bồi dưỡng học sinh giỏi hóa học thpt chuyên đề bài tập AMINO AXIT bồi DƯỠNG học SINH GIỎI QUỐC GIA, QUỐC tế

Bài tập hóa học là một trong những yếu tố đặc biệt có tác dụng rèn luyện kỹ năng vận dụng, đào sâu và mở rộng kiến thức đã học một cách sinh động, phong phú và thông qua đó để ôn tập, rè

BÀI TẬP AMINO AXIT BỒI DƯỠNG HỌC SINH GIỎI

QUỐC GIA, QUỐC TẾ

I MỞ ĐẦU

Trong quá trình giảng dạy ở lớp chuyên Hóa và bồi dưỡng các đội tuyển học sinh giỏi môn Hóa, nhiệm vụ phát triển tư duy cho học sinh là một nhiệm

vụ rất quan trọng

Bài tập hóa học là một trong những yếu tố đặc biệt có tác dụng rèn luyện

kỹ năng vận dụng, đào sâu và mở rộng kiến thức đã học một cách sinh động, phong phú và thông qua đó để ôn tập, rèn luyện một số kỹ năng cần thiết về hóa học, rèn luyện tính tích cực, tự lực, trí thông minh sáng tạo cho học sinh, giúp học sinh hứng thú trong học tập và đạt kết quả cao trong các kì thi Qua bài tập hóa học giáo viên kiểm tra, đánh giá việc nắm vững kiến thức và kỹ năng hóa học của học sinh, từ đó phát triển tư duy cho học sinh

Vì vậy , trong quá trình giảng dạy đội tuyển học sinh giỏi Tỉnh và Quốc gia tôi đã sưu tầm và tập hợp lại một số câu hỏi và bài tập theo một số chuyên

đề , trong đó có phần bài tập amino axit

Trong cấu trúc đề thi học sinh giỏi quốc gia và thi chọn đội tuyển tham

dự Olympic Hóa học quốc tế “ Bài tập amino axit” là phần gần như không thể thiếu Do đó, xây dựng hệ thống câu hỏi và bài tập phần “Bài tập amino axit, nhất là phần bài tập xác định cấu trúc peptit ”dùng cho học sinh lớp chuyên Hoá học , đặc biệt là các học sinh đội tuyển ghép và đội tuyển học sinh giỏi Quốc gia

sẽ giúp học sinh học tốt hơn và chuẩn bị tốt hơn cho các kỳ thi học sinh giỏi Hóa học các cấp cả về lý thuyết – bài tập – phương pháp giải, góp phần nâng cao chất lượng giảng dạy và học tập môn Hóa học, chất lượng giải môn Hóa trong các kì thi học sinh giỏi

II.NỘI DUNG

XÁC ĐỊNH CẤU TRÚC CỦA PEPTIT

A TÓM TẮT LÝ THUYẾT

Phân tích cấu trúc của 1 peptit đòi hỏi phải xác định rõ: những amino axit nào có mặt trong phân tử? lượng tương đối của 1 amino axit là bao nhiêu? Trình

tự sắp xếp các đơn vị amino axit như thế nào?

Để trả lời các câu hỏi trên cần thực hiện các bước sau:

1 Giai đoạn đầu là phân cắt liên kết –S-S- bằng cách đun nóng peptit với axit peoxyfomic để chuyển nhóm disunfua –S-S- thành nhóm sunfonic –SO3H:

-S-S- + HCOOOH → -SO3H + HO3

S-2 Xác định thành phần các amino axit có trong phân tử peptit

Để xác định bản chất của các amino axit và tỉ lệ của mỗi amino axit cần thủy phân hoàn toàn peptit với HCl 6N ở 1120C trong 24-72 giờ, sau đó nhận diện và chuẩn độ các amino axit sinh ra bằng các phương pháp khác nhau, chủ yếu là sắc kí

3.Xác định các amino axit ở hai đầu của phân tử peptit

a Xác định amino axit đầu N.

*Thoái phân Edman

Bước 1 Phản ứng của nhóm amino tự do với phenyl isoxianat , sản phẩm là một phenyl thioure

R1

CH O

C NH peptit

H2N

R1

CH

O

C NH peptit

HN

R1

CH O

C NH peptit

phenyl thioure

Bước 2 Đóng vòng, thủy phân và tách amino axit đầu mạch

NH

C

HN

CH C

S

R 1

Ph

NH O

H

peptit

NH C

HN

CH C S

R 1

Ph

NH OH

peptit

N

C

HN

CH C

S

R 1

Ph

NH2 O

peptit

H

H2O

N C HN

CH C S

R 1

Ph

NH2

O

peptit +

*Phương pháp Sanger

Theo phương pháp này, người ta cho peptit phản ứng với thuốc thử Sanger (1-fluoro-2,4-dinitrobenzen), sau đó thủy phân bằng dung dịch HCl 6M được hỗn hợp các amino axit tự do và amino axit đầu N liên kết với 2,4-dinitroflobenzen

NO2

F H3N

R1

CH O

C NH peptit

O2N

NO2

NH

R1

CH O

C NH peptit O2N

NO2

NH

R1

+

vµ c¸c amino axit

b Xác định amino axit đầu C.

