Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
2_razdel_aminok-ty_i_elki.docx
Скачиваний:
42
Добавлен:
27.01.2020
Размер:
307.4 Кб
Скачать

МЕТАБОЛИЗМ БЕЛКОВ И АМИНОКИСЛОТ.

1. Общая характеристика белков. Их функции. Физико-химические свойства и химический состав.Физико-химические свойства белков определяют их структурные элементы – аминокислоты. Природа радикальных групп обуславливает различие в свойствах аминокислот. Так аминокислоты с гидрофобными группами (аланин, валин, лейцин) отличаются низкой растворимостью по сравнению с «ОН» - сер, тре, тир, «SH» - цистеина, NH2 – аспарагин и глутамин. Т.к. эти полярные группы могут образовать водородные связи с молекулами воды.Общим признаком характерным для всех аминокислот, входящих в состав белков, является наличие свободных «СООН» и «NH2» у 2 углеродного атома которые также определяют важные свойства аминокислот и следовательно и белков.( Написать пептид.)Белковые вещества как высокомолекулярные соединения в водной среде- коллоидные растворы. Коллоидным характером обладают растворы тех веществ, диаметр частиц которых колеблется в пределах 0,1-0,001мк.С коллоидным характером растворов белка связан ряд их свойств. Луч света проходя через раствор белка становится видимым, в следствии рассеивания света частицами растворенного вещества - явление Тиндаля. Вода же является оптически пустой ( луч не видим).Молекулы белка не могут проникать через поры животных и растительных мембран, в следствии своего большого размера. А низкомолекулярные вещества свободно проходят через такие мембраны – этот метод называют диализомможно отделить белки от низкомолекулярных веществ.Белки относятся к высокомолекулярным веществам, обладающими гидрофильными свойствами т.е. имеющими сходство к Н2О. Гидрофильные свойства обусловлены наличием на поверхности СООН, SH, ОН групп. Гидрофильные свойства зависят от:

• Качественного состава аминокислот;

• Количественного состава аминокислот;

• Близлежащих радикалов.

Каждая коллоидная частица вступает во взаимодействие с Н2О в результате вокруг нее образуется водная или сольватная оболочка.Устойчивость молекулы белка зависит от наличия водной оболочки и заряда, которая благодаря наличию аминокислотных полярных групп. Растворы белка отличаются крайне неустойчивостью и легко выпадают в осадок от прибавления различных солей и водоотнимающих средств. Белки можно осадить спиртом, ацетоном, растворами хлорида натрия и многими другими. В зависимости от задачи исследователь использует тот или иной осадитель. Если необходимо выделить из раствора те или иные белки неизменными, чаще используют соли (NH4)2SО4. Метод выделения белков из водных растворов нейтральными растворами концентрированных солей щелочно и щелочно-земельные металлов высаливание.В зависимости от концентрации в осадок будут переходить разные белковые фракции.Белки, сыворотки состоят из 2 фракций – альбумина и глобулина.Альбумины осаждаются насыщенным раствором (NH4)2SО4 для осаждения глобулиновых фракций необходимы полунасыщенные различные концентрации (NH4)2SО4. Исследования белков выделенных методом высаливания показали что эти белки не изменяют своей структуры. При высаливании происходит лишь дегидратация водной оболочки и нейтрализация заряда. При удалении (NH4)2SО4 методом диализа, белок может вновь растворен и не изменяет свои нативные свойства. Таким методом выделяют многие ферменты, индивидуальные белки, фибриноген. В связи с этим Вы должны иметь четкое представление о белке о живом – нативном. Нативный белок – это белок в системе обмена в системе клетки. Белок выделенный из клетки не есть живой белок, а есть объект исследования (значит мы имеем дело не с живым белком, а с объектом исследования, 1 для которого характерны многие важные свойства нативного белка).Большая часть белковых молекул сохраняет биологическую активность только в пределах очень узкой области температуры и РН. В области экстремальных значений РН и температуры в молекулах белков происходят изменения, которые называют денатурацией.Под денатурацией белков понимают процесс, в результате которого пространственное расположение полипептидных цепей внутри молекулы становятся иным, в отличие от расположения их в нативном белке, что приводит к нарушению упорядоченной структуры белковой молеулы, снижению растворимости (белки вместо гидрофильных свойств, приобретают – гидрофобные) на поверхности белковой молекулы появляются гидрофобные не растворимые в Н2О группы, углеводородные цепи аминокислот, гетероциклические структуры и т.д., снижению биологической активности (если это белок фермент, то он теряет способность катализировать соответствующие химические реакции) и т.д. Но денатурация процесс необратимого осаждения белка ( обычно лишь на первых этапах ее может быть обратима). При денатурации не происходит изменения первичной структуры, которая обусловлена последовательностью расположения аминокислотных остатков в белке, именно ею определяется нативная конфигурация (структура) белковой молекулы, возникающая в результате взаимодействия аминокислотных боковых цепей друг с другом.

