Пуриновые основания . Пуриновые нуклеотиды.

- природные соединения, производные пурина. К пуриновым основаниям относятся аденин (6-аминопурин), гуанин (2-амино-6-оксипурин), которые входят в состав нуклеиновых кислот; продукт азотистого обмена — мочевая кислота; лекарственные вещества — кофеин, теобромин. Пуриновых оснований обычно больше, чем пиримидиновых. В нуклеиновых кислотах пуриновые и пиримидиновые основания осуществляют кодирование генетической информации и её реализацию в процессе биосинтеза белка. В биоэнергетике важную роль играют нуклеотиды, содержащие аденин: аденозинтрифосфорная кислота (АТФ) — универсальный участник обмена энергии в живых клетках. АТФ аденозинтрифосфат

 

Пурин

Аденин

Гуанин      

 

 

57. Нуклеозиды и нукпеотиды.

Нуклеотид – основная структурная единица нуклеиновых кислот, их мономерное звено.

Нуклеотид состоит из:

1. Азотистого основания (производные пурина – аденин и гуанин, производные пиримидина – урацил, тимин, цитозин)

2. Пятиуглеродного сахара (пентозы) – рибозы или дезоксирибозы

3. Остатка фосфорной кислоты

В молекуле аденозин-5-монофосфата (АМФ) молекула рибозы связана с атомом азота имидазольного цикла через первый атом углерода N-гликозидной связью, а с остатком фосфорной кислоты – через пятый атом углерода сложноэфирной связью.

Нуклеозиды образуются при отщеплении от нуклеотидов всех фосфатных групп. Соответсвенно в состав входят два компонента: пятиуглеродный сахар и азотистое основание.

 

58. Схема строения РНК и ДНК.

1. Сравнение нуклеотидов. Пуриновые основания не имеют различий, а в составе пиримидиновых оснований определяется следующее: цитозин входит в состав обоих типов нуклеиновых кислот, тогда как урацил может быть только в составе РНК, а тимин – в составе ДНК. Также имеются различия с пентозами – в РНК входит рибоза, а в ДНК – дезоксирибоза. Различия между этими сахарами состоит в том, что у дезоксирибозы при втором углеродном атоме нет гидроксигруппы.

2. Сравнение первичной структуры. Формирование первичной структуры ДНК и РНК происходит по одному и тому же принципу. Соседние нуклеотиды соединяются между собой через пентозу и остаток фосфорной кислоты. При этом каждая фосфатная группа в полинуклеотидной цепи участвует в образовании двух эфирных связей с участием 3'- и 5'-углеродных атомов двух соседних рибоз (или дезоксирибоз), поэтому связь между мономерами обозначают 3', 5'-фосфодиэфирной. Сами азотистые основания в образовании межнуклеотидных связей не принимают участия. Фрагмент нуклеиновой кислоты можно изобразить в виде простой схемы:

3. Сравнение вторичной структуры. Вторичная структура – это пространственная конформация полинуклеотидной цепи. Важнейшее отличие вторичной структуры РНК и ДНК заключается в том, что молекулы РНК – всегда однонитевая (то есть состоит только из одной полинуклуотидной цепи), а молекула ДНК – двойная спираль (состоит из двух полинуклеотидных цепей). Рибонуклеиновые кислоты (РНК) — однонитевые молекулы, поэтому в отличие от ДНК их вторичная структуры нерегулярна. Вторичная структура и РНК и ДНК формируется в основном за счет водородных связей и гидрофобных взаимодействий между азотистыми основаниями. Если для молекулы ДНК характерна устойчивая спираль, то структура РНК более многообразна и лабильна.

ДНК. Эта структура образуется из двух взаимно комплементарных антипараллельных полидезоксирибонуклеотидных цепей, закрученных относительно друг друга и общей оси в спираль. При этом азотистые основания обращены внутрь двойной спирали, а сахарофосфатный остов — наружу. Стабильность двойной спирали обеспечивает комплекс слабых связей, из которых ведущая роль принадлежит водородным связям между парами комплементарных азотистых оснований: аденин-тимин (двойные) и гуанин-цитозин (тройные).

