Гормоны щитовидной железы

Химия и жизнь

Химия в межзвёздном пространстве

Химия началась много миллиардов лет назад в межзвёздном пространстве, где образовались первые молекулы. К 2009 году в космосе обнаружено около 150 разных видов молекул, самая сложная из которых содержит 13 атомов.

1. Какая молекула – самая распространённая в космосе? Объясните, почему.

2. Самая сложная из межзвёздных молекул – HC₁₁N. Составьте её структурную формулу и предскажите геометрическую форму.

Для реакций в космическом пространстве характерны очень низкие температуры (10 К в межгалактической и 40 К в межзвёздной среде) и малые концентрации вещества, до нескольких молекул в кубическом километре. При таких условиях столкновение частиц в объёме крайне маловероятно, поэтому реакции происходят на поверхности частиц космической пыли.

3. Некоторая реакция характеризуется энергией активации 5 кДж/моль. Во сколько раз эта реакция протекает быстрее в межзвёздном, чем в межгалактическом пространстве?

4. Изомерные молекулы HCN и HNC присутствуют во многих звёздных скоплениях практически в равных количествах. Разница в стандартных энергиях Гиббса этих изомеров равна 65,5 кДж/моль. Какая из молекул более устойчива? Во сколько раз равновесное количество этого вещества больше, чем его изомера при 40 К?

5. Какой контроль – термодинамический или кинетический – характерен для космических реакций? Объясните, почему.

6. При столкновении атомов водорода на поверхности частицы льда образуется молекула H₂, а выделяющаяся энергия поглощается частицей. Столкновения происходят в среднем один раз в две недели, частица имеет кубическую форму с ребром 100 нм. На сколько градусов нагреется частица льда за 1000 лет? Другими процессами, кроме реакции и нагревания, пренебречь.

Справочные данные:

энергия связи в молекуле H₂: 436 кДж/моль;

теплоёмкость льда: 34,7 Дж/(моль×К);

плотность льда: 0,92 г/см³.

Уравнение Аррениуса: ln k = const – E _A/ RT.

Константа равновесия: ln K = –D G °/ RT.

Задача 1

В щитовидной железе образуются три гормона: тироксин (T₄) и трииодтиронин (T₃) – производные ароматической аминокислоты тирозина (Tyr), а также кальцитонин, полипептидный гормон, состоящий из 32 аминокислотных остатков.

Образование T₄ и Т₃ происходит путём модификации остатков тирозина, входящих в состав тиреоглобулина (Tgb) – гликопротеина с молекулярной массой 660 кДа (1 Да = 1 а. е. м.).

1. Рассчитайте массовую долю остатков тирозина в неиодированном Tgb, если в состав данного гликопротеина входит 115 таких аминокислотных остатков.

Единственным источником иода для щитовидной железы может быть иодид-ион, который ею аккумулируется для последующего синтеза гормонов. Иодированию остатков тирозина предшествует образование в фолликулярных клетках щитовидной железы иодиний ионов I⁺ с участием фермента пероксидазы, одним из субстратов которой является пероксид водорода.

2. Напишите уравнение реакции образования I⁺ в щитовидной железе, учитывая, что реакция протекает в водном растворе.

Т₄, как и тирозин, является α-аминокислотой и содержит одну фенольную группу. Образование аминокислотного остатка Т₄ в составе тиреоглобулина можно описать следующей схемой:

где 1 – иодирование, 2 – трансферазная реакция

Трансферазная реакция протекает путём переноса фрагмента соединения Y на другой аминокислотный остаток Y, входящий в состав Tgb. Известно, что Т₄ (23,19 % С, 1,43 % Н, 1,80 % N, 65,34 % I по массе) содержит 7 типов атомов водорода и 2 типа атомов иода. Трииодтиронин может образовываться из тироксина под действием фермента 5'-деиодиназы.

3. Предложите структуры аминокислот Y и Т₄ с указанием стереохимии.

4. Напишите уравнение реакции последнего этапа образования свободного Т₄.

Т₃ образуется из Т₄ также путём переноса фрагмента соединения X на аминокислотный остаток Y в составе Tgb.

5. Изобразите все возможные продукты реакции монодеиодирования Т₄ с указанием стереохимии и укажите среди них трииодтиронин.

Одним из продуктов метаболизма Т₄ и Т₃ является соединение Z, образующееся из Т₃ в три стадии и содержащее 35,73 % иода и 47,34 % углерода.

6. Предложите возможные структурные формулы Z с указанием стереохимии.

Тироксин и трииодтиронин относятся к тем немногим гормонам, которые взаимодействуют с рецепторами, расположенными в ядре клетки, а не в её клеточной мембране (как, например, в случае кальцитонина).

7. Объясните, почему рецепторы для Т₄ и Т₃ могут располагаться в ядре клетки, а для кальцитонина нет.

Задача 2

Дата добавления: 2015-06-28