Дипломная работа

от 20 дней
от 7 499 рублей

Курсовая работа

от 10 дней
от 1 499 рублей

Реферат

от 3 дней
от 529 рублей

Контрольная работа

от 3 дней
от 79 рублей
за задачу

Билеты к экзаменам

от 5 дней
от 89 рублей

 

Дипломная Химия аминокислот и определение содержания клейковины в зерне пшеницы - Химия

  • Тема: Химия аминокислот и определение содержания клейковины в зерне пшеницы
  • Автор: Филатов Сергей Михайлович
  • Тип работы: Дипломная
  • Предмет: Химия
  • Страниц: 56
  • ВУЗ, город: ОГПУ
  • Цена(руб.): 2000 рублей

altText

Выдержка

створимости достигается при концентрации спирта около 60% (рис. 1).
Рис 1. Растворимость глиадина пшеницы в этиловом спирте разной концентрации (по Г. Хаугаарду и А. Джонсону)
Показано, что изоэлектрическая точка глиадина равна примерно 7,0. Аминокислотный состав глиадина характеризуется следующей особенностью: он содержит мало важных незаменимых аминокислот — триптофана и лизина. Вместе, с тем в глиадине очень много глутаминовой кислоты (46,6%) и пролина (17,0%). Глютенин (от французского слова «gluten» — «клейковина») отличается по своему аминокислотному составу от глиадина, но также содержит много глутаминовой кислоты — 43,1%. В настоящее время с помощью современных методов разделения белков показано; что глиадин и глютенин состоят из ряда белков, различающихся по молекулярной массе и аминокислотному составу Впервые Д. Войчику с сотрудниками удалось разделить глиадин на четыре основных фракции (α, β, γ и ω). B свою очередь, каждый из этих компонентов может быть разделен на ряд индивидуальных белков с молекулярными массами от 30000 до 160 000. Глютенин также состоит из ряда белковых компонентов, молекулярная масса которых значительно выше, порядка 2—3 млн. Если обработать глютенин восстановителями, разрывающими дисульфидные вязи, то он распадается на ряд сравнительно низкомолекулярных, белков с молекулярными массами 20000 — 130000. Некоторая часть из них, по-видимому, идентична белкам глиадина, глобулинов и альбуминов. Нужно, однако, заметить, что пока вопрос о количестве и природе компонентов глиадина и глютенина недостаточно ясен — получаемые результаты зависит от метода выделения и последующей обработки белка, в частности от применения реактивов, разрывающих водородные и дисульфидные связи [14].
Содержащийся в пшеничном зерне водорастворимый белок (альбумин) был назван в своё время Т. Б. Осборном лейкозином. Он содержится главным образом в зародыше. Этот белок чрезвычайно легко денатурируется и теряет, свою растворимость. Если получить водный экстракт из пшеничного зерна или зародышей и добавить к нему даже немного спирта или ацетона, то лейкозин выпадает в осадок, и его уже потом нельзя перевести снова в водный раствор. Лейкозин очень легко денатурируется под влиянием нагревания. Если происходит порча семенного зерна во время неправильной сушки, когда зерно перегревается под действием высоких температур и теряет всхожесть, это вызывается в первую очередь тем, что лейкозин, содержащийся главным образом в зародыше, свертывается (коагулирует). С помощью современных методов лейкозин может быть получен в неденатурированном: состоянии в виде белкового препарата, который прекрасно растворяется в воде, но очень быстро теряет свои первоначальные свойства при нагревании. Новейшие работы показали, что лейкозин представляет собою комплекс белков с молекулярной массой 20000—25000, причем в состав этого комплекса входят белки, являющиеся ферментами.
B пшеничном зерне найден, белок, который, по-видимому, связан с липидами и поэтому экстрагируется из муки петролейным эфиром. Этот белок, получивший название пуротионина отличается высоким содержанием цистина (около 16%). Он состоит из двух компонентов (α- и β-пуротионин) с молекулярными массами соответственно 12500 и 5000—7000. Молекула каждого из пуротионинов представляет собой одну полипептидную цепь, отдельные участки которой соединены дисульфидными связями. Подобные белки найдены также в зерне ячменя и получили название гордотионина. В зерне твердой пшеницы обнаружен водорастворимый белок, содержащий 0,04% меди и имеющий коричневую окраску. От него зависит коричневый цвет макарон, получаемых из некоторых партии твердой пшеницы [7].
