книги из ГПНТБ / Кизеветтер И.В. Биохимия сырья водного происхождения учеб. пособие

Очень важным свойством белков является их спо­ собность необратимо изменять свои нативные качества при воздействии физических факторов (нагрев, ультра­ звук, ультрафиолетовый свет и др.) и химических ве­ ществ (трихлоруксусная и фосфоровольфрамовая кисло­ ты, соли тяжелых металлов, спирт, ацетон и др.). Про­ цесс изменения нативных свойств (денатурация) связан с изменениями структуры молекул и нарушениями соот­ ношений полярных поверхностных группировок. При из­ менении пространственного расположения части звеньев молекулярной цепочки и перегруппировке внутримоле­ кулярных связей происходит нарушение упорядоченности

физические свойства белков.

Денатурация может вызывать необратимую потерю растворимости белков, и в этом случае белки коагули­ руют и выпадают в виде нерастворимого осадка (необ­ ратимая коагуляция).

Некоторые белки могут обратимо осаждаться из охлажденных до 0—4° С водных растворов при добавле­ нии определенных количеств электролитов (хлористый натрий, сульфат аммония). В этом случае белок осаж­ дается (высаливается) без денатурации и может быть вновь переведен в растворенное состояние при добавле­ нии избытка воды.

Изучение состава и свойств белков имеет огромное значение для познания сущности биологических процес­ сов, а также для решения многих вопросов технической биохимии.

Для характеристики состава и свойств белков из тканей животных организмов и растений извлекают фракции белков. По результатам изучения этих фрак­ ций судят о белковых системах, которые присутствуют и функционируют в живом организме.

Фракции белков могут быть получены путем экстрак­ ции тканей водой или растворами разных солей при разных значениях pH. Из водных растворов фракции бел­ ков могут быть получены путем осаждения при 0°С ра­

тровальной бумаге или крахмальном геле можно выде­ лить отдельные белки и определить их количество. Поль­ зуясь ультрацентрифугой, из водных растворов можно выделять фракции белков с разными молекулярными массами. Методом бумажной или колоночной хромато­ графии достигают весьма дробного разделения белко­ вых смесей.

При характеристике индивидуальных белков прежде всего надо получить кристаллический продукт и опре- ^ делить его аминокислотный состав, молекулярную мас­ су и биологические свойства. При помощи рентгеногра­ фического анализа установлено молекулярное строение некоторых сложных белков.

Исследования белков являются наиболее сложным разделом современной биохимии. По современным представлениям белки являются полимерами аминокис­ лот. Белки, молекулы которых состоят только из амино­ кислот, объединяют в группу протеинов, или простых белков. Если в состав белковой молекулы кроме амино­ кислот входят и другие химические соединения, так на­ зываемые простетические группы, то такие белки отно­ сят к группе протеидов, или сложных белков.

К группе протеинов, или простых Простые белков, относят альбумины, глобу- белки лины, белки основного характера (гистоны, протамины), раститель­

ные белки (глютелины, проламины), протеиноиды.

А л ь б у м и н ы содержатся во всех животных и ра­ стительных тканях. Растворяются в воде и слабых соле­ вых растворах; осаждаются насыщенным раствором сульфата аммония. При нагревании водных растворов необратимо коагулируют с образованием хлопьевидного осадка. Коагуляция начинается при температуре 56— 80° С в зависимости от происхождения альбуминов. Наи­ более изучены альбумины молока, сыворотки крови, яиц и миоальбумины миогеновой группы саркоплазмы мышечной ткани. Многие альбумины получены в кри­ сталлическом виде.

Г л о б у л и н ы — наиболее распространенные в при­ роде белки. Они не растворяются в воде и слабых кис­ лотах, но растворяются в слабых растворах солей и ще­ лочей. В тканевых жидкостях глобулины растворяются при постоянной концентрации солей, а при уменьшении

содержания солей глобулины выпадают в осадок. Выса­ ливаются они полунасыщенным раствором сульфата ам­ мония. В зависимости от происхождения необратимо ко­ агулируют при нагреве от 47 до 75° С.

Наиболее изучены глобулины мышечной ткани, мо­ лока, яичного желтка, сыворотки крови; из последней методами высаливания и электрофореза выделены а-, ß- и у-глобулины, различающиеся по своим свойствам и молекулярной массе.

