым ферментам, меняя их активность.
Регуляторные ДНК-связывающие белки, присоединяясь в определённые моменты к специфичным участкам ДНК, могут регулировать скорость считывания генетической информации.
3. Рецепторные белки Сигнальные молекулы (гормоны, нейромедиаторы) действуют на внутриклеточные процессы через взаимодействие со специфическими белками-рецепторами. Так, гормоны, циркулирующие в крови, находят клетки-мишени и воздействуют на них, специфично связываясь с белками-рецепторами, обычно встроенными в клеточную мембрану. Для гидрофобных регуляторных молекул, проходящих через клеточную мембрану, рецепторы локализуются в цитоплазме клеток.
4. Транспортные белки Многие белки крови участвуют в переносе специфических лигандов из одного органа к другому. Часто в комплексе с белками переносятся молекулы, плохо растворимые в воде. Так, белок плазмы крови альбумин переносит жирные кислоты и билирубин (продукт распада тема), а гемоглобин эритроцитов участвует в переносе О
2
от лёгких к тканям.
Стероидные гормоны переносятся в крови специфическими транспортными белками.
Транспортные белки участвуют также в переносе гидрофильных веществ через гидрофобные мембраны. Так как транспортные белки обладают свойством специфичности взаимодействия с лигандами, их набор в клеточной мембране определяет, какие гидрофильные молекулы могут пройти в данную клетку. С помощью белков-переносчиков в клетку проникают глюкоза, аминокислоты, ионы и другие молекулы.

5. Структурные белки Некоторые белки, расположенные определённым образом в тканях, придают им форму, создают опору, определяют механические свойства данной ткани. Например, как уже говорилось выше, главным компонентом хрящей и сухожилий является фибриллярный белок коллаген, имеющий высокую прочность. Другой структурный белок (эластин) благодаря своему уникальному строению обеспечивает определённым тканям свойство растягиваться во всех направлениях (сосуды, лёгкие).
6. Защитные белки Некоторые белки, в частности иммуноглобулины, обладают способностью узнавать и связывать чужеродные молекулы, вирусные частицы и бактерии, в результате чего происходит их нейтрализация.
Кроме того, комплекс чужеродной частицы с иммуноглобулином легко узнаётся и уничтожается клетками иммунной системы.
Защитными свойствами обладают белки свёртывающей системы крови, например фибриноген, тромбин. Они участвуют в формировании тромба, который закупоривает повреждённый сосуд и препятствует потере крови.
7. Сократительные белки Некоторые белки при выполнении своих функций наделяют клетку способностью либо сокращаться, либо передвигаться. К таким белкам относят актин и миозин - фибриллярные белки, участвующие в сокращении скелетных мышц. Другой пример таких белков - тубулин, из которого построены клеточные органеллы - микротрубочки. Микротрубочки в период деления клетки регулируют расхождение хроматид. Микротрубочки
- важные элементы ресничек и жгутиков, с помощью которых клетки передвигаются.
28. Строение белков, уровни организации белковой молекулы
Белки — природные высокомолекулярные органические вещества
(полимеры), состоящие из остатков альфа-аминокислот, соединенных в цепочку пептидной связью.
В состав белков обязательно входят четыре химических элемента:углерод, водород, кислород и азот.
Выделяют
4 уровня структурной организации белков:
-первичная структура - последовательность аминокислот в полипептидной цепи;
-вторичная структура - пространственная укладка атомов главной цепи;
-третичная структура - распределение в пространстве всех атомов и молекул белковой глобулы; -четвертичная структура - размещение в пространстве самих глобул.

29. Классификация гетерофункциональных соединений.
Гетерофункциональные соединения содержат в молекуле две и более различных функциональных групп. Эти соединения являются биологически важными соединениями, участниками многих процессов, происходящих в живых организмах, а также лекарственными препаратами.
Из соединений с двумя различными функциональными группами в природных объектах широко представлены аминоспирты, гидрокси-, амино- и оксокислоты.
Аминоспирты содержат ОН и NH
2
группы, например,
2-аминоэтанол
(коламин), входит в состав фосфолипидов.
Гидроксикислоты (оксикислоты) содержат ОН и СООН группы, например,
2-гидроксипропановая (молочная) кислота. Образуется в процессе анаэробного гликолиза.
Оксокислоты (кетокислоты) содержат С=О и СООН группы. Например,
2-оксопропановая
(пировиноградная) кислота.
Пировиноградная кислота образуется при окислении молочной кислоты, является промежуточным продуктом обмена углеводов.
Аминокислоты содержат NH
2
и COOH группы. Например,
2-аминопропановая кислота (аланин). Аланин входит в состав пептидов и белков.