Аминокислоты, согласно новейшим исследованиям, не содержат ни свободной карбоксильной, ни аминогруппы и представляют собой внутренние соли, у которых карбоксильная группа находится в ионной связи с аминогруппой. При этом протон, освобождающийся при диссоциации карбоксильной группы аминокислоты, связывается с её аминогруппой, и в результате внутримолекулярной нейтрализации кислотной и основной групп образуются биполярные ионы или цвиттер-ионы.
В водных растворах в зависимости от рН раствора диссоциации карбоксильной группы или аминогруппы подавляется, и аминокислоты проявляют свойства щёлочи или кислоты (кислотно-основные свойства). В кислой среде при наличии в растворе избытка протонов, молекула аминокислоты становится положительно заряженной, то есть ведёт себя как катион:
В щелочной среде под действие гидроксогрупп, молекула аминокислоты заряжается «отрицательно», и ведёт себя как анион.
Если находящаяся в растворе частица аминокислоты несёт равный по отрицательный и положительный заряды, молекула аминокислоты в целом электронейтральна, и рН такого раствора называется изоэлектрической точкой.
Кислотно-основные свойства аминокислот служат основой для аминокислотного анализа и разделения аминокислот электрофорезом.
Наличие в аминокислотах, и соответственно, в белках групп NH3+ и СОО- обуславливает способность этих соединений связывать, блокировать избыточное количество протонов или гидроксид-ионов, которые случайно могут возникнуть в клетке и угрожать нормальному ходу обмена веществ.
Избыточные протоны, то есть Н3О+ взаимодействую с карбоксил-анионом –СОО-, образуя СООН.
В случае избытка гидроксид-ионов протон от группы –NH3+ отщепляется и, присоединяясь к гидроксогруппе, даёт молекулу воды.
В обоих случаях аминокислоты выравнивают случайные колебания величины рН среды и играют роль буфера. Буферные системы крови выполняют очень ответственную работу: рН крови (и многих других жидкостей организма) не должны колебаться в пределах, превышающих 1, без риска тяжёлых нарушений.
Важнейшей биологической функцией аминокислот является их участие в образовании пептидов и белков.
Две молекулы одной и той же или разных аминокислот могут ковалентно связываться друг с другом при помощи амидной связи, называемой пептидной связью, с образованием дипептида.
R1 H R2 R1 O R2
│ │ │ │ ║ │
H2N─CH─COOH+H─N─CH─COOH H2N─CH─C─NH─CH─COOH
Пептидная связь образуется путём отщепления компонентов молекулы воды от карбоксильной группы одной аминокислоты и α-аминогруппы другой аминокислоты. Если таким способом соединить большое число аминокислот, то возникает структура, называемая полипептидом.
R1 H H R2 H R3
│ │ │ │ │ │
H3N+─CH─C─N─CH2─ C─N─CH─C… N─CH─COO-
║ ║ ║
O O O
Отдельные полипептидные цепочки могут, в свою очередь, соединяться за счет других связей, например дисульфидных (—S—S—), образующихся в белке между двумя остатками цистеина. Остатки отдельных аминокислот могут связываться между собою не только пептидными и дисульфидными, но также и другими видами связей, в частности так называемыми «водородными». Они очень слабы — значительно слабее пептидных и дисульфидных, но поскольку и молекуле белка водородных связей много, они прочно соединяют отдельные аминокислотные остатки друг c другом. В построении белков принимают участие также ионные связи, возникающие между основными и кислотными группировками в молекуле белка.
Свободные аминокислоты могут выполнять определённые биологические функции, среди которых наиболее значительными являются структурообразующие и регуляторные, а также обезвреживание токсических метаболитов: NH3, H2S, ароматических соединений.
Аминокислоты образуют соли, в том числе и тяжёлых металлов. С металлами (медь, молибден, кобальт и других) аминокислоты образуют комплексы, способные к стабилизации за счёт боковых цепей и воздействующие определённые биохимические процессы. Так, например, комплекс Zn2+ с аминокислотой – цистеином проявляет гликогенное действие, повышая содержание сахара в крови, подобно гормону поджелудочной железы – глюкагону.
Подобного рода комплексы с кобальтом, медью, молибденом, железом, алюминием и другими металлами образуют ферменты, продукты деятельности которых проявляют фармакологическое действие.
В организме аминокислоты вступают в реакции:
окисления и восстановления (по –SH, -S-S- и СООН группам):
амидирования (по карбоксильной группам):
дезаминирования (по аминогруппам):
а) окислительное

