שאלה 1 - pI של פפטיד
ה-pI של הפפטיד $\ce{Glu-His-Trp-Cys-Gly-Leu-Arg-Pro-Gly}$ הינו בסביבות:
- 9.3
- 7.1
- 10.1
- 8.2
- 12.1
ניעזר בטבלה של תכונות וקונבציות של חומצות אמינו:
| amino acid | pKa (N-terminus) | pKa (C-terminus) | pKa (R group) |
|---|---|---|---|
| Glutamic acid | 9.67 | 4.25 | |
| Histidine | 6.0 | ||
| Cysteine | 8.18 | ||
| Leucine | |||
| Arginine | 12.48 | ||
| Proline | |||
| Glycine | 2.34 |
נעבור על הפפטיד משמאל לימין:
- קצה אמיני (N-terminus): pKa = 9.67
- שייר של גלוטמאט (Glu): pKa = 4.25
- שייר של היסטידין (His): pKa = 6.0
- שייר של ציסטאין (Cys): pKa = 8.18
- שייר של ארגינין (Arg): pKa = 12.48
- קצה קרבוקסילי (C-terminus): pKa = 2.34
נבדוק את המטען של הפפטיד בסביבה חומצית (pH נמוך מ-2.34) - אפשר לקבל את המידע מדף העזר:
- קצה אמיני: $+1$
- גלוטמאט: $0$
- היסטידין: $+1$
- ציסטאין: $0$
- ארגינין: $+1$
- קצה קרבוקסילי: $0$
סה”כ מטען: $+3$
אפשר מפה לעשות קפיצות מטען לפי pKa, כי בכל שלב המטען משתנה ב-1:
- מעבר מעל pKa של קצה קרבוקסילי (2.34): מטען יורד ל-$+2$
- מעבר מעל pKa של גלוטמאט (4.25): מטען יורד ל-$+1$
- מעבר מעל pKa של היסטידין (6.0): מטען יורד ל-$0$
- מעבר מעל pKa של ציסטאין (8.18): מטען יורד ל-$-1$
ניתן לחשב שה-pI הוא הממוצע של שני ה-pKa שסביב המטען ה-$0$:
\[\boxed{pI = \frac{6.0 + 8.18}{2} = 7.09}\]שאלה 2 - מטען של פפטיד בתמיסה
מה המטען של הפפטיד הבא ב-$0.1 \, \mathrm{M}$ $\ce{HCl}$: $\ce{Glu-His-Trp-Cys-Gly-Leu-Arg-Pro-Gly}$?
כדי לפתור נחלץ את ה-$\text{pH}$ של התמיסה ואז ניעזר בגרף מהשאלה הקודמת.
מדובר בחומצה חזקה, אז ניתן לקבל שהריכוז של יוני המימן בתמיסה שווה לריכוז של החומצה:
\[\begin{aligned} \text{pH} &= - \log \left[ \ce{H+} \right] \\ &= - \log \left[ 0.1 \right] \\ &= 1 \end{aligned}\]ב-$\text{pH}=1$ המטען של הפפטיד הוא $\boxed{+3}$.
שאלה 3
איזה מהמשפטים הבאים אינו נכון:
- רק חומצות אמיניות ארומטיות בולעות אור באורך גל >nm280.
- כל החומצות האמיניות המרכיבות חלבונים מכילות פחמים אסימטריים לכן יסובבו אור מקוטב.
- אלאנין מכילה פחמן אסימטרי אחד לכן תסובב אור מקוטב.
- החומצה האמינית טריאונין מכילה שני פחמנים אסימטריים.
- כל המשפטים אינם נכונים.