Пример: ренатурация, у РНКазы под воздействием мочевины происходит денатурация – разрушение внутримолекулярных мостиков. После удаления мочевины происходит спонтанное свертывание и окисление связей. Молекула вновь приобретает нативную конформацию и активность.

Реконструкция нативных структур после денатурации процесс очень медленный не соответствующий скорости синтеза белков в живой клетке. Известно, например, что в печени быка имеется ферментная система способная ускорять активацию восстановленной РНКазы.

При денатурации происходит не только изменение многих свойств белка, но также происходит снятие заряда – мощного фактора стабилизации коллоидных систем. Белки являются не только коллоидом, но и амфотерными электролитами. В водной среде происходит диссоциация СООН групп с образованием «Н» – ионов что придают белку кислый характер.

При растворении в воде изотопы «Н» образовавшиеся в результате диссоциации СООН групп присоединяется и NН2 групп переходит в ионизированную форму.

Поведение белка будет зависеть от РН окружающей среды. Если белок поместить в кислую среду он проявляет – основные свойства, в щелочную среду – проявляет кислые свойства. Известно такое значение РН когда сумма (+) = сумме(-), а суммарный электрический заряд равен фактически (=0).

Это значение РН – называют изоэлектрической точкой. И.Т. для большинства белков лежит в слабокислой зоне. В этом состоянии белок менее устойчив и его можно легко осадить. Наличие у белков свойств амфотерных элктролитов позволяет проводить фракционирование сложных белковых смесей с помощью метода электрофореза. Принцип этого метода (электрофорез на бумаге, агар-агаре, полиакриламидном геле) основан на различной подвижности в постоянном электрическом поле частиц белка, несущих неодинаковые по величине или знаку заряды. Электрическая подвижность белка при прочих равных условиях должна быть тем выше, чем выше заряд белка. Он зависит от значения РН белка. Таким образом смесь, состоящая из белков с различной величиной заряда может легко разделена путем электрофореза (Таблица)

В настоящее время метод электрофореза используется в медицине для изучения фракционного состава белков сыворотки и плазмы крови, который изменяется при различных заболеваниях, подробное знакомство на практических занятиях.

Физиологическое значение и обмен @ и Д аминокислот совершенно различны. Аминокислоты Д ряда совершенно не усваиваютсяи животными и растениями плохо усваиваются так как ферментные системы животных и растений специфически приспособлены к @ аминокислотам.