РНК. В зависимости от функций, молекулы РНК могут принимать различные пространственные конформации.

 

59. Хромопротеиды. Структура гема.

Хромопротеиды - это протеиды, состоящие из белков и окрашенных веществ. Они участвуют в процессах, связанных с преобразованием или переносом энергии (дыхание, фотосинтез, зрение и т. д.), отвечают за свето- и цветовосприятие. (Хролофилл – зеленый пигмент по структуре близок к гему). Это дыхательные пигменты (гемоглобин и миоглобин) и ряд ферментов (каталаза и пероксидаза). Гемопротеиды - железосодержащие белки, наиболее изучен - гемоглобин. Он состоит из белка ГЛОБИНА и небелковой части – красящего начала (ГЕМА), его производные это оксигемоглобин (присоединивший к себе О2) и карбоксигемоглобин (+ углекислый газ СО2). Характерной особенностью гемоглобина является его способность соединяться с окисью углерода СО, после чего он теряет способность соединяться с кислородом. Этим объясняется ядовитое действие окиси углерода. Формула гема:

 

60. Явление таутомерии, мутаротации

Аномеры – бывают α и β.

Если это в цикле то, если полуацетальный гидроксил стоит сверху, то это α-аномер, если полуацетальный гидроксил стоит снизу, то это β-аномер.

Если это просто цепочка, то если расположение полуацетального гидроксила совпадает с расположением гидроксильной группы при предпоследнем атоме углерода, то перед нами α-аномер, ежели не совпадает, то перед нами β-аномер.

Гидроксильная группа при первом углеродном атоме обладает особыми свойствами, так как соседствует с кислородным мостиком, и поэтому называется полуацетальным гидроксилом.

На данной картинке видно, что те гидроксогруппы (OH) которые находятся рядом с кислородным мостиком, являются полуацетальными гидроксилами. А те (OH), как например при 4 углеродном атоме (выд. оранж. цвет) НЕ находятся рядом с кислородным мостиком, не являются полуацетальными гидроксилами, а всего лишь спиртовые гидроксилы.

Мутаротация сахаров — это взаимопревращение аномерных форм. В растворе α- и β-аномерные формы находятся в равновесном состоянии. При достижении этого равновесия происходит мутаротация – размыкание и замыкание кольца и изменение полуацетального гидроксила.

*А теперь понятным языком* у нас есть, например α-глюкопираноза и β-глюкопираноза и вот не живется им на месте. Та, что aльфа хочет стать бетой, а та, что бета хочет стать альфой. Ну и они начинают свои танцы с бубном. То замыкать, то размыкать кольца и при этом изменять положение нашего полуацетального гидроксила. Это и есть мутаротация.

Мутаротация — это процесс, а таутомерия — это явление.

Таутомерия — явление обратимой изомерии, при которой два или более изомера легко переходят друг в друга. (цикло-цепная у углеводов, кето-енольная у кетонов)

 

61. Дисперсные системы и их свойства.

Дисперсные системы – системы, в которых 1 вещество раздроблено(дисперсная фаза) и равномерно распределено по объему другого(среда). Различают грубодисперсные, коллоидные и истинные р-ры.

Грубодисперсные(крупные), различаются по состоянию фаз и среды: суспензии бетон (фаза-тв, среда- жидк), аэрозоли туман и дым (фаза-жидк, среда-газообр), эмульсии молоко и крема (фаза и среда-жидк), пены губка и пемза (фаза-газ, среда-жидк), гетерогенны

Коллоидные р-ры(м/у грубодисперсными и истинными), гетерогенны

Истинные(самые мелкие частицы, однофазные),гомогенны

По кинетическим свойствам: 1) Свободно-дисперсные(частицы дисперсной фазы не связаны и могут перемещаться(суспензии, эмульсии)

2) связно-дисперсные, в которых одна из фаз структурно закреплена и не перемещается свободно: гели, студни, пены

По степени взаимодействия дисперсной фазы с дисперсионной cредой различают: лиофильные (гидрофильные) дисперсные системыхарактеризуются большей растворимостью и большей устойчивостью в среде. Пример: растворы ВМС лиофобные (гидрофобные) дисперсные системы- ярко выражена гетерогенность и высокая дисперсность. Пример: золи металлов: золота, серебра.

