Baltymai ir nukleorūgštys

Baltymai ir nukleorūgštys

Mokymosi tikslai

Baigę pamoką gebėsite paaiškinti aminorūgšties amfoteriškumą ir peptidinio ryšio susidarymą, skirti baltymų struktūros lygmenis, denatūraciją ir hidrolizę, interpretuoti Biureto bandymą bei apibūdinti nukleotido, DNR ir RNR sandarą.

Sąvokos

• Peptidinis ryšys – aminorūgščių liekanas jungiantis fragmentas $\ce{-CO-NH-}$.
• Denatūracija – baltymo antrinės, tretinės ar ketvirtinės struktūros suardymas nehidrolizuojant peptidinių ryšių.
• Nukleotidas – bazės, pentozės ir fosfato grupės sudarytas nukleorūgšties monomeras.
• Komplementarumas – specifinis bazių poravimasis DNR grandinėse.

Prisimink

Bendroje α aminorūgšties formulėje $\ce{H2N-CH(R)-COOH}$ tas pats C sujungtas su amino grupe, karboksilo grupe, H ir šonine grupe $R$. R lemia konkrečios aminorūgšties savybes.

Aminorūgštys ir peptidinis ryšys

Aminorūgštis gali atiduoti protoną per $\ce{-COOH}$ ir jį priimti per $\ce{-NH2}$, todėl yra amfoterinė. Artimoje neutraliai terpėje dažnai vaizduojamas cviterjonas:

$\ce{H2N-CH(R)-COOH <=> H3N+CH(R)COO-}.$

Vienos aminorūgšties karboksilo grupei kondensuojantis su kitos amino grupe susidaro peptidinis ryšys $\ce{-CO-NH-}$ ir vanduo. Dipeptidas turi vieną peptidinį ryšį; tiesinėje $n$ aminorūgščių grandinėje jų yra $n-1$.

$$\ce{H2N-CH(R)-COOH + H2N-CH(R')-COOH -> H2N-CH(R)-CO-NH-CH(R')-COOH + H2O}.$$

Hidrolizė yra priešinga kryptis: peptidinis ryšys reaguoja su vandeniu ir grandinė skyla į trumpesnius peptidus arba, visiškai hidrolizuojant, aminorūgštis:

$$\ce{H2N-CH(R)-CO-NH-CH(R')-COOH + H2O -> H2N-CH(R)-COOH + H2N-CH(R')-COOH}.$$

Baltymo struktūra

• Pirminė – aminorūgščių seka.
• Antrinė – vietinės spiralės ar klostės, stabilizuojamos karkaso vandeniliniais ryšiais.
• Tretinė – vienos polipeptidinės grandinės bendra erdvinė forma, kurią stabilizuoja įvairios šoninių grupių sąveikos.
• Ketvirtinė – kelių polipeptidinių subvienetų sąranga.

Denatūracija suardo aukštesniuosius struktūros lygmenis dėl temperatūros, pH, tirpiklių ar sunkiųjų metalų jonų poveikio, tačiau pati savaime nehidrolizuoja peptidinių ryšių ir nekeičia aminorūgščių sekos. Hidrolizė, priešingai, nutraukia peptidinius ryšius jiems reaguojant su vandeniu.

Biureto reakcija

Šarminėje terpėje $\ce{Cu^{2+}}$ jonai su junginiu, turinčiu bent du peptidinius ryšius, sudaro violetinį kompleksą. Teigiamas rezultatas rodo pakankamai peptidinių ryšių turinčią medžiagą, bet neatskleidžia konkretaus baltymo sekos. Reikalinga neigiama kontrolė be baltymo ir teigiama žinomo baltymo kontrolė.

Nukleotidai, DNR ir RNR

Nukleotidą sudaro fosfato grupė, pentozė ir azotinė bazė. Nukleotidai grandinėje sujungti fosfodiesteriniais ryšiais į cukraus–fosfato karkasą. DNR paprastai turi deoksiribozę ir bazes A, T, G, C; dvi antiparalelias grandines laiko komplementarių bazių vandeniliniai ryšiai: A poruojasi su T, G – su C.

RNR paprastai turi ribozę, vietoje timino – uracilą, ir dažnai yra viengrandė. Bazės seka neša informaciją; baltymo ir nukleorūgšties polimerų ryšiai bei monomerai nėra tie patys.

Išspręstas pavyzdys

Užduotis. Užrašykite 5'-AGTC-3' DNR fragmento komplementarią grandinę.

1. Taikome poravimąsi A–T ir G–C, todėl raidžių poros yra T, C, A, G.
2. DNR grandinės antiparalelios: prieš pateiktą 5' galą rašome 3' galą.
3. Patikriname kiekvieną porą ir kryptį.

Atsakymas: 3'-TCAG-5'. Vien seka TCAG be krypčių būtų dviprasmiška.

Dažnos klaidos

• Denatūraciją prilyginti visiškai hidrolizei iki aminorūgščių.
• Dipeptide suskaičiuoti du peptidinius ryšius.
• Vandenilinius ryšius tarp DNR bazių painioti su kovalentiniais karkaso ryšiais.
• Teigiamą Biureto bandymą laikyti konkretaus baltymo identifikacija.
• RNR visada vadinti tikslia dvigrande DNR kopija.

Tyrimas ir sauga

Tirkite temperatūros ar pH poveikį baltymo tirpalui, naudodami vieną nepriklausomą kintamąjį, kontrolę ir pakartojimus. Drumstumas rodo agregaciją, bet savaime neparodo, kurie ryšiai pakito. Dirbkite su akiniais; stiprias rūgštis ir bazes skiedžia mokytojas, biologiniai mėginiai nevartojami ir po bandymo utilizuojami pagal nurodymus.

Santrauka

• Peptidinis ryšys susidaro kondensuojantis amino ir karboksilo grupėms.
• Denatūracija keičia baltymo erdvinę struktūrą, hidrolizė nutraukia peptidinį ryšį.
• DNR ir RNR nukleotidų sekos saugo informaciją; jų karkasą sudaro fosfodiesteriniai ryšiai.

Oficialūs šaltiniai

• SRC-BP-V1269 – III gimnazijos klasės gyvybės chemija: baltymai ir nukleorūgštys.
• SRC-EMOKYKLA-CHEM – oficialus programos atvaizdavimas.
• SRC-IR-2025 – biologinių molekulių tyrimo ir saugos metodinės rekomendacijos.