גליצין אינה כיראלית (לא מכילה פחמן אסימטרי) מכאן ש-2 אינה נכונה:
\[\begin{array}{ccc}& \text{Glycine} & \\[6pt]& \quad\quad\ce{COO-} & \\[-2pt]& \vert \\[-2pt]& \ce{H3N+-C-H} \quad\quad & \\[-2pt]& \vert \\[-2pt]& \textcolor{red}{\ce{H}} & \\[-2pt]\end{array}\]- זה נכון - חומצות אמינו ארומטיות
- כאמור, לא נכון
-
אלאנין אכן מכילה פחמן אסימטרי:
\[\begin{array}{ccc}& \text{Alanine} & \\[6pt]& \quad\quad\ce{COO-} & \\[-2pt]& \vert \\[-2pt]& \ce{H3N+-C-H} \quad\quad & \\[-2pt]& \vert \\[-2pt]& \quad\textcolor{red}{\ce{CH3}} & \\[-2pt]\end{array}\] -
טריאונין אכן מכילה שני פחמנים אסימטריים:
\[\begin{array}{ccc}& \text{Threonine} & \\[6pt]& \quad\quad\ce{COO-} & \\[-2pt]& \vert \\[-2pt]& \ce{H3N+-C-H} \quad\quad & \\[-2pt]& \vert \\[-2pt]& \quad\textcolor{red}{\ce{H-C-OH}} & \\[-2pt]& \textcolor{red}{\vert} \\[-2pt]& \quad\textcolor{red}{\ce{CH3}} &\end{array}\]
שאלה 4
איזו צורה מאולה של החומצה האמינית
Glutamineהיא הדומיננטית ב-$\text{ph}=10.5$?
ניעזר שוב בטבלת התכונות של החומצות האמיניות:
| Amino acid | Abbravation | $\text{pK}_1 \ce{-COOH}$ | $\text{pK}_2 \ce{-NH3+}$ | pI |
|---|---|---|---|---|
| Glutamine | Gln (Q) | 2.17 | 9.13 | 5.65 |
הערה - לא להבלבל בין
Glutamine (Gln)לביןGlutamate (Glu)
מהטבלה ניתן לראות שהקצה הקרבוקסילי מסר פרוטון ב $\text{pH}=2.17$ וכן שהקצה האמיני מסר פרוטון ב-$\text{ph}=9.13$. סך הכל e היא התשובה הנכונה.
הערה: היו לדעתי שתי תשובות שהיו יכולות לבלבל.
\[\begin{array}{ccc}& \text{Glutamine} & \\[6pt]& \quad\quad\ce{COO-} & \\[-2pt]& \vert \\[-2pt]& \ce{H3N+-C-H} \quad\quad & \\[-2pt]& \vert \\[-2pt]& \quad\textcolor{red}{\ce{CH2}} & \\[-2pt]& \vert \\[-2pt]& \quad\textcolor{red}{\ce{CH2}} & \\[-2pt]& \vert \\[-2pt]& \quad\textcolor{red}{\ce{CH2}} & \\& \textcolor{red}{\overset{\quad \quad \diagup }{\ce{H2N}}} \textcolor{red}{\quad \overset{\diagdown\diagdown \quad}{\ce{O}}} &\end{array}\]ההבדל היה בשייר - בתשובה השגויה היה קשור לאמין מימן נוסף.
שאלה 5
שאלה 5. איזה מהחומרים הבאים,A או B יעבור את השכבה הלפידית של הממברנה בדיפוזיה יותר מהר ב-pH=5.89?
A B
- חומר A יעבור את הממברנה יותר מהר.
- שני החומרים לא עוברים את הממברנה.
- חומר Bעובר את הממברנה יותר מהר.
- שני החומרים עוברים את הממברנה באותה מהירות.
- שני החומרים עוברים את הממברנה באותה מהירות אבל ב-pH=9 חומר B עובר את הממברנה יותר מהר.
נחפש איזו מולקולה אינה טעונה ב-$\text{pH}=5.89$.
הכללים הם שמולקולות טעונות אינן חוצות ממברנה. כל מולקולה שהיא טעונה אינה יכולה לעבור את הממברנה. גם אם למולקולה יש מצד אחד מטען חיובי ומצד שני מטען שלילי, כך שסך הכול המטען שלה הוא אפס – היא עדיין לא תעבור ממברנה, משום שהיא עדיין פולארית, כלומר יש לה גם פלוס וגם מינוס.