Dùng men cacboxypeptidase

NH

Rn-1

CH O

C NH

Rn

CH O

C OH cacboxypeptidase / H2O peptit

NH

Rn-1

CH O

C

Rn

CH O

C OH +

c.Thủy phân từng phần mạch peptit và tổ hợp kết quả.

Dùng 1 số enzim đặc hiệu để xúc tác cho sự phân cắt liên kết peptit ở những vị trí nhất định như:

Trypsin: Cắt mạch tại nhóm cacboxyl của lysine và arginine

Chymotrypsin: Cắt mạch tại nhóm cacboxyl của những amnino axit có vòng

thơm, như: phenylalanine, tyrosine và trytophan

Pepsin:phân cắt liên kết peptit của các amino axit như Chymotrypsin, ngoài ra

còn leuxin, methionin…

Dùng BrCN ( xyanobromua) phân cắt mạch chỉ ở nhóm cacbonyl của methionin

và methionin ở cuối mạch tồn tại ở dạng lacton homoserin

B BÀI TẬP

Bài 1.

Khi thủy phân hoàn toàn 1 mol tripeptit B thu được 2 mol Glu, 1 mol Ala

và 1 mol NH3 X không phản ứng với 2,4-dinitroflobenzen và X chỉ có một

nhóm cacboxyl tự do Thủy phân X nhờ enzim cacboxipeptidaza thu được

alanin Xác định công thức cấu tạo của B

Bài giải

Thủy phân X nhờ enzim cacboxipeptidaza thu được alanin, chứng tỏ B có Ala ở đầu C

Amino ở đầu N liên kết với vơi nhóm cacboxyl tạo thành lactam, khiến nó không phản ứng với thuốc thứ Sanger Vì chỉ có một nhóm cacboxyl tự do nên nhóm cacboxyl cả Glu còn lại ở dạng amit Cấu trúc của B là:

NH CH

CH3 CH

NH CO CH

O

CH2

CH2CONH2 H

N O

Bài 2.

Thủy phân hoàn toàn hexapeptit (C) thu được Ala, Arg, Gly, Lys, Try, Val và NH3 Ủ hexapeptit C với chymotrypsin thu được một dipeptit là Arg.Try

và một tetrapeptit (D) chứa Gly, Lys, Ala và Val C hoặc D đều không phản ứng khi ủ với cacboxypeptitdaza Khi thủy phân từng phần D thì thu được Ala.Val, Gly.Lys, Lys.Ala và NH3 E được tạo thành khi ch thoái phân Edman Xác định cấu trúc của C

N N S

O

Ph

H (E)

Bài giải

Sự tạo thành chất E cho biết đầu N của D là Gly

Khi thủy phân từng phần D thì thu được Ala.Val, Gly.Lys, Lys.Ala và NH3 nên

D có cấu trúc:

Gly.Lys.Ala.Val

Ủ hexapeptit C với chymotrypsin thu được một dipeptit là Arg.Try và một tetrapeptit (D) Nên Try liên kết với Gly C và D đều không phản ứng với

cacboxypeptitdaza nên nhóm cacboxyl của chúng tồn tại ở dạng amit

Cấu trúc của C là Arg.Try.Gly.Lys.Ala.Val-amit

Bài 3.

Từ các thông tin sau hãy cho biết trật tự liên kết các aminoaxit trong heptapeptit (F) Thủy phân không hoàn toàn tạo ra Ser.Asp.Phe (G), Ala.His.Ser (H), và Phe.Ala (I), ủ một thời gian với cacboxypeptidaza giải phóng ra Ala

Bài giải

Ủ một thời gian với cacboxypeptidaza giải phóng ra Ala, chứng tỏ Ala nằm ở đầu C (I) nằm ở cuối mạch, đứng trước là (G) và trước (G) là (H) Khi đó: Ala.His.Ser.Asp.Phe.Ala Amino axit thứ 7 chỉ có thể là Phe Vậy cấu trúc của F là: Ph.Ala.His.Ser.Asp.Phe.Ala

Bài 4.