Дисперсность - это самостоятельный термодинамический параметр состояния системы, изменения которого вызывают изменения других свойств системы. • Ее характеризует степень дисперсности (степень раздробленности). Величина степени дисперсности обратна размеру частиц, т.е. чем больше частица, тем меньше степень дисперсности

Свойства дисперсных систем:

1) Оптические свойства дисперсных систем обусловлены взаимодействием электромагнитного излучения, обладающего определенной энергией, с частицами дисперсной фазы.

При падении света на дисперсную систему могут наблюдаться следующие явления: Прохождение света частицами дисперсной фазы(прозрачные системы,частицы меньше длины волны света(истинные растворы)); Преломление света частицами дисперсной фазы (если эти частицы прозрачны и больше волны света, мутность систем); Отражение света частицами дисперсной фазы (если частицы непрозрачны, грубодисперсные системы); Рассеяние света(частицы меньше но равны волне света, коллоидные растворы); Адсорбция (поглощение) света дисперсной фазой с превращением световой энергии в тепловую(металлические золи)

Кинетические свойства

Броуновское движение - Это непрерывное беспорядочное движение частиц микроскопических и коллоидных размеров, не затухающие во времени. Это движение тем интенсивнее, чем выше температура и чем меньше масса частицы и вязкость дисперсионной среды

Диффузия -самопроизвольный процесс выравнивания концентрации молекул, ионов или коллоидных частиц по всему объему под влиянием их теплового движения.

Осмос -односторонняя диффузия молекул растворителя через полупроницаемую мембрану против градиента концентрации при условии разности концентраций раствора по обе стороны мембраны.

Седиментация-процесс оседания (в редких случаях всплывание) частиц дисперсной фазы в жидкой или газообразной среде под действием силы тяжести Седиментация характерна для суспензий.

3) Электрические свойства

Поверхностные явления – процессы, возникающие на поверхности раздела фаз из-за повышенного запаса свободной энергии.

Сорбционные явления возникают в гетерогенных системах в результате перераспределения веществ. Абсорбция – самопроизвольное поглощение газообразного или жидкого вещества одной фазы объемом другой. Адсорбция – самопроизвольное концентрирование газообразного или жидкого вещества на поверхности (различают химическую и физическую).

Кинетическая устойчивость – способность дисперсной фазы удерживаться во взвешенном состоянии под влиянием броуновского движения.

Агрегативная устойчивость – способность частиц дисп. фазы оказывать сопротивление слипанию.

 

62. Заряд белка. Изоэлектрическая точка белка

Если в белковую молекулу входят аминокислоты с боковыми карбоксильными или аминогруппами, то они формируют заряд белковой молекулы. Величина заряда зависит от рН раствора.

В кислой среде свободные катионы Н⁺ притягиваются к боковым аминогруппам и связываются по механизму донорно-акцепторной связи. Т.о. все аминогруппы превращаются в катионные группировки аммония, следовательно заряд белка положительный.

В щелочной среде ОН^- взаимодействуют с боковыми карбоксильными группами, отнимая у них Н⁺ для образования Н₂О. По этой причине карбоксильные группы превращаются в анионные группировки и суммарный заряд молекулы становится отрицательным.

В кислой среде при рН < ИЭТ белка его полиионы будут заряжены отрицательно и перемещаются к аноду.

В щелочной среде при рН > ИЭТ белка его полиионы имеют положительный заряд и двигаются к катоду.

При рН = ИЭТ электрофоретическая активность молекул белка равна нулю.

 

Для каждого белка существует такое значение рН, при котором молекула не имеет заряда.

Это значение рН называется изоэлектрической точкой белка. Величина этой точки зависит от соотношения карбоксильных и аминогрупп.

 

Водные растворы белков имеют свои особенности. Во-первых, белки обладают большим сродством к воде, т.е. онигидрофильны. Это значит, что молекулы белка, как заряженные частицы, притягивают к себе диполи воды, которые располагаются вокруг белковой молекулы и образуют водную или гидратную оболочку. Эта оболочка предохраняет молекулы белка от склеивания и выпадения в осадок.

