Страница 186 - гдз по химии 10-11 класс задачник Еремин, Дроздов

5.180. При полном гидролизе пентапептида Met-энкефалина, выделенного из мозга обезьяны, были получены следующие аминокислоты:

При частичном гидролизе этого же пептида были выделены продукты с молекулярными массами 295, 279 и 296.

а) Установите две возможные формулы данного пептида (в сокращённых обозначениях).

б) Как можно химическим способом определить тип N-концевой аминокислоты?

в) Рассчитайте молярную массу пептида.

а) Для установления последовательности аминокислот в пептиде необходимо сначала определить его аминокислотный состав и рассчитать молярные массы аминокислот и их остатков.

1. Расчет молярных масс аминокислот (M) и их остатков (М(ост) = M - М($H_2O$)):

• Глицин (Gly), $C_2H_5NO_2$: M(Gly) = 75 г/моль; М(ост. Gly) = 75 - 18 = 57 г/моль.
• Фенилаланин (Phe), $C_9H_{11}NO_2$: M(Phe) = 165 г/моль; М(ост. Phe) = 165 - 18 = 147 г/моль.
• Тирозин (Tyr), $C_9H_{11}NO_3$: M(Tyr) = 181 г/моль; М(ост. Tyr) = 181 - 18 = 163 г/моль.
• Метионин (Met), $C_5H_{11}NO_2S$: M(Met) = 149 г/моль; М(ост. Met) = 149 - 18 = 131 г/моль.

2. Анализ продуктов частичного гидролиза. Молярная масса пептида равна сумме масс аминокислотных остатков плюс масса одной молекулы воды. M(пептида) = $\sum$М(ост) + 18.

• Фрагмент с M = 295 г/моль. Проверим комбинации из трех аминокислот: M(Tyr) + 2*M(Gly) - 2*M($H_2O$) = 181 + 2*75 - 2*18 = 181 + 150 - 36 = 295 г/моль. Следовательно, этот фрагмент является трипептидом, состоящим из тирозина и двух остатков глицина (Tyr, Gly, Gly).
• Фрагмент с M = 279 г/моль. Проверим комбинации из трех аминокислот: 2*M(Gly) + M(Phe) - 2*M($H_2O$) = 2*75 + 165 - 2*18 = 150 + 165 - 36 = 279 г/моль. Следовательно, этот фрагмент является трипептидом, состоящим из двух остатков глицина и фенилаланина (Gly, Gly, Phe).
• Фрагмент с M = 296 г/моль. Проверим комбинации из двух аминокислот: M(Phe) + M(Met) - M($H_2O$) = 165 + 149 - 18 = 296 г/моль. Следовательно, этот фрагмент является дипептидом, состоящим из фенилаланина и метионина (Phe, Met).

3. Определение аминокислотного состава пентапептида. Наличие фрагментов (Tyr, Gly, Gly) и (Gly, Gly, Phe) указывает на то, что в состав пентапептида входят Tyr, Phe и два остатка Gly. Пятой аминокислотой, согласно результатам полного гидролиза и анализу дипептида, является Met. Таким образом, состав пентапептида: Tyr, Gly, Gly, Phe, Met.

4. Установление последовательности. Сопоставляя перекрывающиеся фрагменты, можно восстановить структуру исходного пептида. Существует две возможности, основанные на последовательности аминокислот в дипептиде (Phe-Met или Met-Phe) и соответствующих трипептидах.

Вариант 1: Предположим, что фрагменты имели последовательности Tyr-Gly-Gly, Gly-Gly-Phe и Phe-Met.

• Совмещение Tyr-Gly-Gly и Gly-Gly-Phe по общему участку Gly-Gly дает тетрапептид Tyr-Gly-Gly-Phe.
• Добавление дипептида Phe-Met по общему остатку Phe дает полную последовательность пентапептида: Tyr-Gly-Gly-Phe-Met.

Вариант 2: Предположим, что фрагменты имели последовательности Gly-Gly-Tyr, Phe-Gly-Gly и Met-Phe.

• Совмещение Met-Phe и Phe-Gly-Gly по общему остатку Phe дает тетрапептид Met-Phe-Gly-Gly.
• Добавление трипептида Gly-Gly-Tyr по общему участку Gly-Gly дает полную последовательность: Met-Phe-Gly-Gly-Tyr.

Ответ: Две возможные формулы пептида: Tyr-Gly-Gly-Phe-Met и Met-Phe-Gly-Gly-Tyr.

б) Определить N-концевую аминокислоту (аминокислоту со свободной аминогруппой, $-NH_2$) можно химическим методом, например, с использованием реагента Сэнгера или методом Эдмана.

Метод Сэнгера (с использованием 2,4-динитрофторбензола, ДНФБ):

1. Пептид обрабатывают 2,4-динитрофторбензолом (ДНФБ) в слабощелочной среде. ДНФБ избирательно реагирует со свободной N-концевой аминогруппой, образуя окрашенное в желтый цвет N-ДНФ-производное пептида.
2. Модифицированный пептид подвергают полному кислотному гидролизу (например, 6М HCl, 110°C). При этом все пептидные связи разрываются.
3. В результате гидролиза образуется смесь свободных аминокислот и одной N-ДНФ-аминокислоты (N-концевой), которая сохраняет прочную связь с ДНФ-группой.
4. Полученную смесь разделяют методом хроматографии. Окрашенное производное легко идентифицировать и отделить от бесцветных аминокислот.
5. Сравнивая полученную ДНФ-аминокислоту со стандартными образцами известных ДНФ-аминокислот (например, по времени удерживания в хроматографе), определяют, какая именно аминокислота была N-концевой.

Применительно к данной задаче, если N-концевой аминокислотой является тирозин (Tyr), то будет идентифицирован ДНФ-тирозин. Если метионин (Met) – то ДНФ-метионин. Это позволит однозначно выбрать одну из двух структур, установленных в пункте а).

Ответ: Для определения N-концевой аминокислоты можно использовать метод Сэнгера (реакция с 2,4-динитрофторбензолом) с последующим гидролизом и хроматографической идентификацией образовавшегося ДНФ-производного аминокислоты.

в) Дано:
Пентапептид состоит из аминокислот: тирозин (Tyr), глицин (Gly), глицин (Gly), фенилаланин (Phe), метионин (Met).
M(Tyr) = 181 г/моль
M(Gly) = 75 г/моль
M(Phe) = 165 г/моль
M(Met) = 149 г/моль
M($H_2O$) = 18 г/моль

Найти:
M(пептида) - ?

Решение:
Молярная масса пептида не зависит от последовательности аминокислот, а только от их состава. Пентапептид состоит из пяти аминокислотных остатков, соединенных четырьмя пептидными связями. Образование каждой пептидной связи сопровождается отщеплением одной молекулы воды.
Формула для расчета молярной массы пептида:
$M(пептида) = \sum M(аминокислот) - (n-1) \cdot M(H_2O)$
где n – количество аминокислотных остатков (в данном случае n=5).
$M(пептида) = M(Tyr) + M(Gly) + M(Gly) + M(Phe) + M(Met) - 4 \cdot M(H_2O)$
$M(пептида) = 181 + 75 + 75 + 165 + 149 - 4 \cdot 18$
$M(пептида) = 645 - 72 = 573$ г/моль.

Ответ: Молярная масса пептида составляет 573 г/моль.