מולקולה טעונה אינה מסוגלת לעבור דרך שכבת הפוספוליפידים, כי זו שכבה הידרופובית (דוחה מים ומטענים). לכן גם חומצות אמינו, שב־pH ניטרלי נמצאות בצורה של זויטריון (עם קבוצת NH₃⁺ וקבוצת COO⁻), לא יכולות לעבור ממברנה באופן חופשי.
חומר B הוא להבנתי Tryptophan עם שייר אמיני (pKa ~9) ושייר קרבוקסילי (pKa ~2). ב-pH=5.89, השייר הקרבוקסילי יהיה מיונן (שלילי) והשייר האמיני יהיה פרוטונטי (חיובי). כלומר, החומר יהיה בצורה של זוויתריון ולכן לא יעבור את הממברנה.
חומר A ככל הנראה לא טעון ולכן יעבור.
שאלה 6
איזה חומצה אמינית איננה נמצאת בטריפפטיד שעקומת הטטרציה שלו מוצגת להלן:
- Gly
- Asp
- Tyr
- Lys
- His
נבחן את התכונות של כל חומצות האמינו המוצגות:
| Amino Acid | pKa (N-terminus) | pKa (C-terminus) | pKa (R group) |
|---|---|---|---|
| Glycine (Gly) | ~9.6 | ~2.3 | - |
| Aspartic acid (Asp) | ~9.8 | ~2.0 | ~3.9 |
| Tyrosine (Tyr) | ~9.1 | ~2.2 | ~10.1 |
| Lysine (Lys) | ~9.0 | ~2.2 | ~10.5 |
| Histidine (His) | ~9.2 | ~1.8 | ~6.0 |
נראה שיש ארבע נקודות פיק (pKa) בעקומת הטיטרציה, נתון טריפפדיד (שלוש חומצות אמינ). שתי נקודות בטוח ילכו על קצה אמיני וקצה קרבוקסילי, אז צריך שתי נקודות נוספות עבור שיירים.
בכל מקרה מעיון בנקודות השינוי אפשר לראות שהתשובה היא Histidine (His).
בתרגול התייחס רק לשיירים, וראה שבסביבות של pH 6 תמיד עולה - כלומר אין בופר ולכן לא חלק מהפפטיד.
שאלה 7
מדוע פולילזין יוצר סליל אלפא ב-$\text{pH}=12$ ואילו ב-$\text{pH}=7$ הוא בעל מבנה אקראי (ללא מבנה שניוני). באיזה pH פוליגלוטמאט יוצר סליל אלפא?
ליזין הוא $+1$ ב-$\text{pH}=7$ ולכן יש דחייה חשמלית בין השיירים שלו, מה שמונע יצירת מבנה שניוני יציב כמו סליל אלפא. ב-$\text{pH}=12$ הליזין מאבד את המטען החיובי שלו (ה-pKa של שייר הליזין הוא כ-10.5), ולכן הדחייה החשמלית פוחתת והוא יכול ליצור מבנה סליל אלפא יציב.
\[\begin{array}{ccc}& \text{Lysine} & \\[6pt]& \quad\quad\ce{COO-} & \\[-2pt]& \vert \\[-2pt]& \ce{H3N+-C-H} \quad\quad & \\[-2pt]& \vert \\[-2pt]& \quad\textcolor{red}{\ce{CH2}} & \\[-2pt]& \textcolor{red}{\vert} \\[-2pt]& \quad\textcolor{red}{\ce{CH2}} & \\[-2pt]& \textcolor{red}{\vert} \\[-2pt]& \quad\textcolor{red}{\ce{CH2}} & \\[-2pt]& \textcolor{red}{\vert} \\[-2pt]& \quad\textcolor{red}{\ce{CH2}} & \\[-2pt]& \textcolor{red}{\vert} \\[-2pt]& \quad\textcolor{red}{\ce{^+NH3}} & \\[-2pt]\end{array}\]| Amino Acid | pKa (N-terminus) | pKa (C-terminus) | pKa (R group) |
|---|---|---|---|
| Lysine | 10.5 |
אם יהיו הרבה ליזימים שטעונים חיובית באותו אזור, הם ידחו אחד את השני וימנעו יצירת מבנה שניוני יציב כמו סליל אלפא. ב-pH גבוה יותר, הליזינים יאבדו את המטען החיובי שלהם, מה שיאפשר יצירת מבנה סליל אלפא יציב יותר.
