Практикум: биоорганика

Аминокислоты, пептиды, кинетика

Олимпиадные задачи по биоорганике соединяют несколько уроков этой темы: кислотно-основные свойства аминокислот, установление последовательности пептидов и кинетику ферментов. Решать их удобно по одной схеме: выписать данные, применить правило из соответствующего урока и проверить, что ответ согласуется со всеми условиями.

Как решать задачу по биоорганике

1. Для аминокислот и пептидов выпишите все значения pKa, нарисуйте формы с зарядами и найдите pI как среднее двух значений pKa, между которыми существует нейтральная форма (урок 376).
2. Для последовательности пептида определите состав, затем концевые остатки (Сэнгер, Эдман, карбоксипептидаза), затем фрагменты (трипсин, химотрипсин, бромциан) и соберите цепь по перекрываниям (урок 379).
3. В кинетике выражайте скорость как долю от максимальной: \(v/v_{max} = [S]/(K_M + [S])\) (урок 384).

Энергетика и нуклеиновые кислоты

Во второй части практикума — задачи на выход АТФ и на строение нуклеиновых кислот. И в тех и в других главное — аккуратный учёт: каждой стадии обмена соответствует свой вклад в АТФ, а каждому основанию одной цепи — строго определённое основание другой.

Как считать энергетику и работать с нуклеиновыми кислотами

1. Считая выход АТФ, складывайте вклады стадий: NADH даёт 2,5 АТФ, FADH₂ — 1,5, прямое образование АТФ или ГТФ — 1, а затраты АТФ вычитайте (уроки 385–386).
2. Для ДНК помните о парах A–T и G–C, антипараллельности цепей и записи от 5′ к 3′; мРНК комплементарна матричной цепи ДНК и содержит U вместо T (урок 382).

Итоги двадцать девятой темы

Тема показала, как законы органической химии работают в живой клетке. Аминокислоты в растворе существуют в виде цвиттер-ионов, их заряд определяется соотношением pH и pI, а синтезируют их по Штреккеру, аминированием α-бромкислот и амидомалонатным синтезом. Пептидная связь — плоская амидная связь; пептиды синтезируют с защитными группами и активацией карбоксильной группы, а последовательность устанавливают по концевым остаткам, деградации по Эдману и фрагментам ферментативного расщепления. Цепь белка укладывается в α-спирали и β-слои, а затем в глобулу, которую скрепляют гидрофобные взаимодействия, солевые и дисульфидные мостики. Жиры характеризуют числом омыления и иодным числом, а терпены и стероиды собраны из изопреновых звеньев. Нуклеиновые кислоты — цепи нуклеотидов с фосфодиэфирными связями, которые записывают от 5′ к 3′. Ферменты пользуются кислотно-основным, нуклеофильным и металлокомплексным катализом, а коферменты NAD⁺, FAD, кофермент A, тиаминпирофосфат и пиридоксальфосфат выполняют окислительно-восстановительные превращения и перестройки углеродного скелета. Скорость ферментативных реакций описывает уравнение Михаэлиса — Ментен, невыгодные реакции клетка сопрягает с гидролизом АТФ, а гликолиз, цикл Кребса и β-окисление складываются из знакомых органических реакций. Следующая тема посвящена перициклическим реакциям и перегруппировкам.