Nonapeptit vasodilator bradykinin chứa các aminoaxit sau : 2Arg, Gly,

2Phe, 3Pro và Ser Thủy phân với cacboxypeptidaza thì thấy Arg được giải phóng đầu tiên Thủy phân từng phần thì tạo các sản phẩm :

Pro.Pro.Gly,Ser.Pro.Phe,Pro.Gly.Phe,Arg.Pro và Phe.Ser Xác định trật tự liên

kết của các aminoaxit trong bradykinin.

Bài giải:

Sự giải phóng Arg từ sự thủy phân bằng men cacboxypeptidaza, chứng tỏ Ala nằm ở đầu C Xác định thứ tự các amino axit bằng cách:

Agr.Pro Pro.Pro.Gly Pro.Gly.Phe Phe.Ser Ser.Pro.Phe Arg

Vậy cấu trúc của Nonapeptit vasodilator bradykinin là

Agr.Pro.Pro.Gly.Phe.Ser.Pro.Phe.Arg

Bài 5.

Pentapetit A có thành phần 2Glu, Ala, Phe và Val, không tạo N2 khi tác dụng với HNO2 Thủy phân A tạo sản phẩm Ala.Gly và Gly.Ala Viết công thức

có thể có của A

Bài giải

Vì không giải phóng N2 nên không có nhóm amino tự do ở đều mạch và

A phải là peptit vòng Vì khi thủy phân tạo thành Gly.Ala.Gly Hoán vị Phe và Val ta được hai cấu trúc của A

Ala Gly Phe Val

Gly

Ala Gly Val Phe và

Bài 6: Đề thi HSG Quốc gia - 2001

Khi thuỷ phân hoàn toàn 1 mol tripeptit X thu được 2 mol axit glutamic

( HOOC(CH2)2CH(NH2)COOH ), 1 mol alanin ( CH3CH(NH2)COOH ) và 1 mol

NH3 X không phản ứng với 2,4-đinitroflobenzen và X chỉ có một nhóm cacboxyl tự do Thuỷ phân X nhờ enzim cacboxipeptiđaza thu được alanin và một đipeptit Y

Viết công thức cấu tạo của X , Y và gọi tên chúng.

Bài giải

Tripeptit X có cấu tạo theo trật tự Glu-Glu-Ala Vì theo dữ kiện đầu bài

aminoaxit đuôi (đuôi C) là Ala, nhóm -NH2 của aminoaxit đầu (đầu N) đã tạo thành lactam với nhóm -COOH của đơn vị Glu thứ nhất, nhóm -COOH của đơn

vị thứ Glu hai ở dạng chức amit -CONH2 (do thuỷ phântạo ra NH3) Vậy:

O O

X: NH - CH - C - NH - CH - C - NH - CH - COOH ;

O=C (CH2)2-CONH2 CH3

CH2 - CH2 -Glutamolactam--ylglutaminylalanin

O

Y: NH - CH - C - NH - CH - COOH

O=C (CH2)2-CONH2

CH2 - CH2 -Glutamolactam--ylglutamin

Bài 7: Đề thi HSG Quốc gia - 2002

Arg, Pro và Ser có trong thành phần cấu tạo của nonapeptit brađikinin Thuỷ phân brađikinin sinh ra Gly ; Ser-Phe ; Gly-Phe-Ser ; Pro-Phe-Arg ; Arg-Pro-Pro ; Pro-Gly-Phe ; Phe-Ser-Pro

a) Dùng kí hiệu 3 chữ cái (Arg, Pro, Gly, ), cho biết trình tự các aminoaxit

trong phân tử brađikinin

b) Viết công thức Fisơ và cho biết nonapeptit này có giá trị pHI trong khoảng nào? ( 6; <6; << 6; > 6; >> 6)

Bài giải

Brađikinin

Arg-Pro-Pro-Gly-Phe-Ser-Pro-Phe-Arg

pHI >> 6 vì phân tử chứa 2 nhóm guaniđino, ngoài ra còn có 3 vòng piroliddin

COOH

CO-NHH

CO-NHH CH 2  3 NHC(=NH)NH 2

CO-N H CH 2 C 6 H 5

CO-NHH

CO-NH-CH 2 -CO-NHH CH 2 OH

CON H CH 2 C 6 H 5

CO-N H

NH 2 H

CH 2  3 NHC(=NH)NH 2

Bài 8: Đề thi HSG Quốc gia - 2003

TRF là tên viết tắt một homon điều khiển hoạt động của tuyến giáp Thuỷ phân hoàn toàn 1 mol TRF thu được 1 mol mỗi chất sau:

N CH 2 CHCOOH

NH 3 ; COOH ; HOOC-CH 2 -CH 2 -CH-COOH ;

N (Pro) NH 2 (Glu) N NH 2

H H ( His)

Trong hỗn hợp sản phẩm thuỷ phân không hoàn toàn TRF có đipeptit His-Pro Phổ khối lượng cho biết phân tử khối của TRF là 362 đvC Phân tử TRF không chứa vòng lớn hơn 5 cạnh

Hãy xác định công thức cấu tạo và viết công thức Fisơ của TRF.