לגבי גלוטמאט זאת למעשה שאלה הפוכה, הוא יהיה $-1$ ב-$\text{pH}=7$ ולכן גם הוא יוצר דחייה חשמלית בין השיירים שלו. ב-$\text{pH}$ נמוך יותר מה-pKa של שייר הגלוטמאט (כ-4.25), הוא יאבד את המטען השלילי שלו ויוכל ליצור מבנה סליל אלפא יציב.
\[\begin{array}{ccc}& \text{Glutamate} & \\[6pt]& \quad\quad\ce{COO-} & \\[-2pt]& \vert \\[-2pt]& \ce{H3N+-C-H} \quad\quad & \\[-2pt]& \vert \\[-2pt]& \quad\textcolor{red}{\ce{CH2}} & \\[-2pt]& \textcolor{red}{\vert} \\[-2pt]& \quad\textcolor{red}{\ce{CH2}} & \\[-2pt]& \textcolor{red}{\vert} \\[-2pt]& \quad\quad\textcolor{red}{\ce{COO-}} & \\[-2pt]\end{array}\]| Amino Acid | pKa (N-terminus) | pKa (C-terminus) | pKa (R group) |
|---|---|---|---|
| Glutamate | 4.25 |
שאלה 8
חלבון מורכב מ-584 חומצות אמיניות. המימד הארוך ביותר בחלבון הוא $13 \, \mathrm{nm}$ מה המספר המקסימלי של חומצות אמיניות שיכיל סליל אלפא בחלבון זה?
אילו החלבון היה מורכב מגדיל בטא אחד, מה היה האורך המקסימלי של החלבון?
נתונים על סליל אלפא:
- מסתובב סביב ציר דמיוני (סיבוב ימני).
- קבוצות ה-R בולטות החוצה מהסליל.
- כל סיבוב של הסליל = 3.6 שיירים, $\approx 5.4 \, \mathrm{Å}$ לאורך הציר.
- המרחק בין שתי חומצות אמינו הוא $1.5 \, \mathrm{Å}$.
- הסיבוב בין שתי חומצות אמינו הוא 100 מעלות.
- קשר המימן נוצר בין מימן בעמדה n לחמצן בעמדה n+4.
נמיר יחידות של ננו-מטר לאנגסטרום (אוֹנְגְּסְטְרֵם):
\[1.5 \, \mathrm{Å} = 0.15 \, \mathrm{nm}\]סך הכל:
\[\frac{13 \, \mathrm{nm}}{0.15 \, \mathrm{nm}} = 86.67 \approx 87 \text{ a.a.}\]שאלה 9
$\ce{Met(1)-Leu(2)-Ser-Leu-Arg-Gln-Ser-Ile-Arg-Phe-Phe-Lys-Pro-Ala-Thr-Arg-Thr-Leu}$ הפפטיד יוצר מבנה
α-helixונקשר לחלבוןXהטעון במטען שלילי חזק. מהן חומצות האמיניות של הפפטיד הקושרות את החלבוןX(המספר בסוגריים מסמל את המספר של החומצה האמינית בפפטיד כאשר החומצה האמינית בקצה האמינו היא מספר 1)?
- Lys (12)-Arg (5)-Arg (16) -Arg (9)
- Met (1)- Lys (12)-Arg (5)-Arg (16) -Arg (9)
- Ile (8) -Arg (5)-Arg (16) -Arg (9)-Leu (2)
- Arg(5)-Gln(6)-Ser(7)-Ile(8)-Arg(9)-Phe(10)-Phe(11)
טרם פתרנו בשיעור.
דור פסקל