Все аминокислоты можно разделить на:

• Ациклические – куда входят:

• Моноамино-монокарбоновые

• Моноамино-дикарбоновые

• Диаминмонокарбоновые

• Циклические

• Иминокислоты

Аминокислоты не встречающиеся в белках: В-аланин, цистомин, оргнитии, аминомасляная кислота. Они являются промежуточными продуктами обмена веществ. Так В-аланин служит предшественником одного из витаминов, пактотеновой кислоты, цитруллии и орнитии являются промежуточными продуктами синтеза аргинин, ГАМК – функционирует в качестве химических агентов при передаче нервных импульсов.Кроме перечисленных классификаций существует классификация по свойствам радикалов и по биологической роли аминокислот в организме.Первые эксперименты по выяснению биологической роли отдельных аминокислот в организме проводились путем дачи различных смесей аминокислот животным. Установлено, что ряд аминокислот является для большинства животных и человека незаменимыми – это значит, что они не синтезируются в организме, а должны поступать с пищей.

Потребность взрослого человека в незаменимых аминокислотах по данным ВОЗа выражается в г в сутки:

Три – 1г Илей - 2 - 3

Фен – 4-4,5г Вал – 3 - 4

Тре – 2-3 Гли – 2-3

Мет – 2-4 Лей - 8-9

Гис и арг являются условно заменимыми.Пищевая потребность в определенных аминокислотах зависит от ряда условий в том числе и от наличия в пище метаболически близких соединений. Так, например, тирозин снижает количество требующегося фен, а глутаминовая кислота может подобным образом «замещать аргинин, таким образом для суждения о незаменимости». Аминокислоты необходимо учитывать другие компоненты пищи. Кроме того, потребность в аминокислотах меняется в зависимости от физиологического состояния человека (болезни, возраста и других факторов).

Биологическая ценность белков оценивается полным набором незаменимых аминокислот, если отсутствует хотя бы одна незаменимая аминокислота – белок неполноценный. Полноценность белка оценивается еще степенью его усвоения организмом (может содержать незаменимые аминокислоты, но не может быть усвоен так как нет ферментов)

• В последнее время предложено подразделять аминокислоты в зависимости от промежуточных продуктов обмена на гликогенные и кетогенные.

К гликогенным – относятся те, которые на промежуточных этапах превращения дают соединения используемые для биосинтеза углеводов (гли – ала – вал – сер – тре – цис – асп - глу – арг – про – тир – фен).Кетогенные – это аминокислоты, которые при распаде помимо прочих продуктов образуют кетоновые тела, используемые для биосинтеза жиров (лей, илей, тир, фен).

2. Современные представления о строении белка. Методы определения строения белка.

Изучая белки и продукты их гидролиза, А. Я. Данилевский (1888 г.) обнаружил, что щелочные растворы белков при добавлении раствора сульфата меди окрашиваются в фиолетовый цвет. Такую же окраску дает и соединение, образующееся из двух молекул мочевины при отщеплении молекулы аммиака,— биурет, откуда и сама реакция получила название биуретовой:

На основании этих данных А. Я. Данилевский сделал предположение, что в основе строения белков лежит биуретовая структура . Продукты полного гидролиза белков не давали биуретовой реакции, что свидетельствовало о разрушении их биуретовой структуры. Следовательно, можно предположить, что отдельные аминокислоты соединяются между собой посредством связи —СО—NH—, которую позже стали называть пептидной. Она образуется в результате взаимодействия карбоксильной группы одной аминокислоты и аминной группы другой.Это предположение было подтверждено экспериментально Э. Фишером и его учениками. Синтезировав свыше 200 пептидов, в том числе полипептид, состоящий из 19 аминокислот, они доказали, что в белках действительно существует связь, подобная биуретовой.В начале XX в. Э. Фишер создал полипептидную теорию строения белка, согласно которой остатки аминокислот в молекуле белка соединяются между собой пептидными связями, образуя длинные полипептидные цепи. Наряду с этим была установлена полипептидная природа таких гормонов, как вазопрессин и окситоцин.Для полипептидов были введены полное и сокращенное названия. При полном наименовании пептидов в названии аминокислоты, участвующей в образовании пептидной связи своей карбоксильной группой, окончание -ан изменяется на -ил. Окончание аминокислоты, карбоксильная группа которой остается свободной, не изменяется. Например, гексапептид, состоящий из остатков глицина, аланина, треонина, валина, метионина и серина, имеет название глицилаланилтреонилвалилметионилсерин;

