Задачи и упражнения

1. Каждому студенту выдается таблица со структурными формулами аминокислот. Задание: выучить наизусть эти структуры, а также их обозначения трехбуквенным и однобуквенным кодами.
2. Определите аминокислоты, отличающиеся друг от друга одной метильной или метиленовой группой.
3. 20 стандартных аминокислот называются а-аминокислотами, однако определенные аминокислоты в природе существуют в |3-форме. Нарисуйте структуру 0-аланина (3-амино-пропионата).
4. Изобразите дипептид Asp-His при pH 7.0.
5. Нарисуйте кривые титрования аспарагиновой кислоты и лизина.

Определите общий заряд этих аминокислот при а) pH 1.0; Ь) pH 3.0; с) pH 6.0; d) рНН.О.

6. Аминокислота тирозин была растворена в воде в виде полипептида, содержащего множество остатков тирозина (polyTyr) и в форме единичных молекул. Как форма повлияет на растворимость при условии, что общее количество молекул тирозина останется постоянным?
7. Какой из этих пептидов имеет большее поглощение при 280 нм:
- а) Gln-Leu-Glu-Phe-Thr-Leu-Asp-Gly-Tyr;
- б) Ser-Val-Trp-Asp-Phe-Gly-Tyr-Trp-Ala?
8. а) В какой последовательности аминокислоты Arg, His и Leu будут элюировать с карбоксиметиленовой колонки при pH = 6?
б) В какой последовательности Glu, Lys и Vai будут элюировать с диэтил-аминоэтил колонки при pH = 8?
9. Аминный азот по Ван-Слайку определяют реакцией с азотистой кислотой:

R-NH₂ + HNO₂ -> n₂t

Какой объем азота выделится (при нормальных условиях) при обработке азотистой кислотой 0,001 моля лейцина, лизина, пролина?

10. Сальмин - полипептид, выделенный из спермы лосося, обладает уникальным аминокислотным составом, состоящим из семи аминокислотных остатков. Было показано, что в 100 г этого белка содержится: изолейцина - 1,28 г, аланина - 0,89 г, валина - 3,68 г, глицина - 3,01 г, серина - 7,29 г, пролина - 6,9 г, аргинина - 86,4 г. Определите аминокислотный состав этого белка. Напишите его брутто-формулу в трехбуквенном и однобуквенном виде.
11. Белок содержит 0,29 % триптофана. Какова его минимальная молекулярная масса?
12. Изобразите пространственную структуру трипептида Gly-Pro-Arg - одного из повторяющихся фрагментов в составе коллагена.
13. Фермент с молекулярной массой 300 000 диссоциирует в кислой среде на 2 компонента с молекулярной массой 100 000 и 50 000. Более крупные частицы составляют 2/3 всего белка и обладают каталитической активностью; частицы меньшего размера - не активны. Обработка больших частиц меркаптоэтанолом приводит к потере каталитической активности и уменьшению молекулярной массы н по данным гель-фильтрации. Полученный при этом продукт выходит одним пиком. Какие выводы можно сделать о структуре фермента?
14. Дана последовательность (фрагмент гемоглобина):

VLSPAKTNVKAAWGKVGAHAGEYGAEATE.

Как обработать этот фрагмент, чтобы установить его последовательность? Опишите последовательность операций и результаты, к которым приводит каждая из них.

15. Сенгер секвенировал A-цепь бычьего инсулина. При его полном гидролизе получаются G, A, V₂, L₂,1, С₄, D₂, Е₄, S₂, Y₂.

При обработке динитрофторбензолом получил ДНФ-глицин, С-концевой остаток - аспарагиновая кислота.

При частичном кислотном гидролизе среди прочих фрагментов обнаруживаются фрагменты: CCA, EDY, EEC, ELE, CD, YC, SVC, ECC, SLY, LYE, GIVEE.

После расщепления пепсином получается пептид, который при гидролизе дает SVC и SL. Укажите полную последовательность цепи А бычьего инсулина.

16. Вычислите общую длину всех полипептидных цепей одной клетки Е. соП, содержащей 10⁶ молекул белка (молекулярная масса каждого - 40 000). Считайте, что все молекулы собраны в а-спирали.
17. Волосы растут со скоростью 15-20 см в год. Зона роста находится в основании волоса, где синтезируются и скручиваются нити а-кератина. Основным структурным элементом кератина является а-спираль, виток которой имеет шаг 5,5 ангстрема и содержит 3,6 аминокислотных остатка. Рассчитайте скорость образования пептидных связей кератина (число пептидных связей в секунду), которая обеспечивает наблюдаемый рост волос.
18. Какая из аминокислот скорее всего будет на поверхности белка: триптофан или глутамин? Какую из аминокислот маловероятно встретить внутри белкового пространства: серин или валин? Какую из аминокислот маловероятно встретить в середине а-спирали: лейцин или изолейцин?
19. Дан пептид NMTQGRCKPVNTFVHEPLVDVQNVCFKE. Вам необходимо «разрезать» его на меньшие фрагменты. Какая из представленных в табл. 1.4 протеаз расщепит пептид на большее количество фрагментов? А какая на меньшее? Напишите последовательности получаемых в результате гидролиза фрагментов.

Таблица 1.4

Специфичность некоторых эндопептидаз

ІІ Ї" 'ІІ

---NH---СН---С----NH---СН---С-----

Место расщепления связи

Фермент	Источник	Специфичность	Комментарии
Трипсин	Бычья поджелудочная железа	R„ ] = положительно заряженные остатки: Arg, Lys; R„Pro	Высоко специфичен
Химотрипсин	Бычья поджелудочная железа	R„ , = массивные гидрофобные остатки: Phe, Тгр, Туг; R„Pro	Медленно расщепляет по R„ ! = Asn, His, Met, Leu
Эластаза	Бычья поджелудочная железа	R,, і = маленькие нейтральные остатки: Ala, Gly, Ser, Vai; R„Pro
Термолизин	Bacillus thermo-proteolyticus	R„ = lie, Met, Phe, Trp, Tyr, Vai; R„-i Pro	Иногда расщепляет no R„ = Ala, Asp, His, Thr, устойчив к нагреванию
Пепсин	Бычья слизи стая желудка	R„ = Leu, Phe, Trp, Tyr; R„ , Pro	Весьма неспецифи-чеи; pH оптимум = 2
Эндопептидаза V8	Staphylococcus aureus	R„ , = Glu

20. В таблице ниже представлены первые 10 аминокислотных остатков В-спирали миоглобина различных организмов. Основываясь на этой информации, определите какие из позиций: а) не могут быть изменены; б) допускают консервативные замены на схожие по структуре или свойствам аминокислотные остатки; в) заменяются на любые аминокислотные остатки:

Позиция	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
Человек	D	I	Р	G	Н	G	Q	Е	V	L
Курица	D	I	А	G	Н	G	н	Е	V	L
Аллигатор	К	L	Р	Е	н	G	н	Е	V	I
Черепаха	D	L	S	А	н	G	Q	Е	V	1
Тунец	D	Y	Т	Т	м	G	G	L	V	L
Карп	D	F	Е	G	т	G	G	Е	V	L

21. Объясните, почему желатин, являющийся коллагеном, менее питателен, чем другие белки.

22. Ферменты способны работать в довольно узком диапазоне pH. Какие процессы происходят в белке при сильном закислении или защелачивании среды, вызывающим потерю активности фермента?

Контрольные вопросы и задания

1. На отдельном листочке каждому студенту дается одна из структур (a—f), из нижеприведенного рисунка.

Структурные формулы к заданию 1 (примеры)

Рассмотрите внимательно эти структуры и ответьте на следующие вопросы: а) является ли данная структура пептидом? б) если «да», то изобразите последовательность аминокислот в нем трехбуквенным и однобуквенным кодом.

2. Пищеварительный тракт личинки платяной моли имеет восстанавливающую среду. Какие преимущества дает личинке это свойство?
3. Дана аминокислотная последовательность:

NMTQGRCKPVNTFVHEPLVDVQNVCFKE

а) изобразите ее, используя трехбуквенный код; б) где в данной последовательности возможно образование изгибов или 0-поворотов? в) где могут образоваться внутримолекулярные дисульфидные мостики? г) представьте, что данный полипептид - это низкомолекулярный глобулярный белок. Какие аминокислоты экспонированы внутрь белковой глобулы, а какие - во внешнюю?

Библиографический список

1. Высоцкий Е. С., Маркова С. В., Франк Л. А. Кальций-регулиру-емые фотопротеины морских кишечнополостных // Молекулярная биология. 2006. Т. 40. С. 404-417.
2. Y. J. Gordon, Е. G. Romanowski. A Review of antimicrobial peptides and their therapeutic potential as anti-infective drugs // Current Eye Research. 2005. V. 30. No. 7. P. 505-515.
3. J. D. Steckbeck, B. Deslouches, R. C. Montelaro. Antimicrobial peptides: new drugs for bad bugs? П Expert opinion on biological therapy. 2014. V. 14. No. l.P. 11-14.