Б е л к и о с н о в н о г о х а р а к т е р а за счет высо­ кого содержания диаминокарбоновых кислот в растворе диссоциируют с образованием положительно заряжен­ ных ионов. Содержатся только в тканях животных.

Гистоны — входят в состав протеидов, и в частности ДНП, гемоглобина; содержатся в сперме. В составе ги­ стонов присутствует 20—30% диаминокарбоновых кис­ лот (лизин, аргинин) и циклической аминокислоты — гистидина. Имеют большую молекулярную массу, ра­ створимы в воде.

Протамины в наибольшем количестве обнаружены в сперме рыб. По структуре молекул — наиболее просто построенные белки (молекулярная масса 2000—10 000). Растворяются в воде, при нагревании коагулируют; со­ держат до 89% аргинина, чем обусловливается отчет­ ливо выраженный щелочной характер этих белков.

П р о т е и н о и д ы (склеропротеиды) — фибрилляр­ ные белки, входящие в состав опорно-соединительных тканей. Все эти белки нерастворимы в воде, солевых ра­ створах и слабых растворах кислот и щелочей. Устойчи­ вы к действию пищеварительных ферментов, поэтому не имеют питательной ценности.

Коллаген — наиболее распространенный структурный белок, который входит в состав кожи, сухожилий, фас­ ций, хрящей. Коллаген нерастворим, но набухает в хо­ лодной воде; при длительном нахождении в кипящей воде коллаген изменяет свои свойства и превращается в водорастворимую желатину.

Более половины аминокислот в молекуле коллагена представлено глицином, пролином и оксипролином; очень мало тирозина, гистидина и метионина, отсутствует триптофан и цистин. Коллаген является смесью молекул коллагенов с разной молекулярной массой (от 39 000 до 350 000).

В коже животных обнаружен биологический пред­ шественник коллагена — проколлаген, отличающийся по молекулярной массе (670 000), аминокислотному составу и устойчивости к действию пищеварительных ферментов.

В костной ткани коллаген заменен осеином.

Эластин — второй по распространенности структур­ ный белок, входящий в состав сухожилий. Более устой­ чив, чем коллаген, к действию пищеварительных фер­

и т. п. В отличие от коллагена и эластина кератины бо­ гаты серой и содержат много цистина, глутаминовой ки­ слоты, лейцина. К нерастворимым кератинам относятся белки морских губок (спонгин), кораллов (горгонин), раковин (конхиолин). Кератины совершенно не перева­ риваются пепсином.

Р а с т и т е л ь н ы е бе лки . Глютелины и проламины встречаются только в растениях. Глютелины— основные белки зеленых частей растений, а также семян кукуру­ зы (глютелин), пшеницы (глютенин) риса (оризенин) и других злаков. Глютелины нерастворимы в воде и соле­ вых растворах, но растворимы в разбавленных щело­ чах и кислотах.

Проламины слабо растворяются в воде и хорошо в крепком (70—80%) этиловом спирте. Содержат много пролина и глютаминовой кислоты. Являются основными белками семян злаковых: пшеницы и ржи — гладиин, ку­

мическому составу и биологическим функциям.

К протеидам относятся белки, в составе молекул ко­ торых кроме простых белков (обычно гистоны или протамины) присутствует небелковый компонент или простетическая группа. В зависимости от ее состава приня­

кислоты. Выделяют две группы нуклеопротеидов: рибонуклеопротеиды (РНП), в состав которых входит рибо­

нуклеиновая кислота, содержащая углевод рибозу (пентоза), и дезоксирибонуклеопротеиды (ДНП), в молеку­ ле которых присутствует восстановленная рибоза или дезоксирибоза.

В составе нуклеопротеидов много аргинина и лизи­ на: для протоплазмы, клеток митохондрий и микросом характерно присутствие РНП, а в ядрах клеток в основ­ ном присутствует ДНП.

Рибонуклеотиды играют огромную роль в синтезе белков и в таких важнейших биологических процессах, как размножение и рост, биосинтез специфических бел­ ков, определяющих наследственность, и т. д. К нуклео-

во всех видах тканей, незаменимы в построении оболочек, мембран, субмикроскопических структур клеточных ядер.

Фосфопротеиды — сложные белки, содержащие в ка­ честве простетической группы остаток фосфорной кисло­ ты; имеют громадное биологическое значение. Входят в состав тканей мозга, молока (казеиноген), творога (ка­ зеин), яичного желтка (ововителлин), желточной массы икры (ихтулин) и др.

Глюкопротеиды в качестве простетической группы содержат сложные углеводы (гексозы, гексозамины, гексуроновые кислоты). Содержатся в слюне и слизи­ стой кишечника (муцин), хрящах (хондромукоид), костях (остеомукоид), в клетках микроорганизмов (мукопро­ теиды) и т. д.

Хромопротеиды в качестве простетической группы содержат окрашенные пигменты, играют громадную роль во многих биологических процессах. Входят в со­ став крови теплокровных и морских животных и рыб (гемоглобин) и беспозвоночных (гемоцианин), белков печени (ферритин), мышечных белков (миоглобин), в

связям с образованием полипептидов. Последние посту­ пают в тонкие кишки, где под воздействием трипсина, химотрипсина и ряда других ферментов низкомолекуляр­ ные пептиды гидролизуются до аминокислот. Через сли­ зистую желудочно-кишечного тракта аминокислоты вса­ сываются в кровь, разносятся ею по всему организму, проникают в тканевые клетки, где участвуют в тканевом обмене. Основная масса аминокислот используется для обновления и перестройки белков организма, синтеза новых белков, специфичных для данных тканей и орга­ низма в целом. Часть аминокислот используется для об­ разования биологически активных веществ (гормоны, ферменты, амины, креатин и т. п.), иммунных тел, а также конечных продуктов белкового обмена. Недоста­ ток, а тем более отсутствие некоторых аминокислот в пище ведет к нарушению функций ферментных систем, ослабляет гормональную деятельность, вызывает серь­ езные расстройства и гибель организмов.

Наряду с синтезом в организме непрерывно идет распад тканевых белков, и продукты их распада непре­ рывно выводятся из организма с мочой и фекальными массами. Таким образом, из азота белков, поступающих в организм с пищей, и азота, удаляемого с продуктами распада белков, в организме создается азотистый ба­ ланс.

При положительном азотистом балансе количество азота, поступающего с пищей, превышает количество азота, выводимого из организма. Положительный ба­ ланс имеет место у растущих организмов, а также пос­ ле большой мускульной работы или после голодания ор­ ганизма и свидетельствует об отложении белков в орга­ низме.

При отрицательном азотистом балансе количество удаляемого из организма азота больше, чем азота, вво­ димого в организм. В этом случае возникает эндогенное белковое питание за счет использования белков мышц и печени. Отрицательный азотистый баланс возникает при недостатке белковой пищи или при содержании в пище неполноценных по составу аминокислот, а также при специфических заболеваниях организма. При отри­ цательном азотистом балансе возникают глубокие изме­ нения, заканчивающиеся смертью организма.

Нормальное существование организма обеспечи­ вается азотистым равновесием — количество вводимого в организм азота должно быть равным количеству азо­ та, который выводится из организма с мочой и фекаль­ ными массами.

Теплокровные более чувствительны к белковой недо­ статочности, чем холоднокровные животные.

При избыточном содержании белков в пище (выше верхней границы) возникают кишечные расстройства, так как пищеварительные ферменты не способны обес­ печить гидролиз всей массы белков, в результате чего возникает гнилостное разложение пищи, ведущее к от­ равлению организма.

Белковый минимум (1 г белка на 1 кг массы тела) для животных зависит от вида и также от биологиче­ ского состояния животного.

Простые белки при химическом (на­ грев белка в растворах 20%-ной Аминокислотный соляной или 8—10 н. серной кислот состав или в 4 н. растворе гидроокиси ба- простых рия) или ферментативном (протео- белков литические ферменты) гидролизе распадаются только на аминоки­

слоты.

В настоящее время из белков выделено и изучено около 25 аминокислот, которые различаются по количе­ ству амино- и карбоксильных групп, а также по составу и структуре радикалов.

Характеристика химического состава наиболее рас­ пространенных аминокислот и их содержание в белках приведены в табл. 22.

Все аминокислоты в зависимости от соотношения в молекуле карбоксильных ( = СООН') и аминных ( = NH2‘)

групп имеют в растворе кислую, щелочную или ней­ тральную реакцию.

Моноаминомонокарбоновые кислоты, имеющие в мо­ лекуле одинаковое количество групп =N H 2 и =СООН/

являются типичными амфолитами, которые в зависи­ мости от реакции среды диссоциируют следующим об­ разом.