Ацилированием холина получают ацитилхолин (холинацетат), который является мощным медиатором в передаче нервных импульсов. Выделяется окончаниями нервных клеток.
Простейшим аминоспиртом является 2-аминоэтанол (этаноламин) НО-СН2-
СН2-NH2 с тривиальным названием КОЛАМИН. Входит в состав фосфолипидов тканей животных (кефалинов).
Для аминоспиртов характерны реакции как спиртов, так и аминов, однако в случае близкого расположения амминной и гидроксильной группы из-за взаимного влияния их реакционная способность несколько понижена.
Аминоспиртами называют соединения, содержащие в молекуле одновременно амино- и гидроксигруппы.
Эти две функциональные группы непрочно удерживаются у одного атома углерода, в результате чего происходит отщепление аммиака или воды.
Простейшим представителем аминоспиртов является 2-аминоэтанол - соединение, в котором обе группы расположены у соседних атомов углерода.
2-Аминоэтанол (тривиальное название коламин) является структурным компонентом сложных липидов – фосфатидилэтаноламинов.
С сильными кислотами 2-аминоэтанол образует устойчивые соли.
Важная роль в организме принадлежит аминоспиртам, содержащим в качестве структурного фрагмента остаток пирокатехина. Они носят общее название катехоламинов. К этой группе относятся представители образующихся в организме биогенных аминов. К катехоламинам принадлежат дофамин, норадреналин и адреналин, выполняющие, как и ацетилхолин, роль нейромедиаторов. Адреналин участвует в регуляции сердечной деятельности, при физиологических стрессах он выделяется в кровь («гормон страха»).
31. Аминофенолы, свойства, строение.
Аминофенолы - это соединения, содержащие две функциональные гр. –ОН и
–NН
2
в положениях: о-, м-, п-.
Аминофенолы синтезируют омылением 2-нитрохлорбензола р-ром NaOH с послед. восстановлением о-нитрофенола водородом. Применяют аминофенолы в произ-ве сернистых и азокрасителей. Кроме того, n аминофенол и его производные, напр. метол, глицин, амидол, а также о- аминофенол,-проявители в фотографии, n- и о-аминофенолы-промежут. продукты для крашения меха в коричневый цвет. N-Метильное производное - о-аминофенола- краситель для волос (коричневый цвет), м -аминофенол- промежут. продукт в произ-ве n-аминосалициловой к-ты.

32. Гидроксикислоты, реакционная способность, строение.
Гидроксикислоты – органические соединения, содержащие в молекуле 2 функциональные группы: –ОН (гидроксильную) и –СООН (карбоксильную).
В зависимости от количества карбоксильных групп различают одно-, двух-, трех- и многоосновные кислоты; по количеству гидроксильных групп
(включая гидроксильную группу, входящую в карбоксил) – двух, трех- и многоатомные гидроксикислоты.
По строению углеводородного радикала гидроксикислоты делятся на алифатические
(насыщенные и ненасыщенные), ароматические, гетероциклические.
Структурная изомерия определяется строением углеводородного радикала, положением функциональных групп и их взаимным расположением.
Различают α-, β–, γ– и т.д. гидроксикислоты:
Для гидроксикислот, содержащих хотя бы один асимметрический атом углерода (С
*
), характерна оптическая изомерия.
Атом углерода является асимметрическим, если он связан с четырьмя различными заместителями:

Оптические изомеры, у которых предпоследний гидроксил расположен справа, называют D-конфигурацией, слева – L-конфигурацией:
Кислотно-основные свойства. В гетерофункциональных соединениях в зависимости от природы функциональных групп и их местоположения в молекуле возможно усиление или наоборот ослабление некоторых свойств, характерных для монофункциональных соединений. Например, кислотность гидроксикислот выше, чем незамещенных кислот. У альфа-гидроксикислот функциональные группы близки, но внутримолекулярного взаимодействия между ними не происходит из-за неустойчивости трехчленных циклов, которые могли бы при этом образоваться.
При нагревании альфа-гидроксикислот претерпевают межмолекулярную циклизацию с образованием продуктов, называемых лактидами. Лактиды содержат две сложноэфирные группы:
Лактиды, являясь сложными эфирами, в условиях кислотного или основного катализа способны гидролизоваться с образованием исходных гидроксикислот.
Особое свойство альфа-гидроксикислот заключается в их способности разлагаться при нагревании в присутствии минеральных кислот с образованием карбонильных соединений и муравьиной кислоты:
Бета-гидроксикислоты. У них протекает реакция элиминирования молекулы воды с образованием альфа,бета-ненасыщенных кислот:
R-CH(X)-CH
2
-COOH R-CH=CH-COOH
Реакции элиминирования протекают в мягких условиях. Это объясняется высокой протонной подвижностью альфа-атома водорода, обусловленной электронным влиянием двух электронно-акцепторных групп (Х и СООН).
Гамма-гидроксикислоты.
Они при нагревании подвергаются внутримолекулярной циклизации.
Из гидроксикислот образуются