1 курс / Биохимия / Химия лекции

IX. Р-ция на присутствие серусодержащих АК

Цистин

Цистеин и цистин легко превращаются друг в друга за счет р-ции окисле- ния-восстановления:

Обмен серы в организме идет, в основном, за счет цистина и цистеина. Они обусловливают структуру белка, реактивность многих ферментов и гормонов. За счет ферментативного окисления серы образуется H2SO4, которая вступает во взаимодействие с ядовитыми веществами, обезвреживая их.

Качественной р-цией на серусодержащие АК является р-ция Фоля:

Коричневый

Метионин играет большую роль в обмене сложных липидов, препятствуя синтезу нейтральных жиров и холестерина, т.к. является донором метильных групп, содержится в большом количестве в сыре, твороге.

По оценкам американских врачей повышенный уровень цистеина, всегда присутствующего в крови, ассоциируется с 10–15% инфарктов и 30–40% инсультов. Избыток цистеина обычно обусловлен нехваткой фолиевой к-ты и витаминов группы В.

Применение АК

ГАМК в медицине под названиям аминалон (гаммалон) применяется при психических заболеваниях, обладает ноотропным действием, т.е. влияет на процессы мышления. На основе ГАМК создан ряд новых ноотропных средств:

H2N–(CH2)5–CООН -аминокапроновая к-та получается гидролизом - капролактама. В медицине используется в качестве кровоостанавливающего средства. -Капролактам (синтезируется из фенола) применяют для получения капрона.

Получают из паранитротолуола. Сложные эфиры ПАБК (анестезин и новокаин) используются в качестве местноанестезирующих средств:

Белки

Это биополимеры, состоящие из ста и более АК остатков. Классификация: простые белки (протеины), состоящие из -АК, сложные

белки (протеиды), состоящие из белковой и небелковой частей.

Аминокислотный состав определяет многие св-ва белков: заряд белковой молекулы, ИЭТ, способность к осаждению, структуру и биологическую активность.

В настоящее время синтезированы простейшие белки – инсулин, рибонуклеаза, окситацин и др.

Первичная структура

При всем многообразии пептидов и белков принцип построения их молекул одинаков – связь между -АК осуществляется за счет –СООН гр. одной АК и –NH2 гр. другой АК, которая в свою очередь своей карбоксильной группой связывается с аминогруппой третьей АК и т.д. Связь между остатками АК, а именно между группой С=О одной к-ты и группой NH другой к-ты, является амидной связью. В химии пептидов и белков она наз-ся пептидной связью:

Формально белковая или пептидная цепь представляет собой продукты поликонденсации АК. Один из концов цепи, где находится остаток АК со свободной аминогруппой, наз-ся N-концом (а сама АК – N–концевой), а другой конец цепи с остатком АК, имеющим свободную карбоксильную группу, наз-ся С–концом (а к-та - С-концевой). Т.о., пептидная цепь построена из повторяющихся скелет молекулы, и отдельных боковых групп – радикалов R, R/,R//.

Первичная структура пептидов и белков – это последовательность аминокислотных остатков в полипептидной цепи.

Сведения о последовательности -АК остатков в цепи могут быть получены в результате постепенного, шаг за шагом, отщепления АК с одного конца цепи последующей идентификацией отщепленной -АК. Такие методы существуют, и с их помощью установлена первичная структура многих пептидов и белков.

Для синтеза белка важен не только набор АК, но и порядок их соединения, т.е. первичная структура. Последняя обусловливает активность белков.

(1907) первое белковоподобное вещ-во, состоящее из 18 АК. Он показал, что АК являются “строительным материалом” белков. Он был автором гипотезы “ключа и замка”, объясняющей специфичность действия белковых катализато- ров-ферментов.

Задача химического синтеза белковых макромолекул пока еще слишком сложна (и экономически неоправданна), но получение химическим путем относительно коротких пептидов в настоящее время вполне реально. Достижения в области синтеза пептидов позволяют автоматизировать процесс и вести его по заданной программе. С помощью приборов (синтезаторов) получены пептиды, содержащие десятки АК, и даже некоторые белки. Аналогично синтезу пептидов автоматизации поддается и метод анализа перичной структуры пептидов.

Вторичная структура

Цепи пептидов и белков принимают в пространстве определенную более или менее компактную форму. Уникальная особенность белковых молекул заключается в том, что они имеют, как правило, четкую пространственную структуру, или конформацию. В данном случае понятие конформации применяется для пространственного строения длинных полипептидных цепей. Как только молекула окажется развернутой или уложенной иным способом в пространстве она почти всегда теряет свою биологическую функцию.

Л.Полинг, Р.Кори (1951) на основании расчетов предсказали наиболее выгодные способы укладки цепей в пространстве.

Пептидная цепь может укладываться в виде спирали (подобно винтовой лестницы). В одном витке спирали помещается около четырех АК остатков. Закрепление спирали обеспечивается водородными связями между группами С=О и NН, направленными вдоль оси спирали. Все боковые радикалы R АК находятся снаружи спирали. Такая конформация наз-ся - спиралью. Другой вариант упорядоченной структуры полипептидной цепи – -структура, или -складчатый слой. В этом случае скелет находится в зигзагообразной конформации, и цепи располагаются параллельно друг другу, удерживаясь Н-связями.