При сокращенном наименовании каждый аминокислотный остаток называется первыми тремя буквами его полного названия. Приведенный выше гексапептид обозначается следующим образом; Гли — Ала — Тре — Вал — Мет — Сер. Так же обозначаются и свободные аминокислоты; амиды аспарагиновой и глутаминовой кислот — соответственно Асн и Глн, изолейцин — Иле, цистеин — 1/2 Цис.Таким образом, основной химической связью в белковой молекуле является пептидная, или кислотоамидная, связь между остатками аминокислот. Эта связь прочная и относится к ковалентному типу.Другим видом ковалентной связи являются дисульфидные связи, образующиеся в результате окисления SH-групп остатков цистеина:

Дисульфидные связи могут возникать между отдельными полипептидными цепями в местах, где два остатка цистеина расположены друг против друга, а также между остатками этих аминокислот в одной цепи, когда полипептидная цепь образует определенные изгибы и спирали. Во втором случае дисульфидные связи удерживают специфическую конфигурацию полипептидной цепи в пространстве, которая образовалась при определенных условиях существования белка. Устойчивость многих белков в значительной степени обусловлена количеством и прочностью этих связей, которые как бы «прошивают» молекулы отдельных белков, придавая им прочность, нерастворимость и т.д. Примерами таких белков являются коллаген кожи, белки волос, шерсти, рогов, эластин и т.д.Кроме пептидной и дисульфидной в молекуле белка существует ионная, или солевая, связь, которая возникает между разноименно заряженными группами аминокислотных остатков аспарагиновой и глутаминовой кислот, аргинина, лизина и гистидина. Концевые и свободные СООН- и NН2-группы могут находиться в ионизированном состоянии. В результате электростатического притяжения образуется ионная связь, которая может объединять витки как одной, так и разных полипептидных цепей:

Наряду с упомянутыми выше в молекуле белка существует водородная связь, образующаяся между частично электроотрицательными атомами кислорода карбонила одной пептидной связи и частично электроположительным атомом водорода иминной группы (Н—N<) — другой. Водородная связь, так же как и дисульфидная, соединяет полипептидные цепи или их отдельные участки. Водородная связь намного слабее, чем пептидная, дисульфидная и ионная. Но поскольку в образовании этой связи принимают участие все пептидные связи, белковая система оказывается в максимальной степени насыщенной водородными связями. Поэтому они приобретают очень большое значение в стабилизации белковой молекулы.Рассмотренные химические связи имеют ярко выраженный полярный характер. Однако в белках существуют углеводородные радикалы таких аминокислот, как аланин, валин, лейцин, изолейцин, фенилала-нин, триптофан, которые не несут электрического заряда и не растворяются в воде. Радикалы этих кислот называют гидрофобными группами (—СН3, —С2Н5 и т.д.) Между такими группами также могут возникать силы взаимного притяжения, в результате чего образуется слабая гидрофобная связь.

В результате того, что молекулы воды выталкивают гидрофобные радикалы указанных аминокислот из белковой молекулы, образуется система, напоминающая коллоидную частицу, внутри которой размещена гидрофобная, снаружи — гидрофильная части молекулы белка. Сближение этих радикалов обусловлено характером взаимодействия гидрофобных групп с водой, молекулы которой образуют структуру, напоминающую кристаллы льда.Необходимо отметить, что слабые химические связи (электростатическое взаимодействие между свободными и концевыми NH2- и СООН-группами, водородные связи, а также гидрофобное взаимодействие) играют важную роль в поддержании и стабилизации строго определенной конфигурации белковой молекулы в пространстве.

Соседние файлы в предмете Биохимия