Величина гидратной оболочки зависит от структуры белка. Например, альбумины более легко связываются с молекулами воды и имеют относительно большую водную оболочку, тогда как глобулины, фибриноген присоединяют воду хуже, и гидратная оболочка и них меньше.

Таким образом, устойчивость водного раствора белка определяется двумя факторами: наличием заряда белковой молекулы и находящейся вокруг нее водной оболочки. При удалении этих факторов белок выпадает в осадок. Данный процесс может быть обратимым и необратимым.

 

63. Белки и их основые свойства

Белки — это биополимеры, мономерами которых являются аминокислоты, соединенные между собой пептидными связями. Молекулы белков синтезируются в клетках на рибосомах, аминокислотный состав белка кодируется генетически.

Если в полимерной цепи более 100 аминокислот, то ее принято называть белком, а если менее, то полипептидом. Молекулы белков могут иметь 4 различные структуры:

1)    Первичная структура (цепь аминокислот)

2)    Вторичная структура (α-спираль или β-складчатой структуры, фиксируется водородными связями между карбонильной и аминогруппами в составе полипептидной цепи

3)    Третичная структура (глобула, которая фиксируется за счет следующих связей: дисульфидной, водородной (с участием боковых полярных группировок ОН, NH2, СООН), гидрофобных (с участием радикалов алифатических аминокислот).

Образование дисульфидных связей: это связи, образующиеся между SH-группами 2х молекул цистина. Такие связи образуются уже после синтеза белка в процессе посттрансляционной модификации белка.

В образование гидрофобных связей участвуют аланин, валин, лейцин, изолейцин и фенилаланин. Они являются неполярными, т.к. их радикал состоит исключительно из углеводородов.

В процессе формирования глобулы эти радикалы выталкиваются водойи конгламирируют между собой.)

4)    Четвертичная структура (комплекс глобул)

Белки бывают простые и сложные. Простые белки состоят только из аминокислот, а сложные имеют кроме белковой части еще и небелковую. Простые белки: альбумины, глобулины, протамины, проламины, гистоны, склеропротеины. Сложные белки: металлопротеины (белок + МЕ трансферин Fe2+, церуллоплазмин Cu2+), гликопротеины (белок+углевод), липопротеины(белки+жиры) хромопротеиды (белки+окрашенная молекула, гемсодержащие белки – гемоглобин), фосфопротеины (белки+остатки фосфорной кислоты)

По конфигурации молекулы подразделяются на глобулярные и фибриллярные. Фибриллярные имеют форму волокон. Глобулярные белки, как правило, хорошо растворимы в воде или растворах солей, щелочей и спирте. Растворимость белков связана с тем, что молекулы воды могут проникать внутрь молекулы белка, вследствие чего гидрарная оболочка формируется не только снаружи, но и внутри. Фибриллярные белки, как правило, нерастворимы. Это связано с тем, что гидрофобные остатки аминокислот находятся снаружи и они отталкивают воду. Однако такие белки способны к набуханию.

Растворимые белки представляют собой отдельный класс дисперсных систем – высшие молекулярные системы. По своим характеристикам занимают положение между истинными растворами и коллоидными системами.

Кинетические св-ва:

1)    Способность к диффузии (у мелких молекул способность слабая, крупные колеблются под действием ударов молекул Н2О)

2)    Осмос (способность к нему низкая, из-за высокой молекулярной массы)

3)    Кинетическая устойчивость (белковые растворы достаточно стабильны за счет следующих факторов: наличие гидратной оболочки снаружи и внутри молекулы, наличие заряда, кинетическое движение молекул в растворе)

Для нарушения стабильности белковых растворов необходимо разрушить гидратную оболочку или создать изоэлектрическую точку белка, тогда молекулы не будут отталкиваться.

4)    Диализ.

64. Активная реакция среды. рН. Методы определения рН

Активная реакция среды определяется ее кислотностью или основностью. Она зависит от растворителя, присутствия кислотных или основных компонентов. Активная реакция среды имеет большое значение в жизнедеятельности организма, обеспечивая всасывание

продуктов пищеварения, минеральных веществ,витаминов, лекарственных форм.

[H+] = [OH-] реакция среда нейтральная

[H+] > [OH-] реакция среды кислая

[H+] < [OH-] реакция среды щелочная.

Кислотность среды обычно характеризуют величиной водородного показателя, представляющего собой взятый с обратным знаком показатель степени концентрации ионов водорода в растворе, выраженной в моль на литр.

Водородный показатель pH:

рН от 0 до 7 реакция среды кислая

рН 7 реакция среда нейтральная

рН ˃ 7 до 14 реакция среды щелочная

Изменения рН:

Ацидоз – смещение реакции среды в кислую сторону.

Алкалоз – смещение в щелочную.

Методы определения:

1. Колометрический – основан на сравнение окраски исследуемого раствора со стандартным раствором

2. Электрометрический – сводится к установлению потенциала электрода определения, погруженного в исследуемы раствор вместе с электродом сравнения.

65. Буферные системы. Их типы. Механизм действия буферных систем.

Буферная система – это равновесная система, способная поддерживать примерно на постоянном уровне какой-либо параметр при незначительных внешних воздействиях. Протолитические буферные системы поддерживают постоянство рН при добавлении небольших количеств кислот и оснований. Раствор, содержащий одну или несколько буферных систем, называется буферным раствором. Буферные системы и буферные растворы часто называют просто буферами. Буферная емкость – способность буферного раствора противодействовать смещению рН среды. Виды буф. систем плазмы крови животных: бикарбонатная, фосфотная, белковая, гемоглобиновая.

Классификация:

1. кислые – слабая кислота и ее соль - ацетатный буфер СН3СОООН/СН3СОООNа

2. основные – слабое основание и ее соль - аммонийный буфер NH4OH/NH4Cl

3. солевые – одно- и двузамещеные соли многоосновных кислот - фосфатный буфер NaH2PO4/Na2HPO4

Механизм действия буферных систем

Диализ. Электрофорез

Диализ.

Сущность метода: два сосуда разделённых полупроницаемой мембраной (коллодий, целлофан, пергамент, полисилоксан, полихлорвинил, полиэтилен). В одном сосуде - очищаемый коллоидный раствор, в другом – чистый растворитель. За счет диффузии все ионы из коллоидного раствора, способные пройти через отверстия мембраны, будут переходить в растворитель, а более крупные коллоидные частицы останутся в растворе. Достоинство метода: простота и дешевизна. Недостаток: время диализа - несколько суток. Скорость можно увеличить за счёт температуры, но очень незначительно.

Но скорость можно увеличить за счёт направленного движения ионов в электрическом поле. Диализатор оборудован дополнительной камерой с электродами (постоянное напряжение). Время диализа составит несколько часов или даже минут. Этот метод широко применяется в биохимии, фармации, медицине, при очистке воды и производстве продуктов питания.

Часто используют и еще одну разновидность диализа – компенсационный.Сущность метода компенсационного диализа (вивидиализ)состоит в том, что дисперсная система омывается не чистым растворителем, а растворами с различной концентрацией определенного вещества (или веществ). Например: определение сахара в сыворотке крови. Сыворотку крови омывают изотоническим раствором сахара. Концентрация сахара во внешнем растворе не будет изменяться, если она равна концентрации сахара в крови. На вивидиализе основана работа искусственной почки

Электрофорез – направленное движение частиц дисперсной фазы относительно дисперсионной среды под действием внешнего электрического поля.

При наложении внешнего электрического поля происходит разрыв мицеллы: частицы дисперсной фазы вместе с адсорбированными на них потенциалопределяющими ионами и противоионами адсорбционного слоя перемещаются к электроду, знак которого противоположен знаку заряда коллоидной частицы (z-потенциалу), а противоионы диффузионного слоя – к другому электроду. Например, если дисперсная фаза заряжена отрицательно, коллоидные частицы движутся к аноду (положительному электроду), а положительно заряженные противоионы диффузного слоя – к катоду. Если дисперсная фаза заряжена положительно, направление движения частиц меняется на противоположное.