Вторичная структура белка – это более высокий уровень структурной организации, в котором закрепление конформации происходит за счет Н-связей между пептидными группами.

Конформация белковой молекулы стабилизируется не только Н-связями, но и за счет некоторых ионных взаимодействий, а также за счет окисления SНгрупп боковых радикалов R возникает ковалентная дисульфидная связь.

Третичная структура

Это укладка полипептидной цепи, включающей элементы той или иной вторичной структуры в пространстве, т.е. образование трехмерной конфигурации белка.

Чаще всего это – клубок. Стабилизируют третичную структуру Н-связи, электростатическое взаимодействие заряженных групп, межмолекулярные силы Ван дер Ваальса, гидрофобные взаимодействия – вызванные вталкиванием радикалов R внутрь молекулы белка молекулами воды:

Диполь-дипольное

взаимодействие Четвертичная структура

Несколько отдельных полипептидных цепей способны укладываться в более сложные образования, называемые также комплексами или агрегатами. При этом каждая цепь, сохраняя характерную для нее первичную, вторичную и третичную структуры, выступает в роли субъединицы комплекса с более высоким уровнем пространственной организацией – четвертичной структурой. Такой комплекс представляет собой единое целое и выполняет биологическую функцию, не свойственную отдельно взятым субъединицам. Четвертичная структура закрепляется за счет Н-связей и гидрофобных взаимодействий между субъединичными полипептидными цепями.

Определение четвертичной структуры белковых агрегатов возможно только с помощью высокоразрешающих физикохимических методов (рентгенография, электронная микроскопия) . Четвертичная структура характерна лишь для некоторых белков, например, гемоглобина. Главная функция гемоглобина (основного компонента эритроцитов) состоит в переносе кислорода из легких к тканям организма. Его четвертичная структура – образование из четырех полипептидных цепей (субъединиц), каждая из которых содержит гем.

Физико-химичекие св-ва Для белков характерны высокая вязкость р-ров, низкая диффузия, спо-

собность к набуханию, подвижность в электрическом поле, низкое осмотическое давление.

Белки, как и АК, амфотерны за счет свободных групп –NН2 и –СООН.

тивную пространственную структуру с полным сохранением биологической функции.

Вслучаях отравления солями тяжелых Ме (ртути, свинца, серебра и др.) в качестве противоядия используют белки с повышенным содержанием кислотных групп, например яичный альбумин. Он действует как конкурент белков организма и сам связывает токсичный агент, образуя с ним нерастворимую соль, которая затем выводится из организма.

Ворганизме содержится более 50.000 различных белков. Кожа содержит 63% от массы сухой ткани, кости – 20%, зубы – 18%.

Функции белков:

1.Питательная (энергетическая – 20-25% – на белки), 17,6 кДж/г.

2.Транспортная (переносчики различных веществ) – гемоглобин, миоглобин и др.

3.Сократительная (белки мышечных тканей) – миозин и др.

4.Структурная (пластическая) – коллаген, фиброин, мембранные белки.

5.Каталитическая (белки-ферменты) – пепсин, каталаза, уреаза и др.

6.Регуляторная (белки-гормоны) – инсулин, вазопрессин и др.

7.Защитная (белки-антитела) – -глобулины сыворотки крови.

8.Осмотическая, буферная, водно-солевая.

Используемая литература:

1.Биоорганическая химия: учебник / Н.А. Тюкавкина, Ю.И. Бауков, С.Э. Зурабян. – М.: ГЭОТАР-Медиа, 2010. – 416 с.;

2.Органическая химия: учеб. Пособие для вузов/ А.М. Ким. – 4-е изд., испр. И доп. – Новосибирск: Сиб. Унив. Изд-во, 2004. – 844 с.

ЛЕКЦИЯ 6

Тема: Биологически активные высокомолекулярные вещества: нуклеиновые кислоты.

Цель лекции: изучение строения нуклеиновых кислот и их роль в организме.

Содержание: Строение нуклеиновых кислот, входящих в организм человека. Нуклеозиды и мононуклеотиды.

НК являются природными высокомолекулярными соединениями. Молекулярная масса НК колеблется от 200 тысяч до 20 миллионов. Они играют важную роль в передаче наследственных признаков и осуществляют контроль за синтезом специфических белков в организме.

Химический состав НК

К 40-м годам нашего столетия работами А. Тодда было показано, что в молекулах НК содержатся фосфорная к-та, пентозы и азотистые основания.

Пентозы в НК представлены рибозой и 2-дезоксирибозой в -фуранозной форме:

- Рибоза 2- Дезоксирибоза

Именно по характеру углеводного компонента–пентозы – все НК делятся на две большие группы:

1)рибонуклеиновые к-ты (РНК), содержащие рибозу,

2)дезоксирибонуклеиновые к-ты (ДНК), содержащие дезоксирибозу. Азотистыми основаниями в НК являются производственные пурина и пи-

римидина. Из пуриновых оснований наиболее часто встречаются в составе НК аденин и гуанин: