Лекция 14 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:

Пептидная связь

N-конец С-конец

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. Определенную последовательность АК в цепи дает использование операции “защита”.

1. "Защита” –NH₂ гр. проводится методом ацилирования АК хлорангидридом или ангидром к-ты или на практике карбобензоксихлоридом (бензиловым эфиром хлормуравьиной к-ты):

АК

_{Ацилхлорид}

2. “Защита” –СООН гр. проводится путем образования сложного эфира:

Затем проводят р-цию взаимодействия защищенных молекул в присутствии водоотнимающих средств. В этих условиях реагируют строго определенные группы –СООН первой молекулы и –NH₂ – второй:

_{Пептидная связь}

Затем проводят гидролиз в мягких условиях с освобождением защищенных групп и сохранением пептидной связи:

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 SН-групп 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.

Н-связь

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.

Денатурация белков

Под влиянием многих факторов пространственная структура способна разрушаться, что приводит к потере биологической активности белков. К таким факторам относятся повышенная температура, изменение рН среды, УФ – и рентгеновское излучения, механическое воздействие (встряхивание), соли тяжелых Ме, алкалоиды и др.

Денатурация белков – это разрушение их природной (нативной) пространственной структуры с сохранением первичной структуры. Денатурация

]

редко бывает обратимой. В этих немногих случаях важно то, что беспорядочно скрученная молекула денатурированного белка самопроизвольно при

нимает нативную пространственную структуру с полным сохранением биологической функции.

В случаях 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.

В организме 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.

Контрольные вопросы к теме: «Аминокислоты и белки»

1. Какие соединения называются аминокислотами.

2. Какие амнокислоты являются заменимыми, а какие не заменимые.

3. Номенклатура и изомерия аминокислот.

4. Классификация аминокислот.

5. Охарактеризуйте взаимное влияние NH₂ и СООН групп на химические свойства кислот.

6. Что называется биполярным ионом.

7. Какие соединения называются белками.

8. Функции белков в организме.

9. Строение белков (первичная, вторичная, третичная и четвертичная структура).

10. Какой процесс называется денатурацией белков.

Упражнения: и ситуационные задачи.

1. Напишите энантиомера для аланина. Укажите D- и L-форму.

2. При врождённой форме слабоумия отмечается нарушения обмена фенилаланина. Напишите качественную реакцию на эту аминокислоту.

3. Глицин уменьшает психоэмоциональное напряжение, повышает умственную работоспособность, облегчает засыпание и нормализует сон. Напишите взаимодействие глицина с NaOH, CH₃OH, PCl₅, NH₃.

4. γ-аминомасляная кислота содержится в центральной нервной системе и принимает участие в обменных процессах головного мозга. Под её влиянием усиливаются энергетическеи процессы, повышается дыхательная активность тканей головного мозга. Напишите реакцию образования лактама из γ-аминомасляной кислоты. Дайте название продукту.

5. Путём йодирования тирозина в организме образуется гормон щитовидной железы – тироксин. Напишите реакцию его образования.

6. Напишите синтез из дипептида глицилаланина с использованием операции «защита». Укажите пептидную связь.

7. Напишите реакцию образования диполярного иона глицина и его реакцию с гидроксидом меди (II).

8. Напишите проекционную форму L-аланина и его реакции с этиловым спиртом и хлорангидридом уксусной кислоты.

9. Обмен серы в организме идет, в основном, за счет цистина и цистеина. Напишите качественную реакцию на серосодержащие аминокислоты

10. Напишите реакцию, доказывающую наличие в белках пептидной связи.

Л и т е р а т у р а

1. Тюкавкина С. 1. Тюкавкина С. 313–343, 344–356, 361–376.