б) восстановительное
в) гидролитическое
г) внутримолекулярное
фосфорилирования (по гидроксогруппам):
декарбоксилирования (отщепление карбоксильной группы);
переаминирования (отщепления и перенос аминной группы);

Другие реакции в живом организме не идут:
алкилирования (по аминогруппам):

галоидирования (по ароматическим ядрам):




сочетания с диазосоединениями (по ароматическим и гетероциклическим ядрам);
процессы трансметилирования и метилирования (аминокислоты метионин и треонин):


ГЛАВА II. АМИНОКИСЛОТЫ, ВХОДЯЩИЕ В
СОСТАВ БЕЛКА
2.1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА И КЛАССИФИКАЦИЯ
АМИНОКИСЛОТ
Аминокислоты – органические соединения, физико-химическое поведение и разнообразные реакции которых объясняются одновременным присутствием в молекуле основной аминогруппы –NH2 и кислотной карбоксильной группы – СООН. Различают α-аминокислоты, у которых амино- и карбоксильная группы соединены с одним и тем же атомом углерода, и β, γ, δ-аминокислоты, функциональные группы которых разделены несколькими атомами углерода. В белке встречаются α-аминокислоты. Они имеют общую формулу:
COOH

H2N─C─H

R
И различаются только боковыми цепями (R-группами), которые у разных аминокислот неодинаковы по структуре, электрическому заряду, растворимости воде, длине.
Всего в белках обычно встречается 20 различных аминокислот, которые, соединяясь между собою, образуют огромные молекулы. Наиболее простыми аминокислотами являются глицин (гликокол, или аминоуксусная кислота) – NH2CH2COOH и аланин (аминопропионовая кислота) – CH3CH(NH2)COOH. Если в аланине вместо одного атома водорода в метильной группе встанет сульфгидрильная группа (—SH), то образуется цистеин HSCH2CH(NH2)СООН, который является активатором многих ферментов. При соединении двух молекул цистеина образуется аминокислота цистин:
СН2─S─S─CH2
│ │
CH─NH2 CH─NH2
│ │
COOH COOH
Если аналогичным образом водород заменить оксигруппой (—ОН), получится серин НOCН2CH(NН2)COOH — оксиаминокислота, а если фенильной (—С6Н5),— фенилаланин.
Название «аминокислота» произошло от исходных материалов, из которых они были впервые выделены; например, аспарагин (от лат. asparagus – спаржа) получен из сока спаржи; цистеин и цистин – из камней мочевого пузыря, глутамин и глутаминовая кислота – из клейковины пшеницы, серин (от греч. seros – шелковичный червь) – из шёлка и тирозин (от греч. tyros – сыр) – из сыра.
Другие названия связаны с методами выделения. Так, аргинин (от лат. argentum – серебро) был впервые получен в виде серебряной соли, триптофан выделен при расщеплении белка с помощью трипсина. Структурные связи с другими природными соединениями также внесли вклад в названия некоторых аминокислот. Так, валин назван как производное валериановой кислоты, треонин структурно связан с моносахаридом, от рационального обозначения «пирролидин-2-карбоновой кислоты».
За исключением триптофана и аминодикарбоновых кислот, названия аминокислот имеют окончание –ин, что подчёркивает их принадлежность к аминам.
Для удобства написания пептидов предложено пользоваться сокращёнными названиями аминокислотных остатков, которые состоят из первых трёх букв. Оптическая конфигурация аминокислот указывается символами, причем специально отличаются только D и L-аминокислоты, олигосоединения обозначаются символом «а».
Рассмотренные сокращения соответствуют правилам, принятым Международным союзом по чистой и прикладной химии (IUPAC) и Международным союзом по биохимии (IUB) 1968 г. Кроме того, введены также однобуквенные символы, которые применяются для изображения структур белков и длинных пептидных последовательностей, а также для расчёта с помощью ЭВМ.
Первая система сокращений для аминокислот и пептидов была опубликована Брндом и Эдсалом в 1947 г.
