3) Хим. Природа связей, стабилизирующих первичную и вторичную стр-ру белков и нуклеиновых к-т

Стабильность первичной стр-ры обеспеч в основном глав-новалентными пептидными связями; возможно участие небольш числа дисульфидных связей.

Т.об., стабильность вторич стр-ры обеспеч в основном водородными связями (определенный вклад вносят пептидные и дисульфидные).

Водородная связь предст собой слабое электростатическое притяжение м/у одним электроотриц атомом (напр, О или N) и водород атомом, кова-лентно связанным со вторым электроотриц атомом. Водородные связи, являясь нековалентными, отличаются малой прочностью. Так, для разрыва одной водородной связи требуется затратить всего лишь 6,3 кДж на 1 моль. Поскольку в белковой мол-ле число водородных связей очень велико (в обр-ние водородных связей вовлечены все пептидные группы), они в сумме обеспечивают скручивание полипептидной цепи в спиральную стр-ру, сообщая ей компактность и стабильность.

Механизм возникновения водородных связей в элементарной форме может быть представлен на примере вз-действия двух мол-л воды (диполи). В диполе воды, как известно, избыток положительных зарядов приходится на атомы водорода, а избыток отрицательных – на атомы кислорода.

Благодаря особенностям строения атома водорода при достаточном сближении двух мол-л воды возникает электростатич вз-действие м/у атомом кислорода одной мол-лы и атомом водорода второй мол-лы воды. Следствием этого явл ослабление связи м/у атомами водорода и кислорода в каждой мол-ле воды и соотв-енно возникновение новой, непрочной связи (отмечена пунктиром) м/у атомом водорода первой мол-лы и атомом кислорода второй мол-лы воды. Эту непрочную связь принято обозначать водородной связью.

В белковой мол-ле наиболее важные водородные связи обр-ются м/у ковалентно связанным атомом водорода, несущим частичный положительный заряд, и отрицательно заряженным ковалентно связанным атомом кислорода. Ниже представлены примеры водородных связей в белковой мол-ле: а) м/у пептидными цепями; б) м/у двумя гидрок-сильными группами; в) м/у ионизированной СООН-группой и ОН-груп-пой тирозина; г) м/у ОН-группой серина и пептидной связью.

В зависимости от хим природы атома-акцептора водородные связи отлич др от др степенью прочности. О кол-ве водородных связей в белковой мол-ле судят по данным изотопного метода, в частности по времени обмена атомов водорода, участвующих в обр-нии водородной связи, на дейтерий (при обработке белка тяжелой водой D₂O, в к-рой вместо обычного водорода содержится его тяжелый изотоп дейтерий).

Другой тип конфигурации полипептидных цепей, обнаруженный в белках волос, шелка, мышц и в других фибриллярных белках, получил название β-стр-ры. В этом случае две или более линейные полипептидные цепи, расположенные параллельно или, чаще, антипараллельно, прочно связываются межцепочечными водородными связями м/у NH-и СО-группами соседних цепей, образуя стр-ру типа складчатого слоя

4) Гомогликаны (строение, функции)

Гомополисахариды (гомогликаны) состоят из многократно повторяющегося одного и того же остатка моносахарида. Линейные гомогликаны являются регулярными биополимерами, а разветвленные – соединения с различными гликозидными связями (например: (12), (14), (16) и др. Среди природных гомогликанов встречаются D-глюканы (состоят из остатков D-глюкозы), D-маннаны, D-ксиланы, D-фруктаны и др.

Крахмал – основной запасной гомогликан (D-глюкан) растений, откладывающийся внутри клеток в виде специальных зерен. Крахмал представляет собой смесь двух других гомогликанов линейной амилозы (10-30%) и разветвленного амилопектина (70-90%). Амилоза построена из остатков -D-глюкопиранозы, соединенных (14)-связями. Амилопектин состоит из остатков -D-глюкопиранозы, соединенных (14)-связями в линейных участках, а также (16)-связями в точках ветвления, которые встречаются в среднем через каждые 20-30 остатков моносахарида. Молекулярная масса крахмала около 10⁵-10⁷.

Содержание крахмала в клубнях картофеля достигает 25%, а в зернах злаковых до 80%. Крахмал гидролизуется -амилазами вплоть до свободной -D-глюкозы.

Гликоген – гомогликан (D-глюкан), весьма сходный по строению с амилопектином. Для гликогена характерна более высокая степень ветвления и более компактная структура. Гликоген состоит из остатков -D-глюкопиранозы, соединенных (14)-связями в линейных участках, а также (16)-связями в точках ветвления. Молекулярная масса гликогена около 10⁵-10⁸. Содержание гликогена в мышцах до 4%, а в печени до 10%. Гликоген гидролизуется в реакциях амилолиза и фосфоролиза вплоть до свободной -D-глюкозы или ее фосфорного эфира. Исключительное значение этих реакций нашло отражение в присуждении Нобелевской премии в 1947 году Кори К.Ф. и Кори Г.Т. (США). Гликоген – это главный тканевый резерв углеводов у животных и человека. Встречается в грибах, в микроорганизмах, в некоторых растениях.

Декстрины представляют собой продукты частичного ферментативного гидролиза гликогена и крахмала в организме.

Декстраны – это группа микробных резервных полисахаридов. Состоят из остатков -D-глюкопиранозы, соединенных (16)-связями в линейных участках, а также (12)-, (13)- и (14)-связями в точках ветвления. Молекулярная масса достигает величин порядка 10⁸. Природные декстраны подвергают ограниченному гидролизу до молекулярной массы 10000-50000 с образованием так называемых клинических декстранов, которые используются в качестве кровезаменителей.

Инулин – это резервный полисахарид (фруктан) клубней земляной груши (топинамбура), георгина, артишока, а также корней одуванчика и цикория, где его содержание доходит порой до 40-55%. Фруктоза является продуктом гидролиза инулина ферментами желудочно-кишечного тракта, чем обусловлены ценные пищевые и лечебные свойства инулина.

Ц еллюлоза (клетчатка) – линейный полимер D-глюкопиранозы с (14)-связями и молекулярной массой около 10⁵-10⁸. Целлю-лоза практически нерастворима в воде, составляет около 50% древесины и более 95% хлопка. Поскольку целлюлоза состав-ляет около половины всех ор-ганических соединений на Земле, биосинтез целлюлозы - это основное направление использования солнечной энергии в биосфере. Целлюлоза не гидролизуется ферментами пищеварительных соков человека, а частичное расщепление целлюлозы (около 10%) в желудочно-кишечном тракте реализуется при участии ферментов микроорганизмов целлюлаз. Мол-ы целлюлозы, вступая в сложные вз-действия между собой и с др биополимерами (лигнины, гемицеллюлозы, пектиновые в-ва и др.), формируют легкий и прочный, плотный или ажурный фитокаркас и в конечном итоге создают все богатство форм мира растений.

Гемицеллюлозы – группа гомогликанов, которые вместе с целлюлозой, лигнинами, пектиновыми веществами формируют матрикс оболочки клеток растений, особенно в одревесневших частях растений. Гидролизуются специальными ферментами гемицеллюлазами.

Х итин – основной структурный компонент наружного скелета членистоногих и клеточной оболочки грибов. Образует очень прочные комплексы с белками. Хитин построен из остатков N-ацетил-D-глюкозамина, соеди-ненных (14)-связями. При ограниченном гидролизе хити-на образуется хитозан – гомо-гликан, обладающий высокой сорбционной емкостью в отношении липидов.

К числу важных природных гомогликанов относятся агар-агар, агароза, альгиновые кислоты и пектиновые вещества. Ценным свойством этих гомогликанов является способность образовывать гели. Альгиновые кислоты – это гомогликаны водорослей, линейные полимеры D-маннуроновой кислоты с гликозидными связями (14)-типа. Пектины – нерастворимые гомогликаны клеточной стенки растений (протопектин), а также растворимые полисахариды овощных и фруктовых соков, легко осаждаемые из водных растворов при добавлении этилового спирта. Растворимый пектин – это метиловый эфир полигалактуроновой кислоты, способен эффективно связывать токсичные органические и неорганические компоненты пищи.