Элективный курс: «Химия и медицина»
|
|
Скачать 1.02 Mb.
|
|
Класс белков. |
|
Задание 6. В фармацевтической промышленности часто используют глицерин.
СН2 = СН – С = О → СН2 = СН – СН2ОН → СН2 – СН – СН2  | | | |H OH OH OH  С  3Н8 → С3Н6CH2 = CH – CHCl → CH2 = CH – CH2OH → CH2 – CH – CH2 | | | Cl OH OH
СН4 → Н – С = О → С6Н12О6 → СН2 – СН – СН2 | | | | H OH OH OH Задание 7. Салицилат натрия (2-оксибензоат натрия) – жаропонижающее средство. Предложите схему получения салицилата натрия из метана, используя необходимые реактивы и катализаторы. Ответ: С   Н3Cl CH3 COOH COOH   | | SO3H | SO3H / /СН4 → СН ≡ СН → → → → → COOH COONa | OH | ONa / /→ → Задание 8. Фениловый эфир уксусной кислоты широко применяют для получения неотропных средств, улучшающих работу ЦНС. Предложите схему получения фенилового эфира уксусной кислоты исходя из уксусной кислоты. Ответ: СН3 – СООН → C2H5OH → С2H4 → BrCH2 – CH2Br → CH ≡ CH → Br OH ONa O – C – CH3 / / / / ||→  → → → → OC  H3 – COOH → CH3 – C = O| Cl Задание 9. Анилин является основой лекарственного препарата новокаина (обезболивающее средство). Предложите схему получения анилина и 2,4,6-триброманилин из уксусного альдегида. Ответ: СН3 – С = О → C2H5OH → CH2 = CH2 → BrCH2 – CH2Br → CH ≡ CH → | H NH2 NO2 NH2 Br | Br/ / \ /→ → → → | Br Задание 10. Уротропин применяют для лечения менингита и заболеваний глаз. Предложите схему получения уротропина из синтез газа и аммиака. Ответ: СО + Н2 → СН3ОН → Н – С = О → (CH2)6N4 | H Задание 11. Третбутилбензол используют для получения соединений группы антиоксидантов (противовоспалительные препараты). Предложите схему получения третбутилбензола из метана наиболее коротким путём. Ответ:   С  Н ≡ СNa ← CH ≡ CH ← CH4 → CH ≡ CH → CH3 ↓ |CH3Br CH3 – C – CH3 C H ≡ C – CH3 ↓ | CH3MgBr↓ CH3 CH3 | | CH3 – C – CH3 CH3 – C – OMgBr → CH3 – C – OH || | | O CH3 CH3 II блок. Макромолекулы жизни. Лекция на тему: «Биополимеры». На протяжении многих веков учёные пытались понять: что есть жизнь? Шло время, одна эпоха сменяла другую, философы и естествоиспытатели ломали копья в спорах. И хотя наши знания о мире существенно расширялись, но этот вопрос по - прежнему остаётся открытым. Сточки зрения химика, всё просто: вещество - и живое, и неживое – состоит из разных по размеру и составу молекул, а молекулы, в свою очередь, - из атомов. Если и то и другое состоит из обыкновенных молекул, почему по строению и свойствам живое и неживое столь не похожи друг на друга? Где же та невидимая грань, что отделяет живое от неживого? Сотни миллионов лет назад природа успешно её преодолела. А человеку ещё предстоит найти ключ к разгадке тайны жизни. Во второй половине 20 века удалось совершить гигантский рывок в этом направлении: были синтезированы сложные молекулы - некоторые белки и даже участки молекул ДНК – гены. Органические соединения, входящие в состав живого, удивительно разнообразны по химической природе. Эти молекулы принято называть биополимеры. Даже в простейших одноклеточных существах – бактериях содержится огромное количество самых разных молекул – простых, таких как вода, более сложных, наподобие глюкозы и, наконец, состоящих из десятков и сотен тысяч атомов Большинство биополимеров можно сгруппировать в несколько классов: белки, нуклеиновые кислоты, углеводы. Одноклеточный организм - кишечная палочка содержит, примерно, 3тыс. видов белков и около 1 тыс. видов нуклеиновых кислот. В организме человека белков около 5млн. Своим бесконечным многообразием всё живое обязано именно уникальным молекулам белка, и иные формы жизни во Вселенной науке пока неизвестно. Белки или протеины (от греч. «протос» - «первый») – это природные органические соединения, которые обеспечивают все жизненные процессы любого организма. При длительном кипячении белков в присутствии кислот или щелочей белковые цепи распадаются на составляющие их молекулы, называемые аминокислотами. В каждой молекуле аминокислоты есть атом углерода, связанный с четырьмя заместителями. Один из них – атом водорода, второй – карбоксильная группа –СООН. Третий заместитель – аминогруппа – NН2, и, наконец, четвёртый заместитель – группа атомов, которую обозначают – R. У всех аминокислот –R группы разные, и каждая из них играет свою, очень важную роль. Природные аминокислоты, входящие в состав белка, называют - аминокислотами. Число - аминокислот, различающихся – R группой, велико, но в белках встречаются всего 20. (Таблица: «Классы аминокислот»). В зависимости от взаимного расположения четырёх заместителей, аминокислота может существовать в двух формах, которые отличаются друг от друга, как предмет от своего зеркального отражения или как правая рука от левой. Такие соединения получили название хиральных (от греч. «хир» - «рука»). Хиральные молекулы открыл французский учёный Луи Пастер. Два типа оптических изомеров получили названия: D – форма (правый) и L – форма (левый) изомер. В состав белков входят только L –аминокислоты, и вся белковая жизнь на Земле – «левая». Полимерная молекула белка образуется при соединении в длинную цепочку - аминокислот, которые соединяются химическими связями. Эти связи образуются благодаря имеющимся у всех аминокислот амино – и карбоксильных групп. ( Таблица: «Образование трипептида из аминокислот»). Образующиеся в результате такой реакции соединения называются пептидами: ( - СО – NН - ) - группировка в них – это пептидная группировка, а связь между углеродом и азотом – пептидная связь. Полипептидное строение белковой молекулы доказал в 1902 году немецкий химик Эмиль Герман Фишер. Общее число аминокислотных остатков в белковой молекуле изменяется в очень широких пределах. Так, человеческий инсулин состоит из 51 аминокислотного остатка, а лизоцим молока кормящей матери – из 130. В гемоглобине человека 4 аминокислотные цепочки, каждая из которых построена из 140 аминокислот. Существуют белки, имеющие почти 3тыс. аминокислотных остатков в единой цепи. Молекулярная масса белков лежит в диапазоне от 11тыс, для малых белков, состоящих из 100 аминокислотных остатков, до 1млн. и более для белков сочень длинными полипептидными цепями. Возникает вопрос: как же всё огромное многообразие белков с различными функциями и свойствами может быть создано всего из 20 аминокислот? А разгадка этого секрета природы проста - каждый белок имеет свой неповторимый аминокислотный состав и уникальный порядок соединения аминокислот, называемый первичной структурой белка. В начале 50-х гг. 20в. американские химики Л.К. Полинг и Р. Кори доказали экспериментально, что полипептидные цепи образуют спираль закрученную в правую сторону. Это первый самый низкий уровень пространственной организации белковых цепочек. Такую спираль в целом стабилизируют водородные связи, которые образуются между группами атомов - СО – и – NН – аминокислотных остатков. (Таблица: «Вторичная структура белковой молекулы»).Позднее выяснилось, что - спираль – не единственный способ укладки аминокислотных цепочек. Помимо спирали они образуют ещё и слои. Благодаря всё тем же водородным связям между группами – СО - и - NН - друг с другом могут «слипаться» сразу несколько разных фрагментов одной полипептидной цепи. В результате получается целый слой – его назвали - слоем. Вторичная структура белка представляет собой - спираль и - слои полипептидной цепи. Для того чтобы получить полный «портрет» молекулы белка, знания первичной и вторичной структуры недостаточно. Все спирали и слои каким-то образом размещены в пространстве. Общая пространственная структура полипептидной цепи называется третичной структурой белка. При образовании этой структуры белка проявляют активность R – группы -боковые цепи аминокислот. В живом организме белки всегда находятся в водной среде. А самое большое число основных аминокислот – восемь содержат неполярные R – группы. Белок стремится спрятать внутрь своей молекулы неполярные боковые цепи, чтобы ограничить их контакт с водой. Учёные называют это возникновением гидрофобных взаимодействий. Благодаря гидрофобным взаимодействиям вся полипептидная цепочка принимает определённую форму в пространстве, т.е. образует третичную структуру. Часть боковых цепей заряжены отрицательно, а часть положительно, между этими участками возникают силы электростатического притяжения (возникают солевые мостики). Это ещё одна возможная сила, стабилизирующая третичную структуру. Между двумя аминокислотными остатками цистеина иногда образуются ковалентные связи (-S – S -), которые очень прочно фиксируют расположение разных участков белковой цепи по отношению друг к другу. Такие связи называют дисульфидными мостиками. Молекула белка может состоять не из одной, а из нескольких полимерных цепей. Каждая такая цепь представляет собой самостоятельную структуру – субъединицу. Например, белок гемоглобин состоит из четырёх субъединиц, которые образуют единую молекулу. Субъединицы притягивают друг друга благодаря гидрофобным взаимодействиям, солевым мостикам и водородным связям. Если белок состоит из нескольких субъединиц, говорят, что он обладает четвертичной структурой. Такая структура представляет высший уровень организации белковой молекулы. Приблизительно половина из известных на сегодняшний день белков четвертичной структуры не имеют. Биологическая роль белков.
В бесконечном мире органических веществ есть соединения, о которых можно сказать, что они состоят из углерода и воды, т.е. имеют формулу Сn(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 CH2OHH H || + 2H2O H H + H3PO4 + ВН  H H O H H фосфорная азотистоеX 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) = 5Ar(N) ٠ 100% = 5 ٠ 14 ٠ 100% = 21,15% Mr(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  N NО СН2О – P(OH)2 9--D-дезоксирибозиладенин-5/-фосфорнаяH H || кислота H H OH 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 CH2OHH H || + 2H2O H H + H3PO4 + ВН H H O H H фосфорная азотистоеX 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) = 5Ar(N) ٠ 100% = 5 ٠ 14 ٠ 100% = 19,28% Mr(нуклеотида) 363 Г(гуанин) – Р – Ф (С10H14N5O8P, M = 363 г/моль O   HNN N NNH2 О СН2О – P(OH)2 9--D-рибозилгуанил-5/-фосфорнаяH H || кислота H H OHO 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  НN NO О СН2О – P(OH)2 3--D-рибозилурацил-5/-фосфорнаяH H || кислота H H OHO 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. |
Ваша оценка этого документа будет первой.
Ваша оценка:
Похожие:
База данных защищена авторским правом ©MedZnate 2000-2016
allo, dekanat, ansya, kenam
обратиться к администрации | правообладателям | пользователям
allo, dekanat, ansya, kenam
обратиться к администрации | правообладателям | пользователям