Аминокислоты, участвующие в образовании белков, можно классифицировать по разным принципам. По значению изоэлектрической точки различают кислые, основные и нейтральные аминокислоты. По строению белковой цепи R-алифатические, ароматические и гетероциклические. Гидроксиаминокислоты содержат дополнительно ОН-группы, серосодержащие аминокислоты имеют в боковой цепи тиольные или тиоэфирные группы. Самостоятельную группу образуют аминокислоты: пролин и оксипролин, у которых вторичная аминогруппа – NH – входит в состав пирролидинового кольца. По строению соединений, получающихся при расщеплении углеродной цепи протеиногенных аминокислот, различают глюкопластичные (глюкогенные) и кетопластичные (кетогенные) аминокислоты (таблица 4).
Глюкопластические аминокислоты – глицин, аланин, серин, треонин, валин, аспарагиновая кислота, глутаминовая кислота, аспарагин, гистидин, метионин, пролин.
При недостатке углеводов в организме они через щавелевоуксусную кислоту и фосфоенолпируват превращаются в глюкозу или гликоген. Единственной кетопластичной аминокислотой является лейцин.
Изолейцин, тирозин, фенилаланин могут быть и глюко- и кетопластичными. Кроме того, биохимики различают незаменимые и заменимые аминокислоты, смотря по тому, могут ли они образоваться в организме или должны быть поставлены с пищей. Наиболее рациональный способ классификации основан на различиях в полярности R-групп. Различают:
-неполярные или гидрофобные аминокислоты (аланин, лейцин, изолейцин, валин, пролин, метионин, фенилаланин, триптофан);
-полярные, но не заряженные аминокислоты (серин, треонин, тирозин, цистеин, аспарагин, глутамин, глицин);
-положительно заряженные аминокислоты (лизин, аргинин, гистидин);
-отрицательно заряженные аминокислоты (аспарагиновая и глутаминовая кислота).
Таблица 4
Классификация аминокислот
Аминокислота
Формула
Сокращённое обозначение
Когда, кем и в каком белке обнаружена
Моноаминомонокарбоновая
Глицин (аминоуксусная кислота)
Гли, С
1820 г; А. Броконно; в желатине
Аланин (α-аминопропионовая кислота)
Ала, А
1888 г; Т. Вейль, в фиброине шёлка
Валин (α-аминоизовалериановая кислота)
Вал, V
1879 г; М. Шютценберже, в альбумине
Лейцин (α-аминоизокапроновая кислота)
Лей, L
1820 г; А. Броконно, в белках шерсти и мышц
Изолейцин (α-амино-β-метилвалериановая кислота)
Иле, I
1904 г; Ф. Эрлих, в фибрин крови
Оксиаминокислоты
Серин (α-амино-β-оксипропионовая кислота)
Сер, S
1863 г; Э. Крамер, в серицине шёлка
Треонин (α-амино-β-оксимасляная кислота)
Тре, T
1921 г; Д. Зелинский и В. Садиков, в кератине гусиного пера
Серосодержащие аминокислоты
Цистеин (α-амино-β-тиолпропионовая кислота)
Цис, C
1901 г; Эмбден, в яичном белке
Метионин (α-амино-γ-метилтиомасляная кислота)
Мет, M
1922 г; Ю. Меллер, в казеине
Моноаминодикарбоновые кислоты
Аспарагиновая (аминоянтарная) кислота
Асп, D
1868 г; Г. Риттхаузен, в растительном белке
Глутаминовая (α-аминоглутаровая кислота)
Глу, E
1866 г; Г. Риттхаузен, в растительном белке
Диаминомонокарбоновые кислоты
Аргинин (α-амино-δ-гуанидинвалериановая кислота)
Арг, R
1895 г; С. Хедин, в кератине рога
Лизин (α,ε-диаминокапроновая кислота)
Лиз, K
1889 г; Э. Дрексель, в казеине
Ароматические аминокислоты
Гистидин (α-амино-β-имидазолилпропионовая кислота)
Гис, H
1896 г; А. Коссель и С. Хедин, в белке спермы осётра и казеине
Пролин (пирролидин-α-карбоновая кислота)
Про, P
1901 г; Э. Фишер, в казеине
Фенилаланин (α-амино-β-фенолпропионовая кислота)
Фен, F
1881 г; Э. Шульце и Ю. Барбиери, в растительном белке
Тирозин α-амино-β-параоксифенилпропионовая килота)
Тир, Y
1849 г; Ф. Бопп, в казеине
Триптофан (α-амино-β-индолилпропионовая кислота)
Три, W
1901 г; Ф. Гопкинс и Д. Коль, в казеине