Bài giải

* Từ dữ kiện thủy phân suy ra 2 công thức Glu-His-Pro và His-Pro-Glu

(đều có 1 nhóm

–CO – NH2)

* Từ M = 362 đvC suy ra có tạo ra amid vòng (loại H2O)

* Từ dữ kiện vòng  5 cạnh suy ra Glu là aminoaxit đầu N và tạo lactam 5 cạnh, còn Pro là aminoaxit đầu C và tạo nhóm – CO – NH2

Vậy cấu tạo của TRF:

HN CH

O

CO-NH CH CO N CH CO-NH2

CH2

N

NH

Công thức Fisơ:

NH CO

CO

CO

CH2

NH2

H

H H

NH

N

NH

Bài 9: Đề thi HSG Quốc gia - 2007

Thủy phân hoàn toàn một hexapeptit M thu được Ala, Arg, Gly, Ile, Phe

và Tyr Các peptit E (chứa Phe, Arg) và G (chứa Arg, Ile, Phe) được tạo thành trong số các sản phẩm thủy phân không hoàn toàn M Dùng 2,4-dinitroflobenzen xác định được amino axit Ala Thủy phân M nhờ tripsin thu được tripeptit A (chứa Ala, Arg, Tyr) và một chất B

a Xác định thứ tự liên kết của các amino axit trong M

b Amino axit nào có pHI lớn nhất và amino axit nào có pHI nhỏ nhất? Biết cấu tạo chung của các amino axit là H2N-CHR-COOH

AA’: Ala Arg Gly Ile Phe Tyr

R : CH 3 (CH 2 ) 3 NHC(=NH)NH 2 H CH(CH 3 )C 2 H 5 CH 2 C 6 H 5 p-HOC6 H 4 CH 2

Bài giải

a Hexapeptit M có đầu N là Ala Thuỷ phân M nhờ tripsin xác định được tripeptit là: Ala – Tyr – Arg Dipeptit E có cấu tạo Arg-Phe Tripeptit G có cấu tạo: Arg-Phe-Ile Do vậy amino axit đầu C là: Gly

Ala-Tyr – Arg

Arg-Phe Arg- Phe-Ile

Gly Vậy cấu tạo của M: Ala – Tyr – Arg – Phe – Ile – Gly

b pHI lớn nhất: Arg, vì có nhóm guanidin (có 3 nguyên tử N)

pHI nhỏ nhất: Phe, vì có nhóm phenyl

Bài 10: Đề thi HSG Quốc gia - 2008

Thủy phân hoàn toàn một nonapeptit X thu được Arg, Ala, Met, Ser, Lys,

Phe2, Val, và Ile Sử dụng phản ứng của X với 2,4-đinitroflobenzen xác định được Ala Thuỷ phân X với trypsin thu được pentapeptit (Lys, Met, Ser, Ala, Phe), đipeptit (Arg, Ile) và đipeptit (Val, Phe) Thuỷ phân X với BrCN dẫn đến

sự tạo thành một tripeptit (Ser, Ala, Met) và một hexapeptit Thuỷ phân với

cacboxypeptiđaza cả X và hexapeptit đều cho Val

Xác định thứ tự các amino axit trong X.

Bài giải

Theo đề bài xác định được đầu N là Ala; đầu C là Val

Thủy phân với trypsin thu được: Ala-(Met, Ser, Phe)-Lys

Ile-Arg và Phe-Val Dựa vào kết quả thủy phân với BrCN, suy ra: Ala-Ser-Met-Phe-Lys

Vậy X là: Ala-Ser-Met-Phe-Lys-Ile-Arg-Phe-Val

Bài 11: ĐỀ THI CHỌN ĐỘI TUYỂN QUỐC GIA DỰ THI OLYMPIC QUỐC TẾ 2008 - 2009

Người ta phân lập được một tetrapeptit (peptit A) từ prothrombin người Cấu tạo của peptit A được tiến hành xác định như sau:

a Bằng phương pháp Edman thì nhận được trình tự aminoaxit của peptit A là

Leu-Glu-Glu-Val

b Để tiếp tục xác định cấu tạo, người ta tiến hành điện di trên giấy ở pH 6,5

peptit A và một peptit tổng hợp B (cũng có trình tự aminoaxit là

Leu-Glu-Glu-Val) thì lại nhận được quãng đường di chuyển không giống nhau, cụ thể như hình dưới đây:

Peptit A

Peptit B

0 1 2 3 đơn vị độ dài

c Khi thuỷ phân hai peptit A và B bằng HCl 6N ở 110oC, thì cả A và B đều cho Leu(1), Glu(2), Val(1); nhưng khi thuỷ phân bằng kiềm thì peptit B cho Leu(1), Glu(2), Val(1) còn peptit A cho Leu(1), X(2), Val(1).

Hãy giải thích các kết quả thực nghiệm để xác định cấu tạo của X và gọi tên X theo danh pháp IUPAC

Bài giải Xác định cấu trúc của X

- Phương pháp Edman thực hiện ở pH thấp,biết được trình tự là Leu-Glu-Glu-Val

- Điện di ở pH 6,5 cho thấy peptit A dịch chuyển nhanh hơn về phía cực dương(+), chứng tỏ A có điện tích âm lớn hơn B,tính axit của A lớn hơn B

- Khi thuỷ phân trong môi trường HCl 6N ở 110oC thì cả A và B đều thu được Leu(1), Glu(2) và Val(1) Kết hợp với phương pháp Edman ở trên cho thấy các quá trình này thực hiện ở môi trường axit mạnh,pH thấp.Ở pH thấp phân tử X bị đecacboxyl hoá,loại CO2 mất đi 1 nhóm –COOH

- Khi thuỷ phân bằng kiềm peptit A tạo ra Leu(1),X(2) và Val(1),trong môi trường kiềm không có quá trình decacboxyl hoá nên nhận được X(2)

- Kêt hợp các kết quả trhí nghiệm cho thấy X có thêm 1 nhóm –COOH so với Glu tức là khi loại 1 nhóm –COO thì X chuyển thành Glu

X

NH2

CH2 HOOC

HOOC CH CH2 CH

NH2 COOH

COOH

X :

VËy

Gọi tên: Axit 3-aminopropan-1,1,3-tricacboxylic

2,5

1,7

Bài 12: ĐỀ THI CHỌN ĐỘI TUYỂN QUỐC GIA DỰ THI OLYMPIC QUỐC TẾ 2010 - 2011

Thủy phân hoàn toàn polypeptit A người ta thu được các amino axit: Val Trp Met2 Gly2 Lys Ala2 Ile Pro Asp Arg Tyr Cys Thủy phân A bằng xúc tác trypsin thì thu được các phân đoạn sau: Val-Trp-Met-Gly-Lys, Ala-Ile-Pro-Met-Asp-Arg, Tyr-Ala-Gly-Cys Nếu dùng xúc tác chymotrypsin thì thu được: Ala-Gly-Cys, Met-Gly-Lys-Ala-Ile-Pro-Met-Asp-Arg-Tyr, Val-Trp

Hãy xác định trình tự các amino axit trong A

Bài giải

Theo bài ra, ta có các phân đoạn sau:

Val-Trp-Met-Gly-Lys

Met-Gly-Lys-Ala-Ile-Pro-Met-Asp-Arg-Tyr

Val-Trp Ala-Ile-Pro-Met-Asp-Arg

Tyr-Ala-Gly-Cys

Dựa vào các phân đoạn trên, có thể kết luận trình tự các amino axit của polypeptit A là:

Val-Trp-Met-Gly-Lys-Ala-Ile-Pro-Met-Asp-Arg-Tyr-Ala-Gly-Cys Bài 13: ĐỀ THI CHỌN ĐỘI TUYỂN QUỐC GIA DỰ THI OLYMPIC QUỐC TẾ 2011 - 2012

Từ cây nhãn chày, các nhà khoa học Việt Nam đã tách được một peptit X

dưới dạng tinh thể màu trắng, có phân tử khối là 485 Sử dụng hóa chất để thủy

phân X và các phương pháp phân tích phù hợp đã xác định được thứ tự sắp xếp các α-amino axit trong X: phenylalanin, alanin, glyxin, prolin, isoleuxin Biết rằng X phản ứng với axit nitrơ không giải phóng khí nitơ Hãy xác định công thức cấu trúc của peptit X; công thức cấu tạo của các α-amino axit như sau:

Ph

NH2

COOH

Phelylalanin

COOH

NH2

Alanin

H2N COOH

Glyxin

NH COOH

Prolin Isoleuxin

COOH

NH2

Bài giải

Ala-Gly-Cys