А.Д. МИКИТЮК
гимназия No 1567, г. Москва

Окончание. См. No 35, 36/2000

Макромолекулы в биохимии

17. Рассчитаем число атомов n азота в молекуле пептида А с молекулярной массой М(А) = 279 и массовой долей азота C(N) = 15%. Массовая доля азота в пептиде определяется соотношением: С(N) = nхM(N)х100% /M(A), поэтому n = (15%х279)/(14х100%) = 3. При частичном гидролизе пептида образуются соединения В и С, при этом одно из них, например В, содержит два атома азота, а другое (С) – один. Суммарная молекулярная масса В и С равна массе пептида А плюс М(Н₂О) в соответствии с уравнением гидролиза:

Второй атом азота, входящий в состав радикала R соединения В, может быть как аминным –NH₂, так и амидным –NH–C(О)–, т.е. В может быть либо диаминокислотой, либо дипептидом моноаминокислот В₁ и В₂. В последнем случае пептид А состоит из трех аминокислот, молекулярные массы которых связаны соотношением: М(В₁) + М(В₂) + М(С) = М(А) + 2М(Н₂О).

Располагая значениями молекулярных масс некоторых аминокислот, попробуем подобрать конкретные примеры:

Первый случай: В – диаминокислота, С – моноаминокислота. Подставляя числовые значения в выражение (*), получим: М(В) + М(С) = 297. Этому соотношению удовлетворяют аминокислоты орнитин и фенилаланин: 132 + 165 = 297.

Второй случай: вещества В₁, В₂ и С – моноаминокислоты. Тогда уравнение (*) выглядит так: М(В₁) + М(В₂) + M(C) = 279 + 2х18 = 315. Здесь подходит набор аминокислот: В₁ и В₂ – глицин, С – фенилаланин: 75 + 75 + 165 = 315.

Итак, возможные структурные формулы веществ А, В и С:

18. Общая молекулярная формула гомологического ряда глицина: C_n+1H_2n+3NO₂ или RCH(NH₂)СOOН, где R = C_nH_2n+1. Структурная формула гомолога с 5 атомами углерода и 11 атомами водорода в молекуле: СН₃СН₂СН₂СН(NН₂)СOOН.

19. Структурные формулы - и -аминокислот:

20. Дипептидами с 18 углеродными атомами в цепи будут: фенилаланил-фенилаланин, тирозил-тирозин, фенилаланил-тирозин. Приведем структурную формулу последнего:

21. Гидролиз (расщепление под действием воды) белков протекает в кислой, щелочной, а в присутствии ферментов и в нейтральной среде.

В щелочной среде направлением атаки нуклеофильной частицы ОН– служит карбонильный углерод, имеющий частичный положительный заряд:

В кислой среде происходит протонирование карбонильного кислорода амида с одновременным присоединением воды к амидному углероду, что опять же вызывает разрыв пептидной связи:

22. Рибонуклеотид состоит из трех компонентов: рибозы, пуринового или пиримидинового основания и фосфорной кислоты. Единственным неизвестным в задаче является гетероциклическое основание, которое в рибонуклеотиде может быть урацилом, цитозином, аденином или тимином.
Подобно решению упражнения 17 можно определить число атомов азота в нуклеотиде, откуда становится известным гетероцикл, а с ним и весь рибонуклеотид.

Другой способ – последовательная подстановка каждого гетероцикла в качестве основания в рибонуклеотиде и оценка содержания азота в нем. Воспользуемся этим способом. Пусть гетероцикл – урацил, тогда формула рибонуклеотида:

уридин-5'-монофосфат (5'-уридиловая кислота)

Молекулярная масса уридиловой кислоты М(C₉H₁₃N₂O₉P) = 324. Массовая доля азота: С(N) = nхМ(N)х100% / М(уридиловой кислоты) = 2х4х100% /324 = 8,65%.

Мы получили соответствие условию задачи. Рибонуклеотиды, содержащие другой гетероцикл: цитозин (3 атома азота в молекуле), аденин или гуанин (по 5 атомов N в молекуле), характеризуются более высоким значением С(N).

23.

а) Рибонуклеозид с наименьшим числом атомов азота в молекуле (2N) – уридин:

б) Рибонуклеозид с наибольшим числом атомов кислорода в молекуле (6О) – уридин, с наименьшим (4О) – аденозин.

24. Производные пиримидина, входящие в состав нуклеиновых кислот:

25. Мономерным звеном РНК является рибонуклеотид (см. ответ на вопрос 22), построенный из остатка рибозы, присоединенного к ней в положении С-1’ азотистого основания (урацила, цитозина, аденина или гуанина) и фосфорной кислоты в положении С-3’ или С-5’. Пример:

рибонуклеотид цитидин-3'-монофосфат

рибонуклеотид 5'-гуаниловая кислота