2.2. СТЕРЕОХИМИЯ АМИНОКИСЛОТ
Все аминокислоты, входящие в состав белков, кроме глицина, оптически активны, то есть аминокислоты в растворе изменяют положение плоскости поляризации поляризованного света, проходящего через раствор, или, как говорят, вращают плоскость поляризации света. В молекуле оптически активного вещества должен находиться ассиметрический атом (в нашем случае, это атом углерода, отмеченный звёздочкой), связанный с четырьмя различными группами атомов.

L-стереоизомер D-стереоизомер
Число возможных стереоизомеров равно 2n, где n – число ассиметрических атомов углерода. Глицин не имеет ассиметрического атома углерода; треонин и лейцин содержат по 2 ассиметрических атомов углерода.
Все остальные аминокислоты, встречающиеся в белках, содержат по одному ассиметрическому атому углерода. Аминокислоты, имеющие 2 ассиметрических атома углерода, могут существовать в четырёх стереотипных формах:
COOH COOH COOH COOH
│ │ │ │
H2N─C*─H H2N─C*─H H─C*─NH2 H─C*─NH2
│ │ │ │
H─C*─ОH H─C*─ОH H─C*─ОH HO─C*─H
│ │ │ │
CH3 CH3 CH3 CH3
L-треонин L-алло-треонин D-треонин D-алло-треонин
Почти все природные биологические соединения, содержащие хиральный центр, встречаются только в какой-нибудь одной стереоизомерной форме: D или L. За исключением глицина, все аминокислоты, входящие в состав молекул белков, являются L-стереоизомерами. Этот вывод был сделан на основе многочисленных тщательно проведённых химических исследований, в которых оптические свойства аминокислот сопоставлялись с их поведением в химических реакциях [17].
В живой природе встречаются также и некоторые D- аминокислоты, но они никогда не входят в состав белков, например, D-глутаминовая кислота обнаружена в клеточной стенке бактерий, другие D- аминокислоты встречаются в составе пептидных антибиотиков (грамицидина). Так, для микроорганизмов не безразлична, содержит ли их пища право- или левовращающиеся вещества. Один из антиподов может даже оказать токсичное действие. Сохранение организмов асимметрии и стремление его разделить рацемические смеси указывает на очень высокую ступень геометрической организации живого вещества.
Нужно сказать, что учёные много лет пытаются раскрыть загадку асимметрии (или хиральности) некоторых важных природных соединений (аминокислот, нуклеотидов, сахаров) – но до сих пор не существует единого мнения относительно того, почему природа предпочла использовать для построения живых организмов L- аминокислоты или D-сахара.
Раздельные D- и L-изомеры со временем снова превращаются в рацемическую смесь.
2.3. ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА АМИНОКИСЛОТ
Внешне аминокислоты в основном белые кристаллические порошки, многие из них хорошо растворимы в воде при обычной температуре, легко кристаллизуются, хорошо растворяются в полярных растворителях. Качественно относительную гидрофобность остатков аминокислот можно оценить, исходя из их формулы. Однако, возможно экспериментально установить относительную гидрофобность всех аминокислот – остатков, условно приняв гидрофобность глицина, равной 0.

2.4. АМИНОКИСЛОТНЫЙ СОСТАВ БЕЛКОВ НЕКОТОРЫХ СЕМЯН ЗЛАКОВЫХ И ЕГО ОСОБЕННОСТИ
Аминокислотный состав является одной из важнейших характеристик белков. При анализе количественного содержания аминокислот в белках пшеницы отчетливо выступают два главных аспекта – аминокислотный состав как биохимический критерий биоти

 

НАШИ КОНТАКТЫ

Skype: forstuds E-mail: [email protected]

ВРЕМЯ РАБОТЫ

Понедельник - пятница 9:00 - 18:00 (МСК)

ПРИНИМАЕМ